Công nghệ an ninh chống xâm nhập trái phép trong mạng 3g UMTS luận văn tốt nghiệp đại học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: AN NINH CHỐNG XÂM NHẬP TRÁI PHÉP TRONG MẠNG 3G UMTS Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực VINH – 2011 : Phạm Mạnh Toàn : Hồ Văn Toàn MỤC LỤC Trang MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Hồ Văn Toàn TÓM TẮT ĐỒ ÁN 10 DANH MỤC HÌNH VẼ 11 DANH MỤC BẢNG 17 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 23 VPN 24 Virture public network 24 Chương 26 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ AN NINH 26 1.1 Các yếu tố cần thiết để tạo môi trường an ninh 26 1.2 Các đe dọa an ninh .29 1.3 Các công nghệ an ninh 31 1.3.1 Kỹ thuật mật mã 31 1.3.2 Các giải thuật đối xứng 31 Hình 1.1 Minh họa chế sở mật mã khóa riêng 32 1.3.3 Các giải thuật không đối xứng 33 1.3.4 Nhận thực 34 Hình 1.2 Nhận thực khóa công khai 35 1.3.5 Các chữ ký điện tử tóm tắt tin .35 Hình 1.3 Quá trình sử dụng tóm tắt (digest) tin 36 để cung cấp chữ ký điện tử 36 1.3.6 Chứng nhận số 37 1.3.7 Hạ tầng khóa công khai, PKI 38 Hình 1.4 PKI dựa phân cấp CA phân bố 40 Hình 1.5 Nhận thực chữ ký điện tử 41 1.3.8 Nhận thực tin nhận thực 43 Hình 1.6 Phương pháp nhận thực sử dụng khóa MAC 43 1.4 Các giao thức hàng đầu 45 1.4.1 Lớp ổ cắm an toàn (SSL - Secure Sockets Layer) 45 1.4.2 An ninh lớp truyền tải (TLS - Transport Layer Security) .46 1.4.3 An ninh lớp truyền tải vô tuyến (WTLS) 46 1.4.4 An ninh IP, IPSec 47 Hình 1.7 Khuôn dạng gói sử dụng AH chế độ truyền tải vàđường hầm (tunnel) IPSec 47 Hình 1.8 Khuôn dạng gói sử dụng ESP 48 1.5 Kết luận chương 49 Chương 50 TỔNG QUAN MẠNG 3G WCDMA UMTS 50 2.1 Kiến trúc chung hệ thống thông tin di động 3G 50 Hình 2.1 Kiến trúc tổng quát mạng di động kết hợp CS PS .50 2.2 Chuyển mạch kênh (CS), chuyển mạch gói (PS), dịch vụ chuyển mạch kênh dịch vụ chuyển mạch gói .51 Hình 2.2 Chuyển mạch kênh (CS) chuyển mạch gói (PS) 52 Hình 2.3 Đóng bao tháo bao cho gói IP trình truyền tunnel .54 Hình 2.4 Thiết lập kết nối tunnel chuyển mạch tunnel 54 2.3 Các loại lưu lượng dịch vụ 3G WCDMA UMTS hỗ trợ 55 Bảng 2.1 Phân loại dịch vụ 3GWDCMA UMTS 56 2.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 57 Hình 2.5 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 58 2.4.1 Thiết bị người sử dụng (UE) 58 2.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS 60 Hình 2.6 Vai trò logic SRNC DRNC 61 2.4.3 Mạng lõi 62 2.4.4 Các mạng .66 2.4.5 Các giao diện 66 2.5 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4 67 Hình 2.7 Kiến trúc mạng phân bố phát hành 3GPP R4 .67 2.6 Kết luận chương 69 Chương 70 CÔNG NGHỆ AN NINH 3G UMTS .70 3.1 Mô hình kiến trúc an ninh 3G UMTS 70 3.1.1 Nhận thực 70 3.1.2 Bảo mật 71 3.1.3 Toàn vẹn 71 3.2 Mô hình an ninh giao diện vô tuyến 3G UMTS .72 Hình 3.1 Mô hình an ninh cho giao diện vô tuyến 3G UMTS .72 3.2.1 Mạng nhận thực người sử dụng 73 Hình 3.2 Nhận thực người sử dụng VLR/SGSN 73 3.2.2 USIM nhận thực mạng 73 Hình 3.3 Nhận thực mạng USIM 74 3.2.3 Mật mã hóa UTRAN .74 Hình 3.4 Bộ mật mã luồng UMTS 74 3.2.4 Bảo vệ toàn vẹn báo hiệu RRC .75 Hình 3.5 Nhận thực vẹn tin 75 3.3 Nhận thực thỏa thuận khóa, AKA 76 3.3.1 Tổng quan AKA 77 Hình 3.6 Tổng quan trình nhận thực thỏa thuận khóa 77 3.3.2 Thủ tục AKA thông thường 78 Hình 3.7 Biểu đồ chuỗi báo hiệu AKA 79 3.3.3 Thủ tục AKA HLR/AuC .80 3.3.4 Thủ tục AKA USIM 80 3.3.5 Thủ tục AKA VLR/SGSN .80 3.3.6 USIM từ chối trả lời 80 Hình 3.8 Thủ tục từ chối trả lời nhận thực 81 3.4 Thủ tục đồng lại, AKA 82 Hình 3.9 Thủ tục đồng lại AKA 82 3.4.1 Thủ tục đồng lại USIM .83 3.4.2 Thủ tục đồng lại AuC .83 3.4.3 Thủ tục đồng lại VLR/SGSN 84 3.4.4 Sử dụng lại AV 84 3.4.5 Xử lý gọi khẩn 84 3.5 Các hàm mật mã 85 3.5.1 Yêu cầu giải thuật hàm mật mã 85 3.5.2 Các hàm mật mã 85 Bảng 3.1 Các hàm mật mã đầu chúng 86 3.5.3 Sử dụng hàm bình thường để tạo AV AuC .86 Hình 3.10 Tạo Av AuC 87 3.5.4 Sử dụng hàm bình thường để tạo thông số an ninh USIM .87 Hình 11 Tạo thông số an ninh USIM 88 3.5.5 Sử dụng hàm để đồng lại USIM .88 Hình 3.12 Tạo AUTS USIM 88 3.5.6 Sử dụng hàm đồng lại AuC 89 Hình 3.13 Thủ tục đồng lại AuC .89 3.5.7 Thứ tự tạo khóa .90 3.6 Tổng kết thông số nhận thực .90 3.6.1 Các thông số AV 90 Bảng 3.2 Các thông số AV 90 3.6.2 AUTN .90 3.6.3 RES XRES 91 3.6.4 MAC-A XMAC-A .91 3.6.5 AUTS 91 3.6.6 MAC-S XMAC-S 91 3.6.7 Kích cỡ thông số nhận thực .92 Bảng 3.3 Số bit thông số nhận thực 92 3.7 Sử dụng hàm f9 để tính toán mã toàn vẹn 92 Hình 3.14 Nhận thực toàn vẹn tin với sử dụng hàm toàn vẹn f9 93 3.7.1 Các thông số đầu vào cho giải thuật toàn vẹn 93 Bảng 3.4 Các thông số đầu vào cho hàm f9 .93 3.7.2 MAC-I XMAC-I 94 3.7.3 Nhận dạng UIA 94 3.7.4 Các tin không bảo vệ toàn vẹn 94 3.8 Sử dụng hàm bảo mật f8 95 Hình 3.15 Quá trình mật mã hóa giả mật mã sử dụng hàm f8 95 3.8.1 Các thông số đầu vào giải thuật mật mã 96 Bảng 3.5 Các thông số đầu vào cho hàm f8 .96 3.8.2 Nhận dạng UEA 97 3.9 Thời hạn hiệu lực khóa 97 3.10 Các giải thuật KASUMI 98 3.11 Các vấn đề an ninh 3G 98 3.11.1 Các phần tử an ninh 2G giữ 98 3.11.2 Các điểm yếu an ninh .98 3.11.3 Các tính an ninh dịch vụ 99 3.12 Bàn luận 100 3.12.1 Mở đầu 100 3.12.2 Các đe dọa an ninh UMTS 100 3.12.3 Mật mã hóa giao diện vô tuyến 101 3.12.4 Các nút chứa khóa 101 Hình 3.16 Phân phối IMIS số liệu nhận thực SN 102 3.12.5 Nhận thực 102 3.12.6 Các thao tác an ninh độc lập người sử dụng .103 3.12.7 Toàn vẹn số liệu 103 3.12.8 Bảo mật người sử dụng .104 Hình 3.17 Nhận dạng người sử dụng theo IMSI 105 3.12.9 Đe dọa an ninh công cách phát lại 105 3.12.10 Truyền thông không an ninh CN .106 3.12.11 Độ dài khóa .106 3.12.12 Giấu tên dịch vụ mức cao .106 3.12.13 Mật mã hóa đầu cuối - đầu cuối 107 3.13 An ninh mạng 107 3.13.1 IPSec 108 Hình 3.18 Chế độ truyền tải 108 Hình 3.19 Chế độ truyền tunnel .109 3.13.2 MAPSec 109 3.14 An ninh chuyển mạng 2G VÀ 3G 110 3.14.1 Mở đầu 110 3.14.2 Các trường hợp chuyển mạng .110 Hình 3.20 Kiến trúc mạng linh hoạt 111 3.14.3 Khả tương tác người sử dụng UMTS 111 Hình 3.21 Chuyển mạng thuê bao UMTS .111 3.14.4 Khả tương tác người sử dụng GMS/GPRS 112 Hình 3.22 Chuyển mạng thuê bao GSM 112 Hình 3.23 An ninh chuyển mạng máy di động hai chế độ (UMTS 113 GSM) phát hành tương ứng 113 3.15 Kết luận chương 113 KẾT LUẬN .114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, thông tin di động trở thành ngành công nghiệp viễn thông phát triển nhanh phục vụ người hữu hiệu Từ hệ thống thông tin di động 2G GSM sử dụng chuyển mạch kênh hiệu suất thấp, vốn phát triển cho dịch vụ thoại chủ yếu Thì nay, với phát triển xã hội, nhu cầu đặt đòi hỏi ngày cao dịch vụ đa phương tiện như:  Truyền thông hội nghị, quản lý thông tin cá nhân, lập biểu, nhóm làm việc, fax màu, …  Truyền thông: báo, tạp chí, quảng cáo, …  Mua sắm: thương mại điện tử, tiền ví điện tử, giao dịch tự động, đấu giá,…  Giải trí: tin tức, thể thao, trò chơi, video, âm nhạc, …  Giáo dục: thư viện trực tuyến, máy tìm kiếm, học từ xa, …  Sức khỏe: chữa bệnh, theo dõi, chuẩn đoán từ xa, ……  Tự động hóa: đo đạc từ xa, …  Truy nhập thông tin cá nhân: thời gian biểu, đặt vé từ xa, cảnh báo vị trí,…  Các dịch vụ đánh số cá nhân toàn cầu, điện thoại vệ tinh, … Để đáp ứng cho nhu cầu việc chuyển đổi từ mạng 2G sang 3G điều tất yếu ITU (International Telecommunication Union – liên minh viễn thông quốc tế) đưa nhiều tiêu chuẩn cho 3G có hệ thống WCDMA UMTS CDMA-2000 ITU chấp nhận đưa vào hoạt động Cả hai hệ thống sử dụng công nghệ CDMA Điều cho phép thực tiêu chuẩn toàn giới cho giao diện vô tuyến hệ thống thông tin di động hệ ba Trong hai hệ thống đó, hệ thống UMTS tỏ có nhiều ưu điểm Hệ thống UMTS phát triển nhiều nước giới, chủ yếu nước phát triển, đặc biệt cho nước sử dụng mạng GSM (trong có Việt Nam) với tổng số thuê bao đạt tới 3,6 tỷ tính đến cuối năm 2008 Đây yếu tố định giúp UMTS trở thành hệ thống thông tin di động hệ ba phổ biến tiếp tục phát triển nhanh thời gian tới Khi hệ thống thông tin di động 3G UMTS đời kéo theo phát triển dịch vụ ứng dụng mới, giao dịch kinh doanh thực qua mạng di động ngày nhiều thời gian xử lý công việc nhanh chóng Và để đảm cho công việc kinh doanh vấn đề an ninh cần phải đặt nên hàng đầu Cần phải có biện pháp an ninh để giảm thiểu rủi ro hủy hoại dịch vụ, tránh thất thoát lợi nhuận trì mức độ thỏa mãn cho khách hàng sử dụng Với yêu cầu đặt vậy, em nghiên cứu tìm hiểu nhận đề tài với tên gọi “AN NINH CHỐNG XÂM NHẬP TRÁI PHÉP TRONG MẠNG 3G UMTS ” làm đồ án tốt nghiệp đại học cho Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo Phạm Mạnh Toàn giúp đỡ em tận tình, chu em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Vinh, ngày tháng 2011 Sinh viên Hồ Văn Toàn năm TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tên đồ án: Công nghệ an ninh chống xâm nhập trái phép mạng 3G Giao đồ án: ngày… tháng … năm 2011 Nạp đồ án: ngày… tháng … năm 2011 Giáo viên hướng dẫn: ThS Phạm Mạnh Toàn Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Toàn Lớp: 47K Điện tử viễn thông - Khoa Điện tử viễn thông - Trường Đại học Vinh Nội dung đồ án 1.Giới thiệu chung công nghệ an ninh chống xâm nhập trái phép mạng 3G  Các yếu tố cần thiết để tạo môi trường an ninh  Các đe dọa an ninh  Các công nghệ an ninh Tổng quan mạng 3G WCDMA UMTS  Kiến trúc chung hệ thống thông tin di động 3G  Chuyển mạch kênh (CS), chuyển mạch gói (PS), dịch vụ chuyển mạch kênh dịch vụ chuyển mạch gói  Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3,R4,R5,R6 Công nghệ an ninh chống xâm nhập trái phép mạng 3G  Mô hình kiến trúc an ninh 3G UMTS  Mô hình an ninh giao diện vô tuyến 3G UMTS  Nhận thực thỏa thuận khóa, AKA  Thủ tục đồng lại, AKA  Các hàm mật mã  Tổng kết thông số nhận thực 10 bảo vệ toàn vẹn tùy chọn, cho phép tránh BTS giả Tất tin báo hiệu phải bảo vệ toàn vẹn xảy chuyển giao đến mạng không phép thiếu IK Nhận thực hai phía: mạng người sử dụng đảm bảo hàm tạo khóa tin cậy 3.12.6 Các thao tác an ninh độc lập người sử dụng Các thao tác an ninh UMTS độc lập người sử dụng USIM SN tự động thực AKA sử dụng bảo vệ toàn vẹn, bảo mật Bảo vệ toàn vẹn luôn thực cho tin báo hiệu UMTS (trừ chối gọi khẩn), không sử dụng cho số liệu người sử dụng, bảo mật tùy chọn nên người sử dụng phải thông báo sử dụng hay không Đối với số gọi người sử dụng không quan tâm có hay bảo mật, giao dịch nhạy cảm (ngân hàng trực tuyến chẳng hạn) dịch vụ phải thực với bảo mật Đầu cuối phải cung cấp khả lập cấu hình cho sử dụng dịch vụ cần cung cấp tùy theo dịch vụ an ninh tích cực với việc khẳng định điều hình 3.12.7 Toàn vẹn số liệu Toàn vẹn số liệu người sử dụng không cung cấp UMTS để giảm tải xử lý UE RNC giảm phần bổ sung tin Tuy nhiên truyền thông không bảo vệ toàn vẹn, tin USIM RNC bị giả mạo Khi tryền tin có bảo vệ toàn vẹn, tin giả mạo bị trừ chối phía thu giao thức lớp cao yêu cầu phát lại Như bảo vệ toàn vẹn số liệu UMTS Chỉ thực giao thức lớp cao 103 3.12.8 Bảo mật người sử dụng Quá trình nhận dạng người sử dụng UMTS sử dụng số nhận dạng cố định (IMIS) giống GSM Tuy nhiên nhận dạng UTRAN thực cách sử dụng TMSI lưu lượng CS PTMSI lưu lượng PS Tuy nhiên cần đăng ký bắt đầu đăng ký thuê bao mạng biết nhận dạng cố định người sử dụng Một người sử dụng nhận dạng SN, SN cung cấp TMSI PTMSI để đảm bảo người sử dụng có nhận dạng riêng trì quan hệ IMSI TMSI TMSI sử dụng TMSI định mạng Khi TMSI mạng ấn định công nhận, TMIS cũ loại bỏ khỏi VLR hay SGSN Trong trường hợp không công nhận, VLR/SGSN giữ nguyên hai TMSI sử dụng số chúng Bảo mật ngược sử dụng đảm bảo UMTS cách sử dụng nhận dạng tạm thời Chỉ có VLR/SGSN biết quan hệ IMSI TMSI RNC nút B biết TMSI Các TMSI sử dụng đường truyền vô tuyến nối đến đầu cuối để không cho kẻ trộm tìm nối đến nút B IMSI coi bí mật phải xử lý bí mật Nếu thuê bao di động mạng thực chuyển giao, nút mạng nối với chuyển giao số nhận dạng tạm thời chúng để tránh lộ số nhận dạng thực (IMSI) Tuy nhiên người sử dụng đến SN mà số nhận dạng tạm thời từ mạng ĐIều thường xảy người sử dụng đăng ký mạng lần đầu vầ nút SN phân giải số nhấn dạng tạm thời trao đổi với nút khác Nếu xảy điều này, VLR/SGSN phải hỏi số nhận dạng cố định (IMSI) thuê bao có thủ tục AKA gửi thực trước biết biết số nhận dạng, nên tin trả lời gửi văn thô từ USIM 104 đến VLR/SGSN giao diện vô tuyến (xem hình 3.17) Đây đe dọa an ninh lớn UMTS Vấn đề chỗ USIM để tự nhận dạng SN khác với mạng thuộc nhà khai thác quản lý phải tự cung cấp số nhận dạng toàn cầu Hình 3.17 Nhận dạng người sử dụng theo IMSI 3.12.9 Đe dọa an ninh công cách phát lại Các công cách phát lại hệ thống tin bị chặn sau phát lại Điều dễ dàng thực gây vấn đề sử dụng biến đầu vào số liệu cố định, để khắc phục nhược điểm số trình tự (các đầu vào thay đổi theo thời gian) sử dụng Các số trình tự AV đưa để tránh việc SN hay mạng khác tìm cách sử dụng AV nhiều lần để nhận thực tạo khóa Các tin sử dụng nhiều lần tin “Yêu cầu nhận thực người sử dụng “hay trả lời VLR/SGSN USIM bị Khi đồng hồ chờ tin VLR/SGSN chạy hết, yêu cầu phát lại tin “Yêu cầu nhận thực người sử dụng” Các hàm f8 f9 có đếm để tránh công phát lại Với đêm khác cho đường lên đường xuống, đếm có giá trị đầu vào, nhiên để 105 đảm bảo gửi tin hướng số nhận dạng sử dụng Có thể coi hệ thống UMTS an toàn công phát lại 3.12.10 Truyền thông không an ninh CN Truyền thông nút mạng CN chưa dảm bảo an ninh Vì tin truyền nút dạng văn thô Điều dẫn đến dễ nghe trộm số liệu người sử dụng tin báo hiệu đường từ đường chép lại AV Các kẻ giả danh nhà khai thác sử dụng AV để trao quyền truyền thông dạng bảo vệ toàn vẹn với người sử dụng, kẻ giả danh tin cậy để nghe trộm số liệu người sử dụng đường truyền Nhóm an ninh 3GPP nghiên cứu để đưa mật mã hóa nút mạng phục vụ (SN), chưa có kết đường truyền mối de dọa an ninh lớn UMTS 3.12.11 Độ dài khóa Độ dài khóa trogn UMTS 128 bit Tại thời điểm tương lai gần đủ Tuy nhiên cần lưu ý công suất tính toán máy tính không ngừng tăng nên tương lai độ dài tăng 3.12.12 Giấu tên dịch vụ mức cao Khi thủ tục AKA thực hiện, người sử dụng nhận dạng với mạng mạng biết gửi tin tính cước dịch vụ cho Sự tăng trưởng sử dụng thẻ di động (thẻ ghi nợ) cho dịch vụ không đắt tiền máy bán hàng trông xe, đạt dấu tên người sử dụng AKA nhà cung cấp dịch vụ không cần quan tâm đến nhận dạng người sử dụng chừng họ toán tiền Chừng người sử dụng đồng ý toán tiền cho dịch vụ (trả trước hay đăng ký trả sau), nhà khia thác dịch vụ không cần biết người sử dụng 106 Người sử dụng phải có khả lập cấu hình dịch vụ để biết vị trí thời mà giấu tên ứng dụng mức cao Người sử dụng phải có khă từ chối ứng dụng nhà cung cấp dịch vụ, ứng dụng đòi hỏi theo dõi thói quen người sử dụng 3.12.13 Mật mã hóa đầu cuối - đầu cuối Vì mật mã hóa bảo vệ tính toàn vẹn kết nối RNC, nên tin bị làm giả CN Một số dịch vụ yêu cầu bảo vệ toàn vẹn đầu cuối RNC, số dịch vụ khác nhạy cảm cần giữ bí mật từ đầu cuối đến đầu cuối Để đảm bảo toàn vẹn bảo mật truyền thông, cần sử dụng mật mã hóa đầu cuối- đầu cuối Trong hệ thống 2G băng hẹp, khó thực mật mã hóa đầu cuối đầu cuối thời gian thực, mạng băng rộng áp dụng giải pháp mật mã hóa thông thường Cả số liệu lưu lượng thoại mật mã hóa điều tăng an toàn cá nhân cho người sử dụng Các quan thẩm quyền muốn sử dụng thủ tục chặn theo luật để lấy truyền thông thoại số liệu người sử dụng không hài lòng theo dõi truyền thông, biện pháp nói cho phép tăng an ninh cá nhân cho người sử dụng Các quan có thẩm quyền muốn kiểm soát số lượng gọi người sử dụng, gọi xảy nào, đến đâu gọi dài bao lâu, họ xâm phạm tính riêng tư người sử dụng cách nghe gọi đọc số liệu phát thu 3.13 An ninh mạng Tính quan trọng sử dụng để bảo vệ lưu lượng miền mạng giao thức IPSec Nó đảm bảo tính bí mật toàn vẹn cho truyền thông lớp IP Các phía thông tin nhận thực lẫn cách sử 107 dụng IPSec Ngoài việc bảo vệ mạng dựa IP, chế an ninh đặc biệt gọi MAPSEC phát triển để bảo vệ giao thực ứng dụng có 3.13.1 IPSec Các phần IPSec tiêu đề nhận thực (AH: Authentication Header), tải tin an ninh đóng bao (ESP: Encapsulation Security Payload) trao đổi khóa Intrenet (IKE: Internet Key Exchange) Hình 3.18 Chế độ truyền tải IPSec sử dụng để bảo vệ gói IP Quá trình thực ESP, đảm bảo bí mật lẫn toàn vẹn, AH đảm bảo tính toàn vẹn mà Cả ESP AH đề cần khóa để thực nhận thực mật mã hóa gói Vì trước sử dụng ESP AH cần đàm phán khóa Quá trình thực cách an ninh thông qua IKE xây dựng ý tưởng mật mã hóa công cộng nhằm trao đổi thông tin an ninh đường truyền không an ninh Tồn hai chế độ ESP: chế độ truyền tải chế độ truyền tunnel Trong chế độ truyền tải toàn gói IP trừ tiêu đề mật mã hóa Sau tiêu đề ESP bổ sung tiêu đề IP phần vừa mật mã hóa Sau mã nhận thực tin (MAC) tính toán cho toàn bộ, trừ tiêu đề IP MAC đặt vào cuối gói Tại phía thu, tính toàn vẹn đảm bảo cách loại bỏ tiêu đề IP khỏi đầu gói MAC khỏi cuối gói Sau thực hàm MAC so sánh đầu với MAC gói, toàn vẹn 108 thành công, tiêu đề ESP loại bỏ phần lại giải mã Quá trình cho hình 3.18 Trong chế độ truyền tunnel, tiêu đề bổ sung đầu gói sau trình tiến hành chế độ truyền tải cho gói nhận (xem hình 3.19) Điều có nghĩa tiêu đề IP gói gốc bảo vệ Hình 3.19 Chế độ truyền tunnel Truyền thông ESP thực hai đầu cuối sử dụng chế độ truyền tải Để thực trình hai phía truyền thông phải biết địa IP thực chức IPSec Thí dụ điển hình chế độ truyền tunnel trường hợp VPN Phương pháp bảo vệ tin điều khiển mạng thường hay dùng sử dụng ESP chế độ truyền tunnel cổng an ninh 3.13.2 MAPSec Mục đích MAPSec bảo vệ bí mật toàn vẹn tác nghiệp MAP Bảo vệ MAPSec thực ba chế độ Trong chế độ thứ an ninh không đảm bảo Trong chế độ thứ hai bảo vệ toàn vẹn, chế độ thứ ba bí mật lẫn toàn vẹn đảm bảo Để đảm bảo bí mật, tiêu đề tác nghiệp MAP mật mã hóa Một tiêu đề an ninh bổ sung để dẫn cách gải mật mã Để đảm bảo toàn vẹn, MAC tính toán dựa tải tin tác nghiệp MAC 109 gốc tiêu đề an ninh Một thông số thay đổi theo thời gian sử dụng để tránh công cách phát lại 3.14 An ninh chuyển mạng 2G VÀ 3G 3.14.1 Mở đầu Cùng với việc đưa mạng 3G, cần phải có chế để đảm bảo tương tác mạng 2G 3G Nói cách hơn, cần đảm bảo để hai mạng cộng tác với Vì cần có máy thu hai chế độ để người sử dụng 2G truy nhập vào mạng UMTS Tất nhiên nảy sinh vấn đề thuê bao 2G tìm cách đăng ký với thuê bao UMTS hay ngược lại 3.14.2 Các trường hợp chuyển mạng Tồn hai trường hợp cần thiết để thực thủ tục chuyển mạng (chuyển từ 3G sang 2G hay ngược lại) Trong trường hợp thứ 3G VLR phải có khả điều khiển 2G BSC 3G RAN, trường hợp thứ hai 2G VLR điều khiển 2G BSS Cả hai trường hợp mô tả hình 3.20 110 Hình 3.20 Kiến trúc mạng linh hoạt 3.14.3 Khả tương tác người sử dụng UMTS Hình 3.21 Chuyển mạng thuê bao UMTS Kịch người sử dụng yêu cầu truy nhập mạng truy nhập vô truyến 2G 3G hinh họa hình 3.21 UMTS HLR/AuC tạo thông số RAND để sử dụng cho việc tính thông số XRES, AUTN, Ck, IK, Kc, SRES Ngoài việc xây dựng vector nhận thực phụ thuộc vào việc VLR có điều khiển đồng thời hai UTRAN GSM BSS hay GSM BSS Trong trường hợp thứ nhất: (3G RAN) vector nhận thực tính toán trực tiếp Trong trường hợp thứ hai (2G RAN) GSM VLR nhận thông số cần thiết RAND, SRES Kc HLR/AuC tính toán cách nén giá trị dài UMTS (CK= 128 bit, XRES= 128 bit) thành giá trị GSM (Kc= 64 bit, SRES=32 bit) Khi ngưởi sử dụng UMTS yêu cầu nhận thực 3G RAN (UTRAN), VLR điều khiển thực thủ tục nhận thực thỏa thuận khóa Trái lại thuê bao 3G chuyển vào vùng điều khiển mạng 2G 111 nhận thực thực VLR mạng này, khởi đầu thủ tục nhận thỏa thuận khóa cách sử dụng vector nhận thực tương ứng 3.14.4 Khả tương tác người sử dụng GMS/GPRS Hình 3.22 Chuyển mạng thuê bao GSM Trong trường hợp thuê bao GSM yêu cầu truy nhập mạng 2G hay 3G, kịch trình bày hình 3.22 HLR/AuC thực nhận thực thông số: RAND, SRES Kc Ngoài HLR/AuC phân bố vector nhận thực không phụ thuộc vào kiểu VLR Tuy nhiên phần nhận thực người sử dụng phức tạp Nếu người sử dụng muốn chuyển vào mạng 3G, nhận thực người sử dụng 3G RAN (UTRAN) VLR thực cách phát thông số RAND đến người sử dụng Thiết bị người sử dụng (2 chế độ) sử dụng RAND với thông số để tạo SRES Kc SRES gửi ngược đến VLR so sánh với SRES kỳ vọng HLR tính toán Nếu so sánh trùng nhau, thỏa thuận thực khóa Kc Khi 3G VLR điều khiển tính toán thông số an ninh UMTS (CK, IK) cách giải nén giá trị GSM tương ứng thành giá trị UMTS Mặt khác, GSM nhận thực 2G RAN, VLR điều khiển khởi đầu nhận thực thảo thuận khóa trực tiếp 112 Cuối ta tổng kết an ninh trình chuyển mạng thuê bao hai chế độ: UMTS GSM hình 3.23 Hĩnh vẽ cho thấy phát hành tương ứng với chế an ninh Hình 3.23 An ninh chuyển mạng máy di động hai chế độ (UMTS GSM) phát hành tương ứng 3.15 Kết luận chương Việc bảo vệ sở liệu khách hàng điều tối quan trọng nhà khai thác thông tin di động cung cấp dịch vụ 3G Rất khó để yêu cầu người dùng phải cài hết phần mềm đến ứng dụng cho máy điện thoại họ Quan điểm nhiều chuyên gia cho trách nhiệm bảo mật trước hết thuộc hãng viễn thông nhà cung cấp dịch vụ, sau đến người dùng Hơn nữa, việc bảo mật không vấn đề trách nhiệm nhà khai thác 3G khách hàng mà biện pháp bảo vệ Khi thiết bị thông minh ứng dụng "cởi trói" mạng di động 3G tốc 113 độ cao, mã độc xuất chúng công ngược lại hệ thống nhà cung cấp dịch vụ KẾT LUẬN Mạng 3G Việt Nam mạng LAN (mạng máy tính cục bộ) khổng lồ, lại thiếu người quản trị khiến cho người sử dụng phải đối mặt với nguy an toàn thông tin lớn Mạng 3G Việt Nam khai trương vòng tháng, số người sử dụng không nhiều vấn đề an ninh thông tin cho người sử dụng chưa quan tâm Vấn đề an ninh cho mạng 3G chưa đáng kể song dịch vụ 3G phát triển nhanh tương lai nguy an toàn thông tin 114 xảy nhiều nhà cung cấp dịch vụ người sử dụng quan tâm mức Theo chuyên gia bảo mật đến từ Bkis, nguyên nhân mạng 3G chứa nhiều nguy an toàn thông tin mạng 3G vận hành mạng LAN Nếu mạng ADSL, việc giao tiếp máy tính bị chặn modem có tính bảo mật cao mạng 3G lại kết nối thông suốt từ máy tính sang máy tính khác mở tất cổng dịch vụ mạng LAN, chẳng hạn cổng chia sẻ file 445, cổng windows 135… Do đó, nguy bảo mật mạng 3G hoàn toàn giống nguy mạng LAN mắc phải Thêm vào đó, với đường truyền lớn, tốc độ cao, dịch vụ 3G phát triển mạnh Các thiết bị đầu cuối thông minh trở thành máy tính thu nhỏ Điều đồng nghĩa tham gia vào Internet, thiết bị đối mặt với rủi ro bảo mật Kết người dùng mạng 3G bị tin tặc (hacker) công thăm dò qua IP, phần mềm, lỗ hổng bảo mật, công thâm nhập vào file chia sẻ, dò mật nhiều hình thức công khác Theo chuyên gia bảo mật đến từ Bkis VNISA nhà mạng cung cấp dịch vụ 3G VinaPhone, MobiFone Viettel chưa có động thái để bảo vệ an toàn thông tin cho người sử dụng dịch vụ 3G Các chuyên gia cho việc bảo vệ sở liệu khách hàng điều quan trọng nhà khai thác thông tin di động cung cấp dịch vụ 3G người sử dụng dịch vụ 3G khó tự cài đặt phần mềm bảo vệ thông tin máy điện thoại họ, đặc biệt người hạn chế kiến thức công nghệ Ngoài việc cấu hình, nhà cung cấp dịch vụ cần cài đặt firewall, IDS, IPS, Antivirus để đảm bảo an toàn cho người sử dụng dịch vụ 115 Đối với người sử dụng dịch vụ đặt firewall cho thiết bị kết nối; phân quyền thư mục chia sẻ đặt mật thuộc loại mạnh để vượt qua hình thức công thăm dò công thâm nhập hacker Ngoài ra, sử dụng Antivirus, cập nhật vá lỗi phần mềm Sau thời gian học tập, nghiên cứu, hướng dẫn tận tình thầy giáo trường Đại Vinh, trực tiếp Th.S Phạm Mạnh Toàn thầy cô giáo Khoa Điện tử viễn thông Trường Đại học Vinh đến em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên khả có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận bảo, góp ý thầy cô giáo bạn để em nắm vững thêm kiến thức trường Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Hồ Văn Toàn 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách “Thông tin di động hệ ba”, Nxb Bưu Điện, 2001 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách “cdmaOne cdma2000”, Nxb Bưu Điện, 2003 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Thông tin di động hệ ba”, Học Viện Công nghệ Bưu Viễn thông , Nhà xuất Bưu Điện, 2004 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Sách ‘An ninh thông tin di động”, Nxb Bưu điện, 9/2006 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Bài giảng “Thông tin di động” cho đào tạo từ xa, Học Viện Công nghệ Bưu Viễn thông 2007 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Giáo trình “Lộ trình phát triển thông tin di động3G lên 4G”, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông, 12/2008 117 [...]... 3G WCDMA UMTS R4 67 Hình 2.7 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 .67 2.6 Kết luận chương 2 69 Chương 3 70 CÔNG NGHỆ AN NINH 3G UMTS .70 3.1 Mô hình kiến trúc an ninh 3G UMTS 70 3.1.1 Nhận thực 70 12 3.1.2 Bảo mật 71 3.1.3 Toàn vẹn 71 3.2 Mô hình an ninh ở giao diện vô tuyến 3G UMTS .72 Hình 3.1 Mô hình an. .. và DRNC 61 2.4.3 Mạng lõi 62 2.4.4 Các mạng ngoài .66 2.4.5 Các giao diện 66 2.5 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R4 67 Hình 2.7 Kiến trúc mạng phân bố của phát hành 3GPP R4 .67 2.6 Kết luận chương 2 69 Chương 3 70 CÔNG NGHỆ AN NINH 3G UMTS .70 3.1 Mô hình kiến trúc an ninh 3G UMTS 70 18 3.1.1 Nhận thực 70 3.1.2... khóa công khai Danh sách hủy bỏ chứng nhận Hash Message Authentication Mã nhận thực bản tin Code làm rối SSL Secure Sockets Layer Lớp các ổ cắm an toàn TLS Transport Layer Security An ninh lớp truyền tải SPD Security Policy Database SP Security Policy Chính sách an ninh SA Security Association Liên kết an ninh 23 Cơ sở dữ liệu chính sách an ninh VPN RAN BTS BSC RNC Virture public network Mạng truy nhập. .. 71 3.2 Mô hình an ninh ở giao diện vô tuyến 3G UMTS .72 Hình 3.1 Mô hình an ninh cho giao diện vô tuyến ở 3G UMTS .72 3.2.1 Mạng nhận thực người sử dụng 73 Hình 3.2 Nhận thực người sử dụng tại VLR/SGSN 73 3.2.2 USIM nhận thực mạng 73 Hình 3.3 Nhận thực mạng tại USIM 74 3.2.3 Mật mã hóa UTRAN .74 Hình 3.4 Bộ mật mã luồng trong UMTS 74 3.2.4 Bảo... 8 Hồ Văn Toàn 9 TÓM TẮT ĐỒ ÁN 10 DANH MỤC HÌNH VẼ 11 DANH MỤC BẢNG 17 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 23 VPN 24 Virture public network 24 Chương 1 26 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ AN NINH 26 1.1 Các yếu tố cần thiết để tạo một môi trường an ninh 26 1.2 Các đe dọa an ninh .29 1.3 Các công nghệ an ninh ... thứ ba thẩm tra và gán tem thời gian 28 1.2 Các đe dọa an ninh Việc xây dựng một giải pháp an ninh sẽ là khó nếu như không có sự nhận biết nào về các mối nguy cơ an ninh mạng Do vậy, sau khi xem xét những vấn đề cần thiết đối với một môi trường an ninh, phần này sẽ xem xét bốn nguy cơ an ninh mạng: Làm giả, thăm dò, làm sai lệch số liệu, và đánh cắp Bất kể dữ liệu đang truyền hay không, bất kể môi trường... 97 20 3.10 Các giải thuật KASUMI 98 3.11 Các vấn đề an ninh của 3G 98 3.11.1 Các phần tử an ninh 2G vẫn được giữ 98 3.11.2 Các điểm yếu của an ninh .98 3.11.3 Các tính năng an ninh và các dịch vụ mới 99 3.12 Bàn luận 100 3.12.1 Mở đầu 100 3.12.2 Các đe dọa an ninh UMTS 100 3.12.3 Mật mã hóa giao diện vô tuyến 101 3.12.4... 97 3.10 Các giải thuật KASUMI 98 14 3.11 Các vấn đề an ninh của 3G 98 3.11.1 Các phần tử an ninh 2G vẫn được giữ 98 3.11.2 Các điểm yếu của an ninh .98 3.11.3 Các tính năng an ninh và các dịch vụ mới 99 3.12 Bàn luận 100 3.12.1 Mở đầu 100 3.12.2 Các đe dọa an ninh UMTS 100 3.12.3 Mật mã hóa giao diện vô tuyến 101 3.12.4... nối tunnel trong chuyển mạch tunnel 54 2.3 Các loại lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA UMTS hỗ trợ 55 Bảng 2.1 Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS 56 2.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 57 Hình 2.5 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 58 2.4.1 Thiết bị người sử dụng (UE) 58 2.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS 60 Hình 2.6 Vai trò logic của SRNC và DRNC 61 2.4.3 Mạng lõi ... lưu lượng và dịch vụ được 3G WCDMA UMTS hỗ trợ 55 Bảng 2.1 Phân loại các dịch vụ ở 3GWDCMA UMTS 56 2.4 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 57 Hình 2.5 Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3 58 2.4.1 Thiết bị người sử dụng (UE) 58 2.4.2 Mạng truy nhập vô tuyến UMTS 60 Hình 2.6 Vai trò logic của SRNC và DRNC 61 2.4.3 Mạng lõi 62 2.4.4 Các mạng ngoài .66 2.4.5 Các ... mạch gói  Kiến trúc 3G WCDMA UMTS R3,R4,R5,R6 Công nghệ an ninh chống xâm nhập trái phép mạng 3G  Mô hình kiến trúc an ninh 3G UMTS  Mô hình an ninh giao diện vô tuyến 3G UMTS  Nhận thực thỏa... tình, chu em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Vinh, ngày tháng 2011 Sinh viên Hồ Văn Toàn năm TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tên đồ án: Công nghệ an ninh chống xâm nhập trái phép mạng 3G Giao đồ án: ngày… tháng... đặt vậy, em nghiên cứu tìm hiểu nhận đề tài với tên gọi AN NINH CHỐNG XÂM NHẬP TRÁI PHÉP TRONG MẠNG 3G UMTS ” làm đồ án tốt nghiệp đại học cho Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến