Bài giảng an toàn mạng máy tính

An toàn mạng máy tính4.1 - An toàn mạng và các yêu cầu 4.2 - Mã hoá cryptography 4.3 - Chứng thực authentication 4.4 - Tính liêm chính và nguyên vẹn integrity 4.5 - Key Distribution and

Chương 3:

AN TOÀN MẠNG MÁY TÍNH

Giáo viên: ThS Tạ Minh Thanh E-mail: taminhjp@gmail.com

An ninh truyền tin người-người

??????

-Ăn trộm-Sửa đổi-Huỷ bỏ-…

-Kẻ trộm không hiểu được nội dung

-Thông điệp không bị sửa đổi

-Gửi đúng địa chỉ

-…

An toàn mạng máy tính

4.1 - An toàn mạng và các yêu cầu

4.2 - Mã hoá (cryptography)

4.3 - Chứng thực (authentication)

4.4 - Tính liêm chính và nguyên vẹn (integrity)

4.5 - Key Distribution and Certification

4.6 - Kiểm soát truy cập (access control): firewalls 4.7 - Tấn công mạng (network attacks)

4.8 - An ninh tại các tầng mạng

Truyền tin an toàn trong mạng máy tính

• Alice, Bob, Trudy: các máy tính cụ thể, các dịch vụ cụ thể (web, mail, DNS, bank…).

• Bob, Alice muốn “trò chuyện” bí mật; nạn nhân (victim) của Trudy

• Trudy (kẻ trộm) muốn và có thể nghe thấy, lưu lại, huỷ bỏ, sửa

đổi thông điệp, gửi thông điệp giả mạo.

Các yêu cầu về an toàn truyền tin

• Bí mật (confidentiality): msg truyền đi chỉ có sender

(sndr) và receiver (rcvr) hiểu được.

• Tính liêm chính và nguyên vẹn (integrity): msg nhận

được không bị sửa đổi và nếu bị sửa đổi phải phát hiện

được; msg phải đảm bảo đến từ đúng sndr.

• Kiểm soát truy cập (access control):

– kiểm soát được sự truy nhập dịch vụ (firewalls).

Mã hoá (cryptography)

• Mã hoá (encryption): chuyển msg thành dạng khác mà chỉ có sndr và rcvr hiểu được bằng cách giải mã (decryption)

• Khoá (key): thông tin sử dụng để mã hoá hay giải mã

– Khoá đối xứng (symmetric); khoá chia sẻ (shared): cả sndr và rcvr cùng biết – Khoá công khai (public): khoá dùng để mã hoá được công khai.

Mã hoá đối xứng (SKC - Symmetric Key Cryptography)

• Mã Caesar: thay thế các ký tự của msg bởi ký tự đứng sau nó k vị trí.

– Vd: k=1 thì ab, bc,…,za.

• Phương pháp thế (substitution):

– thay thế ký tự theo bảng thay thế.

– mã Caecar là trường hợp đặc biệt.

SKC: DES

• DES: Data Encryption Standard

• Đưa ra bởi NIST (National Institute of Standard and Technology, US).

• Khoá (key) là một số nhị phân 56-bit; dữ liệu (data) là số nhị phân 64-bit.

• Mức độ an toàn của DES:

– RSA Inc 1997, msg = “Strong cryptography makes the world a safer

place” , khoá 56-bit giải mã bằng brute-force: 4 tháng.

• Tăng độ an toàn của DES:

– cipher-block chaining: đầu ra của bộ 64-bit thứ j XOR với 64-bit vào kế tiếp.

– mã hoá nhiều lần liên tiếp (3 lần  triple-DES: 3DES).

– Advanced Encryption Standard (AES):

• NIST cải tiến DES, 2001; Khoá: 128, 256, 512-bit;

• brute-force: 149 nghìn tỷ (trillion) năm đối với 1 giây để giải mã DES 56-bit key.

Basic DES operation

Public Key Cryptography (PKC)

• Sử dụng khoá đối xứng (SKC):

– khoá mã và khoá giải mã giống nhau (khoá bí mật).

– sndr và rcvr cần phải thoả thuận trước khoá bí mật – nếu khoá dùng chung được gửi qua mạng thì cũng có

khả năng bị “ăn cắp”.

• Mã hoá sử dụng khoá công khai:

– mỗi bên (sndr, rcvr) sử dụng một cặp khoá (khoá mã

và khoá giải mã).

– khoá mã được công khai (PK - public key).

– khoá giải mã là bí mật (SK - secret key; sndr không

PKC (cont)

PKC (cont)

• Yêu cầu đối với PKC:

– Cần có hai “hàm” KB+ ( ) và KB- ( ) sao cho:

– “Không thể” tìm ra KB- khi biết KB+

• Ví dụ:

– RSA (Rivest, Shamir, Adelson) algorithm

– Khoá công khai và khoá bí mật là các cặp

số nguyên.

m = KB- (KB+ ( m))

RSA: Chọn khoá thế nào?

• Chọn hai số nguyên tố lớn p, q (vd: 1024-bits);

RSA: Encryption, decryption

RSA example

Bob chooses p=5, q=7 Then n=35, z=24

e=5 (so e, z relatively prime).

d=29 (so ed-1 exactly divisible by z)

An toàn mạng máy tính

4.1 - An toàn mạng và các yêu cầu

4.2 - Mã hoá (cryptography)

4.3 - Chứng thực (authentication)

4.4 - Tính liêm chính và nguyên vẹn (integrity)

4.5 - Key Distribution and Certification

4.6 - Kiểm soát truy cập (access control): firewalls 4.7 - Tấn công mạng (network attacks)

4.8 - An ninh tại các tầng mạng

Chứng thực

• Mục đích của chứng thực là đảm bảo chắc chắn đối

phương không bị giả mạo.

• Authentication Protocol – ap (textbook #1).

• ap1.0: Alice say “I’m Alice”

Failed

Bob không “nhìn thấy” Alice trong

Authentication: ap3.0

• Alice gửi kèm password để chứng minh.

• Trudy có khả năng “nghe” được password của Alice.

– Trudy ghi lại password rồi dùng nó để gửi cho Bob khi

Failed

Authentication: ap3.1

• Alice gửi kèm password đã được mã hoá (encrypted

password) để chứng minh.

• Trudy có khả năng “nghe” được password đã mã hoá của

Alice, nhưng không biết password là gì !!!

• Tuy nhiên, Trudy chẳng cần biết password của Alice làm gì, chỉ cần password đã mã hoá là đủ.

Authentication: ap4.0

• Nonce: số ngẫu nhiên được Bob sử

dụng để “chứng thực” Alice.

• Mỗi lần cần chứng thực, Bob tạo ra một

nonce rồi gửi cho Alice, yêu cầu Alice

mã hoá (sử dụng khoá bí mật chung K

A-B) rồi gửi lại.

• Bob kiểm tra xem Alice mã hoá có đúng

không? để chứng thực.

• Trudy có thể ghi lại nhưng không thể

dùng lại do nonce là khác nhau với

mỗi lần chứng thực.

• Nhược điểm: khoá bí mật; liệu có thể

Authentication: ap5.0

• Sử dụng nounce và mã hoá công khai.

ap5.0: lỗ hổng (security hole)

• Trudy giả mạo Alice.

Lỗ hổng ap5.0:

man-in-the-middle attack

• Trudy đứng ở

giữa, giả mạo Bob

với Alice và giả

mạo Alice với Bob.

4.4 - Tính liêm chính và nguyên vẹn (integrity)

4.5 - Key Distribution and Certification

4.6 - Kiểm soát truy cập (access control): firewalls 4.7 - Tấn công mạng (network attacks)

• Để đảm bảo dữ liệu được nguyên vẹn, có thể sử dụng các phương pháp kiểm soát lỗi (checksum, CRC…).

• Để kiểm tra được dữ liệu nhận được đến từ một

sndr cụ thể nào đó, sử dụng chữ ký điện tử

(chữ ký số - digital signature).

• Chữ ký thông thường: giống nhau với mọi msg.

• Chữ ký điện tử: phải khác nhau với các msg

khác nhau.

4025285