Công nghệ mạng riêng ảo VPN: Các giao thức đường hầm và bảo mật - Chương 5

Tài liệu tham khảo ngành viễn thông Công nghệ mạng riêng ảo VPN: Các giao thức đường hầm và bảo mật

CHƯƠNG 5

QUẢN LÝ MẠNG VPN

Đảm bảo sự hoạt động liên tục của mạng, đặc biệt là những mạng lớn là vấn đề đóng vai trò quan trọng Người quản trị mạng phải nắm bắt được đầy đử

và thường xuyên các thông tin về cấu hình, sự cố và tất cả số liệu liên quan đến việc sử dụng mạng

Việc quản lý mạng VPN bao gồm: quản lý bảo mật, quản lý địa chỉ IP và quản lý chất lượng mạng

5.1 Quản lý bảo mật (mật mã và xác thực)

Quản lý bảo mật không chỉ bao hàm việc xác thực những người dùng từ những vị trí khác nhau, điều khiển quyền truy cập mà còn có quản lý khoá, liên kết với các thiết bị VPN Trong phần này ta sẽ thảo luận các vấn đề về bảo mật các máy tính, các mạng và dữ liệu

Trước tiên là một số vấn đề tổng quát về chính sách bảo mật thống nhất, những vấn đề liên quan đến bảo mật xung quanh việc quản lý VPN Sau đó, chúng ta sẽ tập trung vào chọn lọc một số giải thuật mã hoá và các chiều dài khoá, phân phối các khoá và liên kết thông tin trong tập liên kết bảo mật IPSec, cũng như xác thực người dùng và điều khiển truy cập IPSec đưa ra các chính sách bảo mật dữ liệu với bất kỳ giao thức nào và có nhiều lựa chọn nên việc quản lý bảo mật cho VPN sẽ tập trung trên nền IPSec, có bao hàm PPTP và L2TP ở những vị trí thích hợp

5.1.1 Các chính sách bảo mật thống nhất

Một khung làm việc bảo mật cho một tổ chức bao gồm các yếu tố: xác thực, tính bảo mật, tính nguyên vẹn, cấp quyền, tính sẵn sàng, quản lý và độ tin cậy Một cơ chế bảo mật thống nhất cần thực hiện:

- Xem xét những gì ta đang bảo mật

- Xem xét những gì ta cần bảo mật từ đâu

- Xác định các nguy cơ có thể

- Tiến hành đánh giá những việc bảo mật trong phương pháp xác thực giá

- Xem xét việc xử lý một cách liên tục

- Hoàn thiện mọi thời gian thực

Xác thực

Quản lý

Săn sàng

Cấp quyền

Tính bảo mật

Tính tin cậy

Tính toàn

vẹn

Chính sách bảo mật của mạng riêng

Hình 5.1: Các thành phần của hệ thống bảo mật Chính sách bảo mật truyền thống nhận biết tất cả các tài sản, thông tin đang được bảo mật, cơ sở dữ liệu tập trung và phần cứng máy tính Nhưng, khi các hệ thống thông tin đã trở nên phân tán hơn, nhiều hơn thì các chính sách bảo mật thống nhất bao hàm quản lý trên phạm vi các LAN

Khi định nghĩa các chính sách bảo mật cho mạng thì cần nhận biết mọi điểm truy cập tới hệ thống thông tin và định nghĩa các nguyên tắc của chính sách để bảo mật các điểm vào/ra

Một số vấn đề khi lập một chính sách bảo mật:

- Việc tổ chức, lập kế hoạch sử dụng các dịch vụ Internet?

- Các dịch vụ sẽ được sử dụng ở đâu?

- Điều gì sẽ xảy ra khi liên kết việc cung cấp các dịch vụ và truy cập?

- Định giá cái gì trong giới hạn của điều khiển và tác động trên mạng không tin cậy được cung cấp bảo mật ?

- Cần bổ sung những gì (mã hoá, xác thực ) để có thể hỗ trợ?

- Ngân sách để thực hiện việc bảo mật?

Toàn bộ kế hoạch bảo mật là khả năng giám sát và đáp ứng các biến cố, sự

cố phức tạp xảy ra

5.1.2 Các phương thức mã hoá

Khi xây dựng một mạng VPN thì tuỳ theo mức độ yêu cầu mà ta có thể thiết lập các mức độ bảo mật dữ liệu khác nhau

a) Các giao thức và giải thuật cho VPN

Các giao thức IPSec, PPTP và L2TP đưa ra các giải thuật cho phép để mã hoá dữ liệu

Giao thức PPTP có thể sử dụng PPP, DES, 3DES để mã hoá dữ liệu Microsoft đưa ra một phương thức mã hoá gọi là mã hoá điểm-điểm MPPE (Microsoft Point-to-Point Encryption) để sử dụng với đường hầm PPTP MPPE

sử dụng giải thuật RC4 với các khoá 40 bit hoặc 128 bit

Giao thức L2TP có thể sử dụng PPP để mã hoá dữ liệu, tuy nhiên trong L2TP, thường sử dụng IPSec để mã hoá dữ liệu

Trong IPSec, giải thuật mã hoá được mặc định để sử dụng trong ESP là DES và 3DES

b) Chiều dài khoá

Cần phải xác định độ nhạy của dữ liệu để có thể tính toán nó nhạy bao lâu

và nó sẽ được bảo mật trong bao lâu Khi tính được, ta có thể chọn một giải thuật mã hoá và chiều dài khoá để đảm bảo thời gian phá lâu hơn nhiều thời gian nhạy của dữ liệu

Bảng: là thông tin tóm lược của Brude Schnier (Thực hành mã hoá_Applied

Cryptography) đưa ra thời gian và phí tổn cần thiết để phá khoá

Giá

(USD)

Chiều dài khoá theo bit

40 64 80 128

100 ngàn

1 triệu

100 triệu

1 tỷ

100 tỷ

2 giây

2 giây 2ms 2ms 2ms

1 năm

37 ngày

9 giờ

1 giờ

32 giây

70.000 năm 7.000 năm

70 năm

7 năm

24 ngày

1019 năm

1018 năm

1016 năm

1015 năm

1013 năm Bảng 3: Đối chiếu thồi gian và phí tổn để phá các khoá

5.1.3 Quản lý khoá cho các cổng nối

Một số khoá thường được yêu cầu đẩm bảo liên lạc giữa các cổng nối bao gồm:

- Có một cặp khoá để nhận dạng 2 cổng nối khác nhau, các khoá này phải được kết nối cứng, thay đổi nhân công hoặc truyền qua các chứng nhận điện tử

- Các khoá phiên yêu cầu xác thực và mã hoá các gói được truyền giữa các cổng nối, cụ thể, sử dụng các tiêu đề AH, ESP của IPSec

Các khoá khác nhau được yêu cầu cho mỗi tiêu đề IPSec và được xem xét qua các liên kết bảo mật Ví dụ, nếu cả AH và ESP được sử dụng để xử lý các gói thì khi đó hai SA được xem xét giữa các cổng nối hoặc các host

a) Nhận dạng các cổng nối

Một đường hầm bảo mật có thể được thiết lập giữa hai cổng nối bảo mật hoặc giữa một host từ xa và một cổng nối bảo mật, các thiết bị này đã được xác thực bởi một thiết bị khác và được chấp thuận trên một khoá Xác thực ở đây không đồng thời với xác thực các gói sử dụng tiêu đề AH, mà là các thiết bị tự xác thực

Các cổng nối sử dụng các cặp khoá chung có thể được xác thực nhân công, nhưng nó thường được kết nối cứng trong thiết bị trước khi nó được xắp xếp Sau đó người quản lý mạng ghi các thiết bị mới với các cổng nối bảo mật khác trên VPN, đưa ra các cổng nối này khoá chung do đó có thể thay đổi các khoá phiên

Nếu một cổng nối bảo mật không được xếp với các khoá két nối cứng, cổng nối sẽ thiết lập để đưa ra ngẫu nhiên cặp khoá của nó Khi đó một chứng nhận điện tử sẽ được chỉ định với khoá riêng và gửi đến quyền đăng nhập chứng nhận thích hợp, một máy chủ chứng nhận nội bộ hoặc CA cấp 3 như Versign Khi chúng nhận được chấp thuận, chứng nhận này sẵn sàng từ CA để sử dụng bởi các cổng nối bảo mật khác và các client từ xa tới xác thực vị trí trước khi dữ liệu được thay đổi

b) Điều khiển các khoá phiên

Nếu thay đổi khoá (giống như trong IPSec hay L2TP) được yêu cầu giữa các

vị trí, phương thức cơ bản nhất là thay đổi nhân công các khoá Một khoá phiên ban đầu được sinh ra ngẫu nhiên bởi một cổng nối bảo mật và sau đó người quản

lý mạng phân phối khoá để quản lý thiết bị thứ cấp, cụ thể là máy điện thoại, ghi thư hoặc kết hợp thư tín Quản lý thứ cấp đặt khoá đến cổng nối bảo mật thứ cấp

và một phiên bảo mật giữa hai cổng nối được thiết lập Các khoá mới được sinh ra khi có yêu cầu và được phân phối cùng phương cách như trước

5.1.4 Quản lý khoá cho các người dùng

Trong VPN kết nối LAN-LAN, các khoá được đưa ra và được phân phối một cách tương đối dơn giản để quản lý khi số lượng vị trí không quá lớn Nếu số vị trí nhỏ hơn 100, một hệ thống động sử dụng các quyền chứng nhận bên ngoài hoặc máy chủ chứng nhận nội bộ nên không làm phức tạp việc quản

lý tiêu đề

Quản lý khóa đối với người dùng từ xa, với số lượng người dùng từ xa có thể lên tới hàng ngàn, cần phải xắp xếp và thực hiện tự động khi có thể Để hỗ trợ số lượng lớn người đang truy cập từ xa với một cổng nối bảo mật thì cần phải thực liện liên kết bảo mật client một cách tập trung

Người dùng VPN từ xa thường sử dụng máy tính xách tay để truy cập, máy tính sách tay lại dễ bị lấy cắp nên các khoá lưu trữ trên máy tính xách tay rất dễ

bị mất Có 3 công nghệ chính để bảo mật các khoá:

- Lưu trữ các khoá trên một thiết bị di dời được như đĩa, card thông minh

- Mã hoá khoá với một mật khẩu và yêu cầu client xác nhận mật khẩu trước khi truy cập

- Mã hoá các khoá với một mật khẩu và ngăn cản truy cập nếu sử dụng sai mật khẩu Giới hạn số lần sai mật khẩu, ví dụ: nếu sai 3 lần liên tiếp thì không cho phép client có khoá đó truy cập tiếp

5.1.5 Các dịch vụ xác thực

Có nhiều cách khác nhau để xác thực người dùng vào mạng: sử dụng mật khẩu, các hệ thống lệnh/đáp ứng sử dụng RADIUS, sử dụng các thẻ bài, các chứng nhận điện tử… Nếu thiết bị của mạng đã hỗ trợ truy cập từ xa qua modem

và máy chủ truy cập từ xa, khi đó cần liên kết nó tới cổng nối bảo mật để điều khiển xác thực và quyền truy cập của các người dùng VPN

Dữ liệu

Máy chủ xác thực

Máy chủ truy cập từ xa

Internet

RADIUS

Người dùng

ở xa

ISP

Mạng riêng được bảo vệ

Cơ sở dữ liệu nhận dạng người dùng

Hình 5.2: Xác thực người dùng

Nếu sử dụng L2F, PPTP, hoặc L2TP để tạo các đường hầm, dùng ISP như một điểm cuối của đường hầm thì khi đó máy chủ xác thực của ISP uỷ quyền tới máy chủ xác thực của mạng riêng Điều này cho phép duy trì điều khiển việc thiết lập các thông số xác thực và các quyền truy cập nhưng ngăn chặn ISP dùng thông tin đó để cung cấp quyền truy cập tới những người dùng từ xa

5.1.6 Quản lý CA nội bộ

Các chứng nhận điện tử có một chu kỳ sống hữu hạn, sau khi các chứng nhận được cấp phát một thời gian chúng sẽ ngừng hoặc có thể bị huỷ bỏ Các chứng nhận cũng có thể được tái lập và cần được dự phòng trong trường hợp các khoá cần được thu hồi sau một ngày

Nếu muốn tiến hành quyền đăng nhập chứng nhận riêng trong nội bộ, quản

lý hệ thống không chỉ đòi hỏi tạo các cặp khoá và cấp phát các chứng nhận mà còn quản lý các khoá và các chứng nhận này Quản lý các chứng nhận bao gồm việc duy trì nơi chứng nhận, từ chối chứng nhận khi cần và cấp phát bản kê khai huỷ bỏ các chứng nhận CRL (Certification Revocation Lists) Quản lý khoá đòi hỏi khoá dự phòng và thu hồi khoá, tự động cập nhật khoá (và các xác thực) và quản lý nguồn gốc khoá

5.1.7 Điều khiển quyền truy cập

Một VPN được cấu tạo để cung cấp liên lạc giữa các host và các cổng nối bảo mật Điều khiển truy cập ở đây không chỉ bao gồm điều khiển quyền truy cập vào mạng mà còn điều khiển các mức truy cập trong mạng

Tài nguyên trong công ty được phân thành các mức khác nhau, tuy theo công việc và mức độ quan trọng mà có thể được truy cập vào các tài nguyên khác nhau Ví dụ, nhân viên bán hàng không được phép truy cập tới tài nguyên của nhóm nghiên cứu, nhóm dự án hay quản lý

Tóm lại, Quản lý bảo mật cho VPN là một phần trong chính sách bảo mật, quản lý VPN Vấn đề xác thực người dùng và điều khiển truy cập tới các tài nguyên của mạng đóng vai trò hết sức quan trọng Phân phối khoá để xác thực các cổng nối bảo mật và các host từ xa là phần quan trọng trong việc quản lý VPN Các quyền đăng nhập chứng nhận hay máy chủ chứng nhận nội bộ riêng

có thể được sử dụng để cấp phát và điều khiển các chứng nhận điện tử

5.2 Quản lý địa chỉ

Sự phát triển bùng nổ trong việc sử dụng địa chỉ IP để truyền thông dữ liệu, các tổ chức thương mại dẫn tới một số vấn đề về việc cấp phát và quản lý địa chỉ

IP Không gian địa chỉ IPv4 có 32 bit, cung cấp 232=4.294.967.296 địa chỉ đã không đủ cung cấp Các giải pháp ngắn hạn đã được sử dụng để giải quyết sự thiếu hụt về địa chỉ Tuy nhiên, trong tương lai IPv6 với trường địa chỉ dài 128 bit cung cấp 2128 địa chỉ

Trong phần này ta sẽ chỉ ra một số vấn đề trợ giúp người quản lý và người thiết kế, các phương pháp cấp phát địa chỉ tới các thiết bị mạng trên cả mạng riêng và mạng chung, các vấn đề liên quan tới việc đặt tên các thực thể mạng qua hệ thống tên miền DNS (Domain Name System)

5.2.1 Địa chỉ IPv4

Các địa chỉ IPv4 là một số nhị phân có chiều dài 32 bit, cấu trúc thành 4 octet (1 octet = 8bit) bao gồm 2 phần: Phần Net work và phần host Phần chỉ số mạng được gán bởi ARIN, còn phần host được gán bởi nhà quản lý ARIN (American Registry for Internet Number) phân dải địa chỉ IP thành 3 lớp: lớp A, lớp B, và lớp C

Địa chỉ lớp A dùng 8 bit (1 octet) đầu tiên để định danh phần địa chỉ mạng, 24bit (3 octet) còn lại có thể được dùng cho phần host của địa chỉ Mỗi mạng của địa chỉ lớp A có thể gán đến (224-2) hay 16.777.214 địa chỉ IP cho các thiết

bị gắn vào mạng ( trừ đi một địa chỉ mạng và một địa chỉ quảng bá)

Địa chỉ lớp B dùng 16 bit đầu tiên (2 octet) đầu tiên để nhận dạng phần địa chỉ mạng Hai octet còn lại của địa chỉ IP có thể được dùng cho phần host của địa chỉ Mỗi mạng dùng địa chỉ IP lớp B có thể gán đến (216-2) hay 65.534 địa chỉ cho các thiết bị gắn vào

Địa chỉ IP lớp C dùng 24 bit đầu tiên (3 octet) đầu tiên để nhận dạng phần địa chỉ mạng chỉ có octet cuối cùng của địa chỉ IP lớp C là có thể được dùng cho phần host của địa chỉ Mỗi mạng dùng địa chỉ IP lớp C có thể gán đến (28-2) hay 254 địa chỉ IP cho các thiết bị gắn vào

5.2.2 Cấp phát địa chỉ

Trong các tổ chức lớn bao gồm rất nhiều máy thì việc cấp phát địa chỉ IP cho hàng ngàn trạm làm việc và cấu hình các địa chỉ này trong phần mềm TCP/IP là một công việc khó khăn

Có hai kiểu cấp phát địa chỉ IP vẫn thường được đề cập và sử dụng đó là: Cấp phát địa chỉ động và cấp phát địa chỉ tĩnh

Với phương thức cấp phát địa chỉ tĩnh, thì ta phải đến từng thiết bị và cấu hình cho nó với một địa chỉ IP Phương pháp này đòi hỏi phải ghi nhớ một cách

tỉ mỉ, vấn đề trở ngại có thể xảy ra trên mạng nếu dùng trùng địa chỉ IP hay cấu hình nhầm Phương thức này chỉ có thể sử dụng khi cấp phát địa chỉ cho một số lượng nhỏ máy Phương pháp cấp phát địa chỉ tĩnh tiêu tốn nhiều thời gian, bất

cứ một sự thay đổi nhỏ nào của mạng đều phải cấu hình lại mạng nên rất tốn kém và hiệu quả thấp Khi số lượng địa chỉ IP cần cấp phát lên tới hàng trăm, hàng ngàn thì phương pháp này không còn hợp lý và rất khó để thực hiện

Với phương thức cấp phát địa chỉ động, các địa chỉ IP được gán một cách

tự động, ta không cần phải đến từ thiết bị mà có thể gán từ máy chủ ở xa Để giải quyết vấn đề này một phương thức cấp phát địa chỉ IP động là giao thức cấu hình host động DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

* Giao thức cấu hình host động DHCP được thiết kế để cung cấp một phương pháp tập trung tới cấu hình và duy trì một không gian địa chỉ IP, mạng quản lý cấu hình các loại thiết bị trên mạng được định vị duy nhất DHCP cho phép các địa chỉ IP được chỉ định linh động tới các trạm làm việc

Hoạt động DHCP hoàn toàn đơn giản Khi một client DHCP được kích hoạt, nó chuyển vào trạng thái khởi động và gửi yêu cầu DHCP quảng bá cho máy chủ DHCP trên mạng cung cấp cho nó một địa chỉ IP và các thông số cấu hình, sau đó chuyển đến trạng thái chọn lựa Máy chủ DHCP trên mạng đưa ra một địa chỉ IP và các thông số cấu hình bằng việc gửi một phúc đáp tới client để cấu hình client này Client có thể chấp nhận hoặc đợi các máy chủ khác trên mạng Cuối cùng, client lựa chọn và đưa ra công bố chi tiết đến máy chủ thích hợp Máy chủ được chọn sẽ gửi trả báo nhận với địa chỉ IP được đưa ra và bất

kỳ một thông số cấu hình khác mà client yêu cầu

Địa chỉ IP đưa tới lient bởi máy chủ DHCP có thoả thuận về thời gian tồn tại Trong suốt thời gian sống của địa chỉ động, client thường xuyên hỏi máy chủ

để tái lập Nếu client không muốn tái lập hoặc máy client kết thúc thì địa chỉ IP này có thể được cấp phất cho máy khác

* Hệ thống tên miền DNS (Domain Name System)

Các địa chỉ IP dưới dạng các số nhị phân hay các số thập phân thì đều khó nhớ, mọi người thích và cảm thấy dễ nhớ tên hơn là các địa chỉ IP Để liên hệ nội dung của site với địa chỉ của nó, người ta đã phát triển ra hệ thống tên miền DNS Một domain hay một miền là một nhóm các máy tính được liên hệ vị trí địa lý của nó hoặc hình thức kinh doanh dùng nó Một domain name là một chuỗi ký tự hay chữ số, thông thường là tên đầy đủ hay viết tắt, tượng trưng cho một địa chỉ ở dạng số của một Internet site Có hơn 200 miền thuộc mức trên cùng trên mạng Internet, ví dụ như:

vn Việt nam

us Mỹ

uk Vương quốc anh

Cũng có các tên phân loại chung, ví dụ như:

com Những site thương mại

edu Những site giáo dục

org Những site phi lợi nhuận

gov Những site của tổ chức chính phủ

net Dịch vụ mạng

Hệ thống tên miền DNS là hệ thống đặt tên chính thức của Internet DNS là

hệ thống đặt tên phân tán, cơ sở dữ liệu là các tên tịnh tiến để có thể cung cấp cho nhiều host

Hệ thống DNS được xây dựng dưới dạng phân cấp, tạo ra các mức khác nhau cho các DNS server Máy chủ tên miền DNS (Domain name server) là một thiết bị mạng Nó đáp ứng cho các yêu cầu từ các client để dịch một tên miền sang địa chỉ IP tương ứng

Nếu một DNS cục bộ có thể dịch một tên miền sang địa chỉ IP liên hệ, nó

sẽ thực hiện và trả kết quả về cho client Nếu không thể dịch địa chỉ này thì nó

sẽ chuyển yêu cầu đến một DNS mức cao hơn kế tiếp để cố gắng dịch địa chỉ Nếu DNS mức này có thể dịch tên miền sang địa chỉ IP tương ứng thì nó sẽ thực hiện và trả kết quả về cho client Nếu không thể, nó lại gửi yêu cầu cho các mức cao hơn kế tiếp Quá trình này cứ lặp lại cho đến khi tên miền được dịch hay đạt đến DNS ở mức trên cùng Nếu tên miền không tìm thấy trên DNS lớp cao nhất thì xem như có lỗi và thông báo lỗi tương ứng sẽ được gửi đến client

Bất kỳ ứng dụng nào dùng các tên miền đều biểu diễn cho các địa chỉ IP đều phải dùng DNS để dịch tên miền sang địa chỉ IP tương ứng

Dữ liệu

Máy chủ DHCP host

Dữ liệu

Máy chủ DNS thứ cấp

Máy chủ DNS

sơ cấp

Hệ thống

host

Máy chủ DNS thứ cấp

1

2

3

Máy chủ DHCP cấp địa chỉ IP cho các host

Máy chủ DHCP thông báo cho máy chủ DNS thứ cấp chấp nhận địa chỉ IP và tên của host.

Máy chủ DNS thông báo cho máy chủ DNS sơ cấp

về những thay đổi nếu cần.

2

Hình 5.3: Mối quan hệ giữa máy chủ DHCP và máy chủ DNS

5.2.3 NAT và các địa chỉ riêng

Các địa chỉ IP được cấp phát bởi IANA được chỉ định để sử dụng trên mạng Internet Nếu công ty không có mục đích sử dụng Internet mà chỉ yêu cầu kết nối trong một mạng không cần kết nối với bên ngoài thì các địa chỉ riêng là

lý tưởng cho họ

Các dải địa chỉ riêng: Lớp A: 10.0.0.0 ÷ 10.255.255.255

Lớp B: 172.16.0.0 ÷ 172.31.255.255

Lớp C: 192.168.0.0 ÷ 192.168.255.255

IETF khuyến nghị một số dải địa chỉ riêng được sử dụng để các bộ định tuyến Internet sẽ không bị nhầm lẫn nếu các địa chỉ được biết ngẫu nhiên trên Internet