Xây dựng mô hình bảo mật cho SMS và ứng dụng trong hệ thống phat triển thuê bao điện thoại di động

19

KẾT LUẬN
 Đóng góp của luận văn:
o Luận văn đã phân tích, đánh giá tính an toàn bảo
mật của dịch vụ SMS, mạng GSM. Qua đó phân
tích mô hình ứng dụng SMS trong mạng GSM.
o Luận văn đã đề xuất mô hình ứng dụng SMS sử
dụng tin nhắn mã hóa phục vụ phát triển thuê
bao di động.
o Hệ thống này đã được áp dụng thành công vào
Viettel Telecom, giúp Viettel phát triển đội ngũ
Cộng tác viên đông đảo. Nhờ có hệ thống mà đội
ngũ này đã tham gia phát triển mới cho Viettel
hàng 100.000 thuê bao mỗi ngày vào những thời
gian cao điểm khuyến mại, qua đó góp phần giúp
Viettel trở thành nhà mạng với số lượng thuê bao
lớn nhất Việt Nam.
o Hệ thống này còn được áp dụng cho các thị
trường nước ngoài của Viettel như Haiti,
Mozambique và sắp tới là Peru.
 Hướng phát triển:
o Phát triển thêm các dịch vụ trên Sim như
nạp/chuyển tiền, thanh toán cước phí cho thuê
bao trả sau, thương mại điện tử, mobile
banking
0

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG


XÂY DỰNG MÔ HÌNH BẢO MẬT CHO SMS VÀ ỨNG
DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT TRIỂN THUÊ BAO
ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

CHUYÊN NGÀNH : TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH
MÃ SỐ:60.48.15
Người hướng dẫn khoa học: TS. HOÀNG XUÂN DẬU

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ



HÀ NỘI - 2011
1


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay tại Việt nam cũng như nhiều nước tiên tiến trên thế
giới, các mạng di dộng đã dần đi đến trạng thái bão hòa. Tuy nhiên
sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động (nhà
mạng) vẫn diễn ra hết sức quyết liệt trong việc giữ khách hàng, giảm
tỷ lệ dời mạng cũng như phát triển các thuê bao mới. Các khách hàng
trung và cao cấp (như doanh nhân, những người lao động có thu nhập
khá) gần như đã ổn định, ít có sự thay đổi. Để tạo được lợi thế cạnh
tranh, tăng số lượng thuê bao các nhà mạng hiện tại đang rất chú
trọng tới các khách hàng bình dân như học sinh, sinh viên, nông dân

và những người lao động có thu nhập thấp. Để giành được khách
hàng thuộc phân đoạn thị trường này, các nhà mạng đã và đang đẩy
mạnh phát triển lực lượng Cộng tác viên - những người có thể đi đến
tận nơi, tiếp thị và chăm sóc khách hàng tại những nơi xa xôi nhất.
Nhưng làm thế nào để cung cấp cho lực lượng này một công cụ hiệu
quả, an toàn để có thể sử dụng ở mọi nơi, kể cả những nơi không có
kết nối Internet là một vấn đề đáng lưu tâm. Sử dụng tin nhắn SMS là
một giải pháp tối ưu nhờ tính đơn giản, dễ dùng và chi phí thấp. Tuy
nhiên do bản chất SMS không có tính bảo mật nên vấn đề đảm bảo
an toàn, bảo mật thông tin cho SMS là vấn đề cốt lõi cần được nghiên
cứu.
Đề tài lựa chọn hướng xây dựng mô hình bảo mật cho SMS và
ứng dụng trong hệ thống phát triển thuê bao điện thoại di động sử
dụng các kỹ thuật mã hóa tin nhắn để tăng cường bảo mật nhằm
mang đến cho Cộng tác viên và các điểm bán hàng của các nhà mạng
một công cụ phát triển thuê bao hữu ích, an toàn. Giải thuật mã hóa
18

o Khóa cứng: chính là Sim đa năng được phát cho mỗi
người dùng.
 Đánh giá về hiệu năng: Hệ thống được thiết kế theo hướng
xử lý song song. Mỗi ứng dụng xử lý tin nhắn sẽ có nhiều
tiến trình xử lý nghiệp vụ đồng thời.
 Đánh giá về tính hiệu quả, thiết thực của ứng dụng: Hệ thống
có tính ứng dụng cao, mang lại hiệu quả kinh doanh lớn cho
Viettel Telecom. Với hệ thống này Viettel đã phát triển mạnh
mẽ kênh phân phối Cộng tác viên (hiện tại Viettel Telecom
đã có khoảng 100.000 Cộng tác viên hoạt động tới tận địa
bàn cấp xã, phường của tất cả các tỉnh/TP trong cả nước).
3.5 Kết luận chương

Chương này đã giới thiệu một mô hình bảo mật SMS dựa
trên mã hóa tin nhắn. Tin nhắn được mã hóa bởi một phần mềm
trên SIM trước khi gửi đi. Sau đó tin nhắn này được giải mã dựa
vào key được tạo bởi IMSI và một chuỗi ký tự đặc biệt. Sau khi
giải mã, hệ thống xác thực tính đúng đắn của tin nhắn dựa trên số
điện thoại gửi và PIN được gửi trong tin nhắn. Chương cũng trình
bày những kết quả đạt được khi áp dụng mô hình này cho Viettel
Telecom.
17

3.2 Thử nghiệm mô hình bảo mật cho SMS và ứng dụng
trong dịch vụ đấu nối thuê bao.

Mô hình ứng dụng đấu nối thuê bao qua SMS
3.3 Các kết quả thu được
Mô hình hệ thống trên đã được áp dụng thành công trong
việc xây dựng một hệ thống phát triển (đấu nối) thuê bao cho Công
ty Viettel Telecom.
Một số nghiệp vụ chính đã được triển khai bao gồm:
o Nghiệp vụ tra cứu số thuê bao.
o Đấu nối thuê bao.
o Nghiệp vụ tra cứu số dư tài khoản
o Nghiệp vụ đổi mật khẩu
3.4 Phân tích, đánh giá kết quả thu được
 Đánh giá về tính an toàn: Thông tin của người dùng được
bảo vệ qua 2 khóa:
o Khóa mềm là password được người dùng ghi nhớ
2

tin nhắn dự kiến được sử dụng trong hệ thống là giải thuật Triple

DES.
Mục đích chính của luận văn là thông qua nghiên cứu dịch vụ
SMS trên nền mạng GSM, những vấn đề về an toàn, bảo mật trong
mạng GSM từ đó xây dựng mô hình bảo mật cho các ứng dụng SMS
bằng mã hóa tin nhắn. Áp dụng thử nghiệm mô hình này vào hệ
thống phát triển thuê bao điện thoại di động là một ứng dụng thực
tiễn của đề tài.
Luận văn được trình bày trong 3 chương:
 Chương 1: Tổng quan về dịch vụ SMS trên nền GSM
Chương này sẽ trình bày các vấn đề cơ bản về dịch vụ tin
nhắn SMS: ưu nhược, nhược điểm, cấu trúc và vòng đời
của tin nhắn.
 Chương 2: Mô hình hệ thống ứng dụng SMS trên nền
GSM và vấn đề an toàn, bảo mật thông tin
Chương 2 giới thiệu về các vấn đề an toàn, bảo mật trong
mạng GSM nói chung và ứng dụng SMS nói riêng. Từ
đó đưa ra các giải pháp để nâng cao tính an toàn cho ứng
dụng SMS.
 Chương 3: Thử nghiệm mô hình bảo mật cho SMS và
kết quả
Chương này đề xuất mô hình bảo mật cho SMS bằng mã
hóa tin nhắn. Ứng dụng mô hình này cho hệ thống phát
triển thuê bao điện thoại di động qua SMS cho Cộng tác
viên của công ty Viettel Telecom. Cuối chương là phần
đánh giá về tính an toàn, bảo mật, hiệu năng cũng như
khả năng ứng dụng của mô hình này vào thực tế.
3

Chương 1: Tổng quan về dịch vụ SMS trên nền
GSM.

1.1. Tổng quan về SMS
1.1.1. SMS là gì
SMS là sự viết tắt của cụm từ Short Message Service tạm
dịch là dịch vụ tin nhắn ngắn. SMS là một giao thức viễn thông cho
phép gửi các thông điệp dạng text ngắn (không quá 160 ký tự trên
một tin nhắn). Giao thức này được hỗ trợ trên hầu hết các điện thoại
di động và một số PDA với khả năng truyền thông không dây và
đang dùng rất phổ biến.
1.1.2. Tin nhắn chuỗi / Tin nhắn dài
Một tin nhắn văn bản được chia nhỏ, truyền qua mạng và
được nối lại ở phía nhận để có thể chứa hơn 160 ký tự Tiếng Anh.
1.1.3. Ưu nhược điểm của SMS
a. Ưu điểm
 Tin nhắn SMS có thể đọc và gửi bất cứ lúc nào và có thể
được gửi đến một máy điện thoại di động đang tắt
 Tin nhắn SMS ít ồn ào hơn trong khi bạn vẫn tiếp xúc
với điện thoại
 Tin nhắn SMS hỗ trợ 100% điện thoại GSM và có thể
trao đổi với những mạng không dây khác
 Tin nhắn SMS là một công nghệ thích hợp cho việc xây
dựng những ứng dụng không dây
b. Nhược điểm
16

o Timeout Manager và Timeout Stopper: thực hiện
theo dõi và hủy giao dịch bị timeout, rollback lại các
thao tác đã thực hiện của giao dịch bị hủy, giải
phóng các tài nguyên đã cấp cho giao dịch bị hủy và
gửi tin nhắn thông báo lại cho khách hàng.
o Database Pool (Connection) Manager - DPM: đây là

module quản lý kết nối tới CSDL của hệ thống.
o Module quản lý log.
Khóa dùng trong mã hóa Triple DES
o Khóa bí mật sử dụng trong thuật toán Triple để giải
mã tin nhắn cần được thay đổi theo từng SIM Card.
Ở đây ta sử dụng cơ chế sinh mã như sau:
Keys mã hóa (21 bytes – 168 bits) = IMSI
(19 bytes) + chuỗi ký tự đặc biệt (2 bytes).
o Chuỗi ký tự đặc biệt được quy định chung cho tất cả
các sim, không được lưu trong SIM và được mã hóa
trong code của ứng dụng client cài đặt trên SIM
Card.
o Ứng dụng xử lý tin nhắn cũng biết chuỗi ký tự đặc
biệt này. Khi nhận được tin nhắn, Ứng dụng này sẽ
tách lấy 19 bytes IMSI từ ICCID, ghép với chuỗi ký
tự đặc biệt được biết trước để tạo ra Key giải mã tin
nhắn.
15

SMS Process Application
Database
SMS client
Transaction ManagerService Handler
SMSC
SMS Gateway
Timeout
Manager
Timeout
Stopper
smppsmpp

Tcp/ip Tcp/ip
Database pool (Connections) ManagerDRLog Manager
Transaction Executer
Scheduler
JDBC
SMS Listener
Delay Transaction Manager
Database
JDBC
Database
JDBC

Mô hình tổng thể hệ thống xử lý tin nhắn
Hệ thống này bao gồm 1 số module chính sau:
o SMS Client: giao tiếp với SMS Gateway khi nhận và
gửi tin nhắn.
o SMS Listener: module này có nhiệm vụ nhận tin
nhắn, giải mã tin nhắn, đẩy xuống các Transaction
Manager để xử lý.
o Module Transaction Manager và Transaction
Executer: Transaction Manager nhận tin nhắn từ
module SMS Listener, xác định loại nghiệp, sau đó
đẩy sang cho Transaction Executor thực hiện.
4

Sự hạn chế về kích thước dữ liệu, không thể nhắn tin văn bản
kèm theo nhạc chuông, hình ảnh hay những định dạng văn bản nâng
cao.
1.2. Các ứng dụng của SMS
Các lĩnh vực ứng dụng nổi bật của SMS gồm có:

 Dịch vụ gửi và nhận tin nhắn
 Dịch vụ cung cấp thông tin
 Dịch vụ download
 Dịch vụ thông báo và tin khẩn.
 Gửi mail, Fax và tin nhắn thoại
 Thương mại điện tử và giao dịch thẻ tín dụng
 Thị trường chứng khoán
 Theo dõi hệ thống từ xa
1.3. Giới thiệu mô hình, vòng đời SMS trong mạng GSM
1.3.1. Những khái niệm cơ bản trong dịch vụ SMS
o Tin nhắn báo cáo (Delivery Report)
o Tin nhắn nội mạng
o Tin nhắn ngoài mạng
o Tin nhắn quốc tế
1.3.2. Giới thiệu SMS Gateway
SMS Gateway làm việc như một cầu nối giữa hai SMSC. Nó
chuyển một giao thức SMSC thành một giao thức khác. Đây chính là
cách để kết nối hai nhà cung cấp dịch vụ khác nhau để có thể trao đổi
các tin nhắn liên mạng.
5

1.3.3. Chu trình gửi tin nhắn trong mạng GSM
Chu trình gửi tin nhắn nội bộ qua các thực thể trong mạng
GSM được mô tả như hình sau:


Trong mô hình trên nếu MSC2 không gửi được tin nhắn về cho
thuê bao 2 nó sẽ phản hồi cho SMSC biết nguyên nhân gửi tin nhắn
thất bại. Khi đó SMSC sẽ tạm thời lưu trữ tin nhắn đó. SMSC sẽ cố
gắng gửi lại tin nhắn cho tới khi nhận được tin hiệu báo gửi tin nhắn

thành công hoặc cho đến khi kỳ hạn của tin nhắn đó hết.
1.3.4. Sự sắp đặt và lưu trữ tin nhắn trong Sim
Cấu trúc bộ nhớ của Sim thì được dựa voà một phân cấp của
các thư mục và tập tin gồm: tập tin gốc (Master File : ML), tập tin
thông dụng (Dedicate File : DF), tập tin cơ bản ( Elementary File :
EF).
14

o Phần mềm Client viết trên SIM Card
o Hệ thống xử lý tin nhắn.
Phần mềm Client viết trên SIM Card

Mô hình chức năng ứng dụng mã hóa tin nhắn trên SIM CARD
Hệ thống xử lý tin nhắn SMS Process Application.
13

Chương 3: Thử nghiệm mô hình bảo mật cho SMS
và kết quả.
3.1 Mô hình hệ thống.
Mô hình tổng thể hệ thống như sau:

Mô hình tổng thể hệ thống
Confidential
data
Encrypted Data
Mobile Station
SMS Process Application
Confidential Data
E
n

c
r
y
p
t

Mô hình luồng dữ liệu
Ở đây hệ thống gồm 2 phần chính:
6

1.4.Các lớp giao thức sử dụng trong SMS
1.4.1. Lớp ứng dụng
Là sự hiện thực trong SMES (là một thực thể có thể gửi hoặc là
nhận một tin nhắn ngắn. Lớp ứng dụng này cũng được biết như là
SM-AL(Short-Message-Application-Layer).
1.4.2. Lớp chuyển đổi
Một tin nhắn được xem như là một chuỗi của những octect chứa
đựng thông tin như là chiều dài của tin nhắn, người tạo ra tin nhắn
hoặc là người nhận, ngày nhận,…Lớp chuyển đổi có kí hiệu là SM-
TL (Short Message-Transger-Layer).
1.4.3. Lớp tiếp sóng
Lớp tiếp sóng cho phép chuyển một tin nhắn qua lại giữa những
mạng khác nhau. Một mạng có thể tạm thời lưu trữ một tin nhắn.
Lớp này gọi là viết tắt là SM-RL ( Short Message Relay Layer).
1.4.4. Lớp liên kết
Cho phép truyền một tin nhắn tại mức độ vật lý (tự nhiên). Thay
cho mục đích này, tin nhắn được bảo vệ với mức thấp những lỗi kênh
(channel errors). Lớp này viết tắt là SM-LL (Short Message Link
Layer).
1.5. Cấu trúc tin nhắn SMS

Một đoạn tin nhắn thì có một kích thước tối đa nhất định. Để vận
chuyển rất nhiều dữ liệu, vài đoạn tin nhắn có thể kết hợp vào trong
7

một phép nối tin nhắn. Sự kết nối tin nhắn này được thực hiện ở lớp
ứng dụng. Để được vận chuyển, một đoạn tin nhắn cần được sắp xếp
trên một TPDU
1.6. Kết luận chương
Các ứng dụng SMS càng phát triển thì mối quan tâm của các
tin tặc đối với ứng dụng loại này càng tăng cao. Song song với những
tiện lợi mà các ứng dụng qua SMS mạng lại là những vấn đề về mất
an toàn, bảo mật thông tin, giả mạo tin nhắn, lừa đảo qua tin nhắn. Vì
thế an toàn, bảo mật cho SMS là một vấn đề hết sức quan trọng cần
phải được xem xét, thiết lập và duy trì cho các ứng dụng loại này.
Chương II sẽ đi sâu vào mô hình hệ thống ứng dụng qua SMS và
những vấn đề về an toàn, bảo mật thông tin cho hệ thống này.

12

đăng ký. Nếu nhập sai quá số lần cho phép thì giao
dịch sẽ bị huỷ. Nếu xác nhận mật khẩu thành công
thì dịch vụ được tiếp tục.
2.4.2 Bảo mật cho ứng dụng SMS bằng mã hóa tin nhắn.
Để tăng tính bảo mật cho SMS ta có thể mã hóa tin nhắn
trước khi gửi đi. Việc này được thực hiện bởi một ứng dụng tin nhắn
gắn trên SIM hoặc thiết bị đầu cuối. Vấn đề mã hóa hiện đã có rất
nhiều bài báo và các công trình nghiên cứu, ở đây luận văn lựa chọn
Triple DES (một biến thể của DES).
2.5 Kết luận chương
Chuẩn GSM được thiết kế gần 20 năm trước đây đã trở nên

lỗi thời về các phương thức bảo mật do sự phát triển của công nghệ
cũng như trình độ và phương tiện của hacker ngày càng nâng cao.
Các công cụ tấn công GSM đã ngày càng trở nên rẻ hơn và nằm
trong tầm với của hacker dẫn đến hậu quả là rủi ro trên môi trường
GSM ngày càng tăng cao. Bản chất của SMS lại là một phương thức
truyền tin không bảo mật. Do đó phải tăng tính bảo mật thông tin
bằng cách mã hóa tin nhắn. Mục tiêu ở đây là mã hóa các tin nhắn
trước khi truyền bản tin qua mạng.
11

2.3.2 Tấn công spam SMS, virus SMS
Tấn công spam SMS là dạng tấn công bằng cách gửi SMS có
nội dung lừa đảo đến hàng loạt thuê bao nhằm mục đích trục lợi.
Tấn công virus SMS là dạng tấn công bằng cách lợi dụng lỗ
hổng bảo mật trong phần mềm xử lý SMS của điện thoại di động để
lây lan mã độc.
2.4 Bảo mật cho ứng dụng SMS bằng mã hóa tin nhắn
Như ta đã biết, SMS là một giao thức không có tính bảo mật.
Thông tin gửi qua SMS có thẻ bị giả mạo, cũng có thể bị ghi lại do
các phần mềm gián điệp lợi dụng lỗ hổng bảo mật trong phần mềm
xử lý SMS của điện thoại. Để tăng tính an toàn, bảo mật cho các ứng
dụng SMS ta cần có thêm các giải pháp hỗ trợ cho việc nhắn tin sử
dụng SMS thông thường. Ở đây ta đưa ra 2 giải pháp thường được áp
dụng cho cho các ứng dụng về chứng khoán và Mobile Banking.
2.4.1 Bảo mật kép áp dụng cho các ứng dụng SMS cho
chứng khoán.
Mô tả phương pháp
o Nhà đầu tư được đăng ký 1 mật khẩu
o Nhà đầu tư được đăng ký 1 vài số điện thoại nhất
định (cố định hoặc di động)

o Nhà đầu tư nhắn tin sử dụng các dịch vụ (tra cứu, đặt
lệnh )
o Khi hệ thống SMSC nhận dạng thành công dịch vụ
hệ thống CallCenter tự động gọi ra (số hiện thời hoặc
số đã đăng ký) và yêu cầu nhập vào mật khẩu đã
8

Chương 2: Mô hình hệ thống ứng dụng SMS trên
nền GSM và vấn đề an toàn, bảo mật thông tin.
2.1 Mô hình ứng dụng SMS trong mạng GSM
Mô hình ứng dụng được mô tả trong hình sau:

2.2 An toàn, bảo mật trong mạng GSM
2.2.1 Mô hình bảo mật GSM
Mục đích của bảo mật GSM
Mạng GSM có những rủi ro bảo mật như:
 Tấn công giả mạo thiết bị di động đầu cuối
 Nghe lén cuộc gọi
 Tấn công dùng phương thức người thứ ba đứng giữa
(man in the middle attack).
Mục đích của bảo mật GSM là giảm thiểu các rủi ro trên
bằng các cơ chế:
9

 Xác thực vào dịch vụ di động
 Mã hóa các thông tin trao đổi trên môi trường radio.
Các đặc điểm bảo mật của GSM
Một số chức năng bảo mật đã được tích hợp vào GSM nhằm
bảo vệ người dùng, bao gồm:
 Xác thực chủ thể thuê bao đăng ký

 Sử dụng mã hóa để đảm bảo bí mật thông tin trao đổi
 Bảo vệ định danh của thuê bao
 SIM (Mô dun nhận dạng thuê bao) được bảo vệ bằng mã
số PIN
 SIM bị nhân bản không được cho phép gia nhập mạng
đồng thời với SIM gốc
 Mã số bí mật Ki được bảo vệ an toàn.
2.2.2 Các hạn chế về bảo mậtcủa GSM
Với cơ chế bảo mật hiện nay, GSM có các hạn chế sau:
Bảo mật bằng tính bất khả định:
Nghĩa là bảo mật bằng cách giấu kín thuật toán, cách thi
hành, không cho cộng đồng biết được cơ chế bảo mật. Trong cơ chế
bảo mật GSM, các thuật toán A3, A5, A8 đều được giấu kín. Tuy
nhiên một thuật toán cho dù tốt đến đâu cũng có thể mắc lỗi, và nếu
không được công khai để cộng đồng kiểm chứng thì hoàn toàn có thể
bị mắc những lỗi nghiêm trọng mà chưa ai biết!
Chính sách mã hóa có thể bị thay đổi:
Thuật toán A5 được dùng để mã hóa đường truyền sóng
radio thoại và dữ liệu. Tuy nhiên có 3 chính sách mã hóa khác nhau:
A5/0 (không mã hóa) và hai thuật toán A5/1 và A5/2. Sở dĩ có sự
10

phân loại này là do các pháp chế về vấn đề xuất khẩu thuật toán bảo
mật.
Những mối đe doạ đối với các thiết bị đầu cuối và SIM card:
 Tính toàn vẹn của dữ liệu :
 Bị mất đầu cuối hoặc SIM card :
 Cho mượn SIM card và đầu cuối di động :
 Nghe trộm và giả dạng :
 Độ tin cậy đối với dữ liệu nhận thực và dữ liệu người sử

dụng
 SIM card giả :
 Các thiết bị kém chất lượng và các đầu cuối chưa qua kiểm
chứng.
2.2.3 Tấn công bảo mật GSM
 Tấn công ăn cắp, nhân bản SIM
 Tấn công nghe lén cuộc gọi bằng thủ thuật người đứng giữa
 Tấn công nghe lén bằng thủ thuật giải mã thuật toán A5
 Các phần mềm gián điệp trên điện thoại di động
2.3 Tính an toàn, bảo mật thông tin qua SMS
2.3.1 Tấn công giả mạo CALL-ID và giả mạo người gửi
tin nhắn SMS
Tin nhắn SMS là một dạng dữ liệu đặc biệt gửi trên mạng
GSM. Vì lý do điện thoại di động có khả năng roaming, nhà cung cấp
dịch vụ không thể xác thực ID của người gửi. Chính vì vậy hacker có
thể giả mạo người gửi bằng cách sửa đổi trường sender-ID trong dữ
liệu header của tin nhắn. Khi nhận được một tin nhắn thì không có
cách nào phân biệt được đây là tin nhắn thật hay tin nhắn mạo danh.