NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐẢM BẢO AN NINH ĐƯỜNG TRUYỀN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
BÀI TIỂU LUẬN
TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC
NGÀNH ĐÀO TẠO: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Đề tài: NGHIÊN CỨU CÁC GIAO THỨC ĐẢM BẢO AN NINH
ĐƯỜNG TRUYỀN
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Duy Tân
Sinh viên thực hiện : Phạm Ngọc Lập
Lớp : TK6LC_1

Hưng Yên, tháng 01 năm 2010
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
1
LỜI NÓI ĐẦU
An toàn nghĩa là thông tin được bảo vệ, các hệ thống và những dịch vụ
có khả năng chống lại những tai hoạ, lỗi và sự tác động không mong đợi, các thay
đổi tác động đến độ an toàn của hệ thống là nhỏ nhất. Hệ thống có một trong các
đặc điểm sau là không an toàn: Các thông tin dữ liệu trong hệ thống bị người
không được quyền truy nhập tìm cách lấy và sử dụng (thông tin bị rò rỉ). Các
thông tin trong hệ thống bị thay thế hoặc sửa đổi làm sai lệch nội dung (thông tin
bị xáo trộn)
Thông tin chỉ có giá trị cao khi đảm bảo tính chính xác và kịp thời, hệ
thống chỉ có thể cung cấp các thông tin có giá trị thực sự khi các chức năng của hệ
thống đảm bảo hoạt động đúng đắn. Mục tiêu của an toàn bảo mật trong công nghệ
thông tin là đưa ra một số tiêu chuẩn an toàn. Ứng dụng các tiêu chuẩn an toàn này
vào đâu để loại trừ hoặc giảm bớt các nguy hiểm. Do kỹ thuật truyền nhận và xử
lý thông tin ngày càng phát triển đáp ứng cácyêu cầu ngày càng cao nên hệ thống
chỉ có thể đạt tới độ an toàn nào đó. Quản lý an toàn và sự rủi ro được gắn chặt với
quản lý chất lượng. Khi đánh giá độ an toàn thông tin cần phải dựa trên phân tích
các rủi ro, tăng sự an toàn bằng cách giảm tối thiểu rủi ro. Các đánh giá cần hài

hoà với đặc tính, cấu trúc hệ thống và quá trình kiểm tra chất lượng.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
2
GIAO THỨC AN TOÀN ĐƯỜNG TRUYỀN
Trong an toàn thông tin thì đảm bảo đường truyền là một trong những vấn
đề đáng quan tâm. Trong đó có 2 giao thức cơ bản là IPsec & SSL
I. IPSec
Lý do cần IPSec
- Có những vấn đề an toàn cần giải quyết ở mức thấp hơn tầng ứng dụng.
- Đặc biệt các hình thức tấn công ở tầng IP rất phổ biến như giả mạo IP, xem
trộm gói tin.
- An toàn ở mức IP sẽ đảm bảo an toàn cho tất cả các ứng dụng
- Bao gồm nhiều ứng dụng chưa có tính năng an toàn .
Các cơ chế an toàn của IPSec
* Xác thực .
* Bảo mật .
* Quản lý khóa .
1.1 Tổng quan IPSec
Giao thức IPsec được làm việc tại tầng Network Layer – layer 3 của mô
hình OSI. Các giao thức bảo mật trên Internet khác như SSL, TLS và SSH, được
thực hiện từ tầng transport layer trở lên (Từ tầng 4 tới tầng 7 mô hình OSI). Điều
này tạo ra tính mềm dẻo cho IPsec, giao thức này có thể hoạt động từ tầng 4 với
TCP, UDP, hầu hết các giao thức sử dụng tại tầng này. IPsec có một tính năng cao
cấp hơn SSL và các phương thức khác hoạt động tại các tầng trên của mô hình
OSI. Với một ứng dụng sử dụng IPsec mã (code) không bị thay đổi, nhưng nếu
ứng dụng đó bắt buộc sử dụng SSL và các giao thức bảo mật trên các tầng trên
trong mô hình OSI thì đoạn mã ứng dụng đó sẽ bị thay đổi lớn.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
3
1.2 Cấu trúc bảo mật

IPsec được triển khai (1) sử dụng các giao thức cung cấp mật mã (cryptographic
protocols) nhằm bảo mật gói tin (packet) trong quá trình truyền, (2) phương thức
xác thực và (3) thiết lập các thông số mã hoá.
Xây dựng IPsec sử dụng khái niệm về bảo mật trên nền tảng IP. Một sự kết
hợp bảo mật rất đơn giản khi kết hợp các thuật toán và các thông số (ví như các
khoá – keys) là nền tảng trong việc mã hoá và xác thực trong một chiều. Tuy nhiên
trong các giao tiếp hai chiều, các giao thức bảo mật sẽ làm việc với nhau và đáp
ứng quá trình giao tiếp. Thực tế lựa chọn các thuật toán mã hoá và xác thực lại phụ
thuộc vào người quản trị IPsec bởi IPsec bao gồm một nhóm các giao thức bảo
mật đáp ứng mã hoá và xác thực cho mỗi gói tin IP.
Trong các bước thực hiện phải quyết định cái gì cần bảo vệ và cung cấp cho
một gói tin outgoing (đi ra ngoài), IPsec sử dụng các thông số Security Parameter
Index (SPI), mỗi quá trình Index (đánh thứ tự và lưu trong dữ liệu – Index ví như
một cuốn danh bạ điện thoại) bao gồm Security Association Database (SADB),
theo suốt chiều dài của địa chỉ đích trong header của gói tin, cùng với sự nhận
dạng duy nhất của một thoả hiệp bảo mật (tạm dịch từ - security association) cho
mỗi gói tin. Một quá trình tương tự cũng được làm với gói tin đi vào (incoming
packet), nơi IPsec thực hiện quá trình giải mã và kiểm tra các khoá từ SADB.
Cho các gói multicast, một thoả hiệp bảo mật sẽ cung cấp cho một group,
và thực hiện cho toàn bộ các receiver trong group đó. Có thể có hơn một thoả hiệp
bảo mật cho một group, bằng cách sử dụng các SPI khác nhau, tuy nhiên nó cũng
cho phép thực hiện nhiều mức độ bảo mật cho một group. Mỗi người gửi có thể có
nhiều thoả hiệp bảo mật, cho phép xác thực, trong khi người nhận chỉ biết được
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
4
các keys được gửi đi trong dữ liêu. Chú ý các chuẩn không miêu tả làm thế nào để
các thoả hiệp và lựa chọn việc nhân bản từ group tới các cá nhân.
1.3 Hiện trạng
IPsec là một phần bắt bược của IPv6, có thể được lựa chọn khi sử dụng
IPv4. Trong khi các chuẩn đã được thiết kết cho các phiên bản IP giống nhau, phổ

biến hiện nay là áp dụng và triển khai trên nền tảng IPv4.
Các giao thức IPsec được định nghĩa từ RFCs 1825 – 1829, và được phổ
biến năm 1995. Năm 1998, được nâng cấp với các phiên bản RFC 2401 – 2412, nó
không tương thích với chuẩn 1825 – 1929. Trong tháng 12 năm 2005, thế hệ thứ 3
của chuẩn IPSec, RFC 4301 – 4309. Cũng không khác nhiều so với chuẩn RFC
2401 – 2412 nhưng thế hệ mới được cung cấp chuẩn IKE second. Trong thế hệ
mới này IP security cũng được viết tắt lại là IPsec.
Sự khác nhau trong quy định viết tắt trong thế hệ được quy chuẩn bởi RFC
1825 – 1829 là ESP còn phiên bản mới là ESPbis.
1.4 Thiết kế theo yêu cầu.
IPsec được cung cấp bởi Transport mode (end-to-end) đáp ứng bảo mật
giữa các máy tính giao tiếp trực tiếp với nhau hoặc sử dụng Tunnel mode (portal-
to-portal) cho các giao tiếp giữa hai mạng với nhau và chủ yếu được sử dụng khi
kết nối VPN.
IPsec có thể được sử dụng trong các giao tiếp VPN, sử dụng rất nhiều trong
giao tiếp. Tuy nhiên trong việc triển khai thực hiện sẽ có sự khác nhau giữa hai
mode này.
Giao tiếp end-to-end được bảo mật trong mạng Internet được phát triển
chậm và phải chờ đợi rất lâu. Một phần bở lý do tính phổ thông của no không cao,
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
5
hay không thiết thực, Public Key Infrastructure (PKI) được sử dụng trong phương
thức này.
IPsec đã được giới thiệu và cung cấp các dịch vụ bảo mật:
1. Mã hoá quá trình truyền thông tin
2. Đảm bảo tính nguyên ven của dữ liệu
3. Phải được xác thực giữa các giao tiếp
4. Chống quá trình replay trong các phiên bảo mật.
1.5 Modes – Các mode
Có hai mode khi thực hiện IPsec đó là: Transport mode và tunnel mode.

Transport mode
Trong Transport mode, chỉ những dữ liệu bạn giao tiếp các gói tin được mã
hoá và/hoặc xác thực. Trong quá trình routing, cả IP header đều không bị chỉnh
sửa hay mã hoá; tuy nhiên khi authentication header được sử dụng, địa chỉ IP
không thể biết được, bởi các thông tin đã bị hash (băm). Transport và application
layers thường được bảo mật bởi hàm băm (hash), và chúng không thể chỉnh sửa
(ví dụ như port number). Transport mode sử dụng trong tình huống giao tiếp host-
to-host.
Điều này có nghĩa là đóng gói các thông tin trong IPsec cho NAT traversal
được định nghĩa bởi các thông tin trong tài liệu của RFC bởi NAT-T.
Tunnel mode
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
6
Trong tunnel mode, toàn bộ gói IP (bao gồm cả data và header) sẽ được mã
hoá và xác thực. Nó phải được đóng gói lại trong một dạng IP packet khác trong
quá trình routing của router. Tunnel mode được sử dụng trong giao tiếp network-
to-network (hay giữa các routers với nhau), hoặc host-to-network và host-to-host
trên internet.
1.6 Technical details.
Có hai giao thức được phát triển và cung cấp bảo mật cho các gói tin của cả
hai phiên bản IPv4 và IPv6:
IP Authentication Header giúp đảm bảo tính toàn vẹn và cung cấp xác thực.
IP Encapsulating Security Payload cung cấp bảo mật, và là option bạn có
thể lựa chọn cả tính năng authentication và Integrity đảm bảo tính toàn vẹn dữ
liệu.
Thuật toán mã hoá được sử dụng trong IPsec bao gồm HMAC-SHA1 cho
tính toàn vẹn dữ liệu (integrity protection), và thuật toán TripleDES-CBC và AES-
CBC cho mã mã hoá và đảm bảo độ an toàn của gói tin. Toàn bộ thuật toán này
được thể hiện trong RFC 4305.
a. Authentication Header (AH)

AH được sử dụng trong các kết nối không có tính đảm bảo dữ liệu. Hơn
nữa nó là lựa chọn nhằm chống lại các tấn công replay attack bằng cách sử dụng
công nghệ tấn công sliding windows và discarding older packets. AH bảo vệ quá
trình truyền dữ liệu khi sử dụng IP. Trong IPv4, IP header có bao gồm TOS, Flags,
Fragment Offset, TTL, và Header Checksum. AH thực hiện trực tiếp trong phần
đầu tiên của gói tin IP. dưới đây là mô hình của AH header.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
7
5. Các modes thực hiện
0 - 7 bit 8 - 15 bit 16 - 23 bit 24 - 31 bit
Next header Payload length RESERVED
Security parameters index (SPI)
Sequence number
Authentication data (variable)
Ý nghĩa của từng phần:
Next header :Nhận dạng giao thức trong sử dụng truyền thông tin.
Payload length :Độ lớn của gói tin AH.
RESERVED :Sử dụng trong tương lai (cho tới thời điểm này nó được biểu diễn
bằng các số 0).
Security parameters index (SPI) : Nhận ra các thông số bảo mật, được tích hợp
với địa chỉ IP, và nhận dạng các thương lượng bảo mật được kết hợp với gói tin.
Sequence number :Một số tự động tăng lên mỗi gói tin, sử dụng nhằm chống lại
tấn công dạng
b. Encapsulating Security Payload (ESP)
Giao thức ESP cung cấp xác thực, độ toàn vẹn, đảm bảo tính bảo mật cho
gói tin. ESP cũng hỗ trợ tính năng cấu hình sử dụng trong tính huống chỉ cần bảo
mã hoá và chỉ cần cho authentication, nhưng sử dụng mã hoá mà không yêu cầu
xác thực không đảm bảo tính bảo mật. Không như AH, header của gói tin IP, bao
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
8

gồm các option khác. ESP thực hiện trên top IP sử dụng giao thức IP và mang số
hiệu 50 và AH mang số hiệu 51.
0 - 7 bit 8 - 15 bit 16 - 23 bit 24 - 31 bit
Security parameters index (SPI)
Sequence number
Payload data (variable)
Padding (0-255 bytes)
Pad Length
Next
Header
Authentication Data (variable)
Ý nghĩa của các phần:
Security parameters index (SPI) :Nhận ra các thông số được tích hợp với địa chỉ
IP.
Sequence number :Tự động tăng có tác dụng chống tấn công kiểu replay attacks.
Payload data:Cho dữ liệu truyền đi
Padding:Sử dụng vài block mã hoá
Pad length:Độ lớn của padding.
Next header:Nhận ra giao thức được sử dụng trong quá trình truyền thông tin.
Authentication data :Bao gồm dữ liệu để xác thực cho gói tin.
1.7 Implementations - thực hiện
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
9
IPsec được thực hiện trong nhân với các trình quản lý các key và quá trình
thương lượng bảo mật ISAKMP/IKE từ người dùng. Tuy nhiên một chuẩn giao
diện cho quản lý key, nó có thể được điều khiển bởi nhân của IPsec.
Bởi vì được cung cấp cho người dùng cuối, IPsec có thể được triển khai
trên nhân của Linux. Dự án FreeS/WAN là dự án đầu tiên hoàn thành việc thực
hiện IPsec trong mã nguồn mở cụ thể là Linux. Nó bao gồm một nhấn IPsec stack
(KLIPS), kết hợp với trình quản lý key là deamon và rất nhiều shell scripts. Dự án

FreeS/WAN được bắt đầu vào tháng 3 năm 2004. Openswan và strongSwan đã
tiếp tục dự án FreeS/WAN. Dự án KAME cũng hoàn thành việc triển khai sử dụng
IPsec cho NetBSB, FreeBSB. Trình quản lý các khoá được gọi là racoon.
OpenBSB được tạo ra ISAKMP/IKE, với tên đơn giản là isakmpd (nó cũng được
triển khai trên nhiều hệ thống, bao gồm cả hệ thống Linux).
1.8 Tổng quan về cách thức làm việc của Public Key Infrastructure (PKI).
Nếu bạn sử dụng Active Directory của công nghệ Windows NT thì
mỗi user khi được tạo ra cũng đi liền với nó có một cặp Key: Public key và Private
key. Ngoài ra còn có nhiều ứng dụng để tạo ra cặp khoá này.
Cặp key được tạo ra ngẫu nhiên với nhiều chữ số hiển thị. Khi các keys
được tạo ra từ nhiều chữ số ngẫu nhiên, sẽ không thể giải mã nếu ra private key
nếu biết public key. Nhưng có một số thuật toán có thể tạo ra public key từ private
key. Nhưng chỉ có Public key mới được published cho toàn bộ mọi người.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
10
Hầu hết các cặp key được tạo ra từ nhiều số và bằng một thuật toán mã hoá
nào đó.
Một thông tin được mã hoá với public key thì chỉ có thể giải mã bởi
private key. Nếu chỉ có public key bạn sẽ không thể giải mã được gói tin. Điều này
có nghĩa khi một người gửi thông tin được mã hoá tới một người khác thì chỉ có
người nhận mới mở được thông tin đó mà thôi. Những người khác có bắt được
toàn bộ thông tin thì cũng không thể giải mã được nếu chỉ có Public key.
Một thông tin được mã hoá với private key có thể giải mã với public
key. Khi public key đã được public cho toàn bộ mọi người thì ai cũng có thể đọc
được thông tin nếu có public key.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
11
Để đảm bảo an toàn hơn trong quá trình truyền thông tin: Alice kết hợp
Private key của cô ấy với Public key của Bob để tạo ra và chia sẻ bảo mật (share
secret). Cũng tương tự như vậy Bob cũng kết hợp Private key của mình với Public

key của Alice để tạo ra mọt shared secret. Rồi hai người truyền thông tin cho
nhau.
Khi Alice truyền thông tin cho Bob bằng Shared Secret được tạo ra, khi
Bob nhận được gói tin mã hoá bởi shared secret đó dùng Public key của Alice kết
hợp với Private key của mình để mở thông tin. Điều này cũng tương tự khi Bob
truyền thông tin và cách Alice giải mã để lấy thông tin.
II. Các giao thức bảo mật SSL và TLS
2.1 - Lịch sử phát triển của giao thức SSL & TLS:
Như chúng ta đã biết có hai giao thức bảo mật quan trọng lớp vận chuyển
(Layer Transport) có tầm quan trọng cao nhất đối với sự bảo mật của các trình ứng
dụng trên Web: đó là hai giao thức SSL và TLS.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
12
Nói chung, có một số khả năng để bảo vệ bằng mật mã lưu lượng dữ liệu
HTTP. Ví dụ, vào những năm 1990, tập đoàn CommerceNet đã đề xuất S-HTTP
mà về cơ bản là một cải tiến bảo mật của HTTP. Một phần thực thi của S-HTTP
đã làm cho có sẵn công cộng trong một phiên bản được chỉnh sửa của trình duyệt
Mosaic NCSA mà những người dùng phải mua (trái với trình duyệt Mo NCSA
"chuẩn" có sẵn công cộng và miễn phí trên Internet).
Tuy nhiên, cùng thời điểm Netscape Communication đã giới thiệu SSL và
một giao thức tương ứng với phiên bản đầu tiên của Netscape Navigator, Trái với
tập đoàn CommerceNet, Netscape Communications đã không tính phí các khách
hàng của nó về việc thực thi giao thức bảo mật của nó. Kết quả, SSL trở thành
giao thức nổi bật để cung cấp các dịch vụ bảo mật cho lưu lượng dữ liệu HTTP
1994 và S-HTTP lặng lẽ biến mất.
Cho đến bây giờ, có ba phiên bản của SSL:
1. SSL 1.0: được sử dụng nội bộ chỉ bởi Netscape Communications. Nó chứa một
số khiếm khuyết nghiêm trọng và không bao giờ được tung ra bên ngoài.
2. SSL 2.0: được kết nhập vào Netscape Communications 1.0 đến 2.x. Nó có một
số điểm yếu liên quan đến sự hiện thân cụ thể của cuộc tấn công của đối tượng

trung gian. Trong một nỗ lực nhằm dùng sự không chắc chắn của công chúng về
bảo mật của SSL, Microsoft cũng đã giới thiệu giao thức PCT (Private
Communication Technology) cạnh tranh trong lần tung ra Internet Explorer đầu
tiên của nó vào năm 1996.
3. Netscape Communications đã phản ứng lại sự thách thức PCT của Microsoft
bằng cách giới thiệu SSL 3.0 vốn giải quyết các vấn đề trong SSL 2.0 và thêm một
số tính năng mới. Vào thời điểm này, Microsoft nhượng bộ và đồng ý hỗ trợ SSL
trong tất cả các phiên bản phần mềm dựa vào TCP/IP của nó (mặc dù phiên bản
riêng của nó vẫn hỗ trợ PCT cho sự tương thích ngược).
Thông số kỹ thuật mới nhất của SSL 3.0 đã được tung ra chính thức vào
tháng 3 năm 1996. Nó được thực thi trong tất cả các trình duyệt chính bao gồm ví
dụ Microsoft Internet Explorer 3.0 (và các phiên bản cao hơn), Netscape
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
13
Navigator 3.0 (và các phiên bản cao hơn), và Open. Như được thảo luận ở phần
sau trong chương này, SSL 3.0 đã được điều chỉnh bởi IETF TLS WG. Thực tế,
thông số kỹ thuật giao thức TLS 1.0 dẫn xuất từ SSL 3.0. Hai phần tiếp theo tập
trung chỉ vào các giao thức SSL và TLS; giao thức PCT không được trình bầy
thêm trong các bài viết sắp tới.
2.2 - Cấu trúc của giao thức SSL:
Cấu trúc của SSL và giao thức SSL tương ứng được minh họa trong hình
1.1(Cấu trúc SSL và giao thức SSL). Theo hình này, SSL ám chỉ một lớp (bảo
mật) trung gian giữa lớp vận chuyển (Transport Layer) và lớp ứng dụng
(Application Layer). SSL được xếp lớp lên trên một dịch vụ vận chuyển định
hướng nối kết và đáng tin cậy, chẳng hạn như được cung cấp bởi TCP. Về khả
năng, nó có thể cung cấp các dịch vụ bảo mật cho các giao thức ứng dụng tùy ý
dựa vào TCP chứ không chỉ HTTP. Thực tế, một ưu điểm chính của các giao thức
bảo mật lớp vận chuyển (Transport layer) nói chung và giao thức SSL nói riêng là
chúng độc lập với ứng dụng theo nghĩa là chúng có thể được sử dụng để bảo vệ
bất kỳ giao thức ứng dụng được xếp lớp lên trên TCP một cách trong suốt. Hình

1.1 minh họa một số giao thức ứng dụng điển hình bao gồm NSIIOP, HTTP, FTP,
Telnet, IMAP, IRC, và POP3. Tất cả chúng có thể được bảo vệ bằng cách xếp lớn
chúng lên trên SSL (mẫu tự S được thêm vào trong các từ ghép giao thức tương
ứng chỉ định việc sử dụng SSL). Tuy nhiên, chú ý rằng SSL có một định hướng
client-server mạnh mẽ và thật sự không đáp ứng các yêu cầu của các giao thức ứng
dụng ngang hàng.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
14
Cấu trúc của SSL và giao thức SSL
Tóm lại, giao thức SSL cung cấp sự bảo mật truyền thông vốn có ba đặc tính cơ
bản:
1. Các bên giao tiếp (nghĩa là client và server) có thể xác thực nhau bằng cách sử
dụng mật mã khóa chung.
2. Sự bí mật của lưu lượng dữ liệu được bảo vệ vì nối kết được mã hóa trong suốt
sau khi một sự thiết lập quan hệ ban đầu và sự thương lượng khóa session đã xảy
ra.
3. Tính xác thực và tính toàn vẹn của lưu lượng dữ liệu cũng được bảo vệ vì các
thông báo được xác thực và được kiểm tra tính toàn vẹn một cách trong suốt bằng
cách sử dụng MAC.
Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là SSL không ngăn các cuộc tấn công
phân tích lưu lượng. Ví dụ, bằng cách xem xét các địa chỉ IP nguồn và đích không
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
15
được mã hóa và các sô cổng TCP, hoặc xem xét lượng dữ liệu được truyền, một
người phân tích lưu lượng vẫn có thể xác định các bên nào đang tương tác, các
loại dịch vụ đang được sử dụng, và đôi khi ngay cả dành được thông tin về các
mối quan hệ doanh nghiệp hoặc cá nhân. Hơn nữa, SSL không ngăn các cuộc tấn
công có định hướng dựa vào phần thực thi TCP, chẳng hạn như các cuộc tấn công
làm tràn ngập TCP SYN hoặc cưỡng đoạt session.
Để sử dụng sự bảo vệ SSL, cả client lẫn server phải biết rằng phía bên kia

đang sử dụng SSL. Nói chung, có ba khả năng để giải quyết vấn đề này:
1. Sử dụng các số cổng chuyên dụng được dành riêng bởi Internet Asigned
Numbers Authority (IANA). Trong trường hợp này, một số cổng riêng biệt phải
được gán cho mọi giao thức ứng dụng vốn sử dụng SSL.
2. Sử dụng số cổng chuẩn cho mọi giao thức ứng dụng và để thương lượng các tùy
chọn bảo mật như là một phần của giao thức ứng dụng (bây giờ được chỉnh sửa
đôi chút).
3. Sử dụng một tùy chọn TCP để thương lượng việc sử dụng một giao thức bảo
mật, chẳng hạn như SSL trong suốt giai đoạn thiết lập nối kết TCP thông thường
Sự thương lượng dành riêng cho ứng dụng của các tùy chọn bảo mật
(nghĩa là khả năng thứ hai) có khuyết điểm là đòi hỏi mọi giao thức ứng dụng
được chỉnh sửa để hiểu tiến trình thương lượng. Ngoài ra, việc xác định một tùy
chọn TCP (nghĩa là khả năng thứ ba) là một giải pháp tốt, nhưng đó không được
thảo luận nghiêm túc cho đến bây giờ. Thực tế, các số cổng riêng biệt đã được
dành riêng và được gán bởi IANA cho mọi giao thức ứng dụng vốn có thể chạy
trên SSL hoặc TLS (nghĩa là khả năng thứ nhất). Tuy nhiên, hãy chú ý việc sử
dụng các số cổng riêng biệt cũng có khuyết điểm là đòi hỏi hai nối kết TCP nếu
client không biết những gì mà server hỗ trợ. Trước tiên, client phải nối kết với
cổng an toàn và sau đó với cổng không an toàn hay ngược lại. Rất có thể các giao
thức sau này sẽ hủy bỏ phương pháp này và tìm khả năng thứ hai. Ví dụ, SALS
(Simple Authentication và Security Layer) xác định một phù hợp để thêm sự hỗ
trợ xác thực vào các giao thức ứng dụng dựa vào kết nối. Theo thông số kỹ thuật
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
16
SALS, việc sử dụng các cơ chế xác thực có thể thương lượng giữa client và server
của một giao thức ứng dụng đã cho.
Các số cổng được gán bởi IANA cho các giao thức ứng dụng vốn chạy trên
SSL/TLS được tóm tắt trong bảng 1.2 và được minh họa một phần trong hình 1.1.
Ngày nay, "S" chỉ định việc sử dụng SSL được thêm (hậu tố) nhất quán vào các từ
ghép của các giao thức ứng dụng tương ứng (trong một số thuật ngữ ban đầu, S

được sử dụng và được thêm tiền tố một cách không nhất quán và một số từ ghép).
Bảng1.2: Các số cổng được gán cho các giao thức ứng dụng chạy trên
TLS/SSL.
Từ khóa Cổng Mô tả
Nsiiop 261 Dịch vụ tên IIOP trên TLS/SSL
https 443 HTTP trên TLS/SSl
Smtps 465 SMTP trên TLS/SSL
Nntps 563 NNTP trên TLS/SSL
Ldaps 636 LDAP trên TLS/SSL
Ftps-data 989 FTP (dữ liệu) trên TLS/SSL
Ftps 990 FTP (Điều khiển) trên TLS/SSL
Tenets 992 TELNET trên TLS/SSL
Imaps 994 IRC trên TLS/SSL
Pop3s 995 POP3 trên TLS/SSL
Nói chung, một session SSL có trạng thái và giao thức SSL phải khởi tạo và
duy trì thông tin trạng thái ở một trong hai phía của session. Các phần tử thông tin
trạng thái session tương ứng bao gồm một session ID, một chứng nhận ngang
hàng, một phương pháp nén, một thông số mật mã, một khóa mật chính và một cờ
vốn chỉ định việc session có thể tiếp tục lại hay không, được tóm tắt trong bảng
1.3. Một session SSL có thể được sử dụng trong một số kết nối và các thành phần
thông tin trạng thái nối kết tương ứng được tóm tắt trong bảng 1.4. Chúng bao
gồm các tham số mật mã, chẳng hạn như các chuỗi byte ngẫu nhiên server và
client, các khóa mật MAC ghi server và client, các khóa ghi server và client, một
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
17
vector khởi tạo và một số chuỗi. Ở trong hai trường hợp, điều quan trọng cần lưu ý
là các phía giao tiếp phải sử dụng nhiều session SSL đồng thời và các session có
nhiều nối kết đồng thời.
Bảng 1.3 Các thành phần thông tin trạng thái Session SSL
Thành Phần Mô tả

Session ID
Định danh được chọn bởi server để nhận dạng một
trạng thái session hoạt động hoặc có thể tiếp tục lại.
Peer certificate
Chứng nhân X.509 phiên bản 3 của thực thể ngang
hàng.
Compression
method
Thuật toán dừng để nén dữ liệu trước khi mã hóa
Cipher spec
Thông số của các thuật toán mã hóa dữ liệu và
MAC
Master secret
Khóa mật 48-byte được chia sẻ giữa client và
server.
Is resumable
Cờ vốn biểu thị session có thể được sử dụng để bắt
đầu các nối kết mới hay không.
Bảng 1.4 Các thành phần thông tin trạng thái nối kết SSL
Thành Phần Mô tả
Ngẫu nhiên
server và client
Các chuỗi byte được chọn bởi server và client cho
mỗi nối kết.
Khóa mật MAC
ghi server
Khóa mật được sử dụng cho các hoạt động MAC
trên dữ liệu được ghi bởi server.
Khóa mật MAC
ghi client

Khóa mật được sử dụng cho các hoạt động MAC
trên dữ liệu được ghi bởi client.
Khóa ghi server
Khóa được sử dụng cho việc mã hóa dữ liệu bởi
server và giải mã bởi client
Khóa ghi client
Khóa được sử dụng để mã khóa dữ liệu bởi client và
giải mã bởi server.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
18
Initialization
vector
Trạng thái khởi tạo cho một mật mã khối trong chế
độ CBC. Trường này được khởi tạo đầu tiên bởi
SSL Handshake Player. Sau đó, khối text mật mã
sau cùng từ mỗi bản ghi được dành riêng để sử dụng
vởi bản ghi sau đó.
Số chuỗi
Mỗi phía duy trì các số chuỗi riêng biệt cho các
thông báo được truyền và được nhận cho mỗi nối
kết.
Như được minh họa trong hình 1.1, giao thức SSL gồm hai phần chính, SSL
Record Protocol và một số giao thức con SSL được xếp lớp trên nó:
- Record OK được xếp lớp trên một dịch vụ lớp vận chuyển định hướng nối kết
và đáng tin cậy, chẳng hạn như được cung cấp bởi TCP và cung cấp sự xác thực
nguồn gốc thông báo, sự bí mật dữ liệu và dữ liệu.
- Các dịch vụ toàn vẹn (bao gồm nhưng thứ như chống xem lại).
- Các giao thức con SSL được xếp lớp trên SSL Record Protocol để cung cấp sự
hỗ trợ cho việc quản lý session SSL và thiết lập nối kết.
Giao thức con SSL quan trọng nhất là SSL Handshake Protocol. Lần lượt

giao thức này là một giao thức xác thực và trao đổi khóa vốn có thể được sử dụng
để thương lượng, khởi tạo và đồng bộ hóa các tham số bảo mật và thông tin trạng
thái tương ứng được đặt ở một trong hai điểm cuối của một session hoặc nối kết
SSL.
2.3- SSL Record Protocol:
SSL Record Protocol nhận dữ liệu từ các giao thức con SSL lớp cao hơn và xử
lý việc phân đoạn, nén, xác thực và mã hóa dữ liệu. Chính xác hơn, giao thức này
lấy một khối dữ liệu có kích cỡ tùy ý làm dữ liệu nhập và tọa một loạt các đoạn dữ
liệu SSL làm dữ liệu xuất (hoặc còn được gọi là các bản ghi) nhỏ hơn hoặc bằng
16,383 byte.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
19
hình 1.5: Các bước SSL Record Protocol.
Các bước khác nhau của SSL Record Protocol vốn đi từ một đoạn dữ liệu thô
đến một bản ghi SSL Plaintext (bước phân đoạn), SSL Compressed (bước nén) và
SSL Ciphertext (bước mã hóa) được minh họa trong hình 1.5. Sau cùng, mỗi bản
ghi SSL chứa các trường thông tin sau đây:
- Loại nội dung;
- Số phiên bản của giao thức;
- Chiều dài;
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
20
- Tải trọng dữ liệu (được nén và được mã hóa tùy ý);
- MAC.
Loại nội dung xác định giao thức lớp cao hơn vốn phải được sử dụng để sau đó
xử lý tải trọng dữ liệu bản ghi SSL (sau khi giải nén và giải mã hóa thích hợp).
Số phiên bản của giao thức xác định phiên bản SSL đang sử dụng (thường là
version 3.0)
Mỗi tải trọng dữ liệu bản ghi SSL được nén và được mã hóa theo phương thức
nén hiện hành và thông số mật mã được xác định cho session SSL.

Lúc bắt đầu mỗi session SSL, phương pháp nén và thông số mật mã thường
được xác định là rỗng. Cả hai được xác lập trong suốt quá trình thực thi ban đầu
SSL Handshake Protocol. Sau cùng, MAC được thêm vào mỗi bản ghi SSL. Nó
cung cấp các dịch vụ xác thực nguồn gốc thông báo và tính toàn vẹn dữ liệu.
Tương tự như thuật toán mã hóa, thuật toán vốn được sử dụng để tính và xác nhận
MAC được xác định trong thông số mật mã của trạng thái session hiện hành. Theo
mặc định, SSL Record Protocol sử dụng một cấu trúc MAC vốn tương tự nhưng
vẫn khác với cấu trúc HMAC hơn. Có ba điểm khác biệt chính giữa cấu trúc SSL
MAC và cấu trúc HMAC:
1. Cấu trúc SSL MAC có một số chuỗi trong thông báo trước khi hash để ngăn các
hình thức tấn công xem lại riêng biệt.
2. Cấu trúc SSL MAC có chiều dài bản ghi.
3. Cấu trúc SSL MAC sử dụng các toán tử ghép, trong khi cấu trúc MAC sử dụng
moduloe cộng 2.
Tất cả những điểm khác biệt này hiện hữu chủ yếu vì cấu trúc SSL MAC
được sử dụng trước cấu trúc HMAC trong hầu như tất cả thông số kỹ thuật giao
thức bảo mật Internet. Cấu trúc HMAC cũng được sử dụng cho thông số kỹ thuật
giao thức TLS gần đây hơn.
Như được minh họa trong hình 1.5, một số giao thức con SSL được xếp lớp
trên SSL Record Protocol. Mỗi giao thức con có thể tham chiếu đến các loại thông
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
21
báo cụ thể vốn được gửi bằng cách sử dụng SSL Record Protocol. Thông số kỹ
thuật SSL 3.0 xác định ba giao thức SSL sau đây:
- Alert Protocol;
- Handshake Protocol;
- ChangeCipherSpec Protocol;
Tóm lại, SSL Alert Protocol được sử dụng để chuyển các cảnh báo thông
qua SSL Record Protocol. Mỗi cảnh báo gồm 2 phần, một mức cảnh báo và một
mô tả cảnh báo.

SSL Handshake Protocol là giao thức con SSL chính được sử dụng để hỗ
trợ xác thực client và server và để trao đổi một khóa session. Do đó SSL
Handshake Protocol trình bày tổng quan và được thảo luận trong phần tiếp theo.
Sau cùng, SSL ChangeCipherSpec Protocol được sử dụng để thay đổi giữa một
thông số mật mã này và một thông số mật mã khác. Mặc dù thông số mật mã
thường được thay đổi ở cuối một sự thiết lập quan hệ SSL, nhưng nó cũng có thể
được thay đổi vào bất kỳ thời điểm sau đó.
Ngoài những giao thức con SSL này, một SSL Application Data Protocol
được sử dụng để chuyển trực tiếp dữ liệu ứng dụng đến SSL Record Protocol.
2.4 - SSL Handshake Protocol:
SSL Handshake Protocol là giao thức con SSL chính được xếp lớp trên SSL
Record Protocol. Kết quả, các thông báo thiết lập quan hệ SSL được cung cấp cho
lớp bản ghi SSL nơi chúng được bao bọc trong một hoặc nhiều bản ghi SSL vốn
được xử lý và được chuyển như được xác định bởi phương pháp nén và thông số
mật mã của session SSL hiện hành và các khóa mật mã của nối kết SSL tương
ứng. Mục đích của SSL Handshake Protocol là yêu cầu một client và server thiết
lập và duy trì thông tin trạng thái vốn được sử dụng để bảo vệ các cuộc liên lạc.
Cụ thể hơn, giao thức phải yêu cầu client và server chấp thuận một phiên bản giao
thức SSL chung, chọn phương thức nén và thông số mật mã, tùy ý xác thực nhau
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
22
và tạo một khóa mật chính mà từ đó các khóa session khác nhau dành cho việc xác
thực và mã hóa thông báo có thể được dẫn xuất từ đó.
Tóm lại, việc thực thi SSL Handshake Protocol giữa một client C và một server S
có thể được tóm tắt như sau (các thông báo được đặt trong các dấu ngoặc vuông
thì tùy ý):
1: C -> S: CLIENTHELLO
2: S -> C: SERVERHELLO
[CERTIFICATE]
[SERVERKEYEXCHANGE]

[CERTIFICATEREQUEST]
SERVERHELLODONE
3: C -> [CERTIFICATE]
CLIENTKEYEXCHANGE
[CERTIFICATEVERIFY]
CHANGECIPHERSPEC
FINISHED
4: S -> C: CHANGECIPHERSPEC FINISHED
Khi Client C muốn kết nối với server S, nó thiết lập một nối kết TCP với
cổng HTTPS (vốn không được đưa vào phần mô tả giao thức) và gởi một thông
báo CLIENTHELLO đến server ở bước 1 của sự thực thi SSL Handshake
Protocol. Client cũng có thể gởi một thông báo CLIENTHELLO nhằm phản hồi
lại một thông báo HELLOREQUEST hoặc chủ động thương lượng lại các tham số
bảo mật của một nối kết hiện có. Thông báo CLIENTHELLO bao gồm các trường
sau đây:
- Số của phiên bản SSL cao nhất được biểu hiện bởi client (thường là 3.0).
- Một cấu trúc ngẫu nhiên do client tạo ra gồm một tem thời gian 32 bit có dạng
UNIX chuẩn và một giá trị 28 byte được tạo ra bởi một bộ tạo số giả ngẫu nhiên.
- Một định danh session mà client muốn sử dụng cho nối kết này.
- Một danh sách các bộ mật mã client hỗ trợ.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
23
- Một danh sách các phương pháp nén mà client hỗ trợ.
Chú ý rằng trường session identity (định danh session) nên rỗng nếu
session SSL hiện không tồn tại hoặc nếu client muốn tạo các tham số bảo mật mới.
Ở một trong hai trường hợp, một trường session identity không rỗng là xác định
một session SSL hiện có giữa client và server (nghĩa là một session có các tham số
bảo mật mà client muốn sử dụng lại.). Định danh session có thể bắt nguồn từ một
nối kết trước đó, nối kết này hoặc một nối kết đang hoạt động. Cũng chú ý rằng
danh sách các bộ mật mã được hỗ trợ, được chuyển từ client đến server trong

thông báo CLIENTHELLO, chứa các tổ hợp thuật toán mật mã được hỗ trợ bởi
client theo thứ tự ưu tiêm. Mỗi bộ mật mã xác định một thuật toán trao đổi khóa và
một thông báo mật mã. Server sẽ chọn một bộ mật mã hoặc nếu các lựa chọn có
thể chấp nhận được không được trình bầy, trả về một thông báo lỗi và đóng nối kết
một cách phù hợp. Sau khi đã gởi thông báo CLIENTHELLO, client đợi một
thông báo SERVERHELLO. Bất kỳ thông báo khác được trả về bởi server ngoại
trừ một thông báo HELLOREQUEST được xem như là một lỗi vào thời điểm này.
Ở bước 2, server xử lý thông báo CLIENTHELLO và đáp ứng bằng một
thông báo lỗi hoặc thông báo SERVERHELLO. Tương tự như thông báo
CLIENTHELLO, thông báo SERVERHELLO có các trường sau đây:
- Một số phiên bản server chứa phiên bản thấp hơn của phiên bản được đề
nghị bởi client trong thông báo CLIENTHELLO và được hỗ trợ cao nhất bởi
Server.
- Một cấu trúc ngẫu nhiên do server tạo ra cũng gồm một tem thời gian 32bit
có dạng UNIX chuẩn và một giá trị 28bit được tạo ra bởi một bộ tạo số ngẫu
nhiên.
- Một định danh session tương ứng với nối kết này.
- Một bộ mật mã được chọn từ bởi server từ danh sách các bộ mật mã được hỗ
trợ bởi client.
- Một phương pháp nén được chọn bởi server từ danh sách các thuật toán nén
được hỗ trợ bởi client.
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
24
Nếu định danh session trong thông báo CLIENTHELLO không rỗng,
server tìm trong cache session của nó nhằm tìm ra một mục tương hợp. Nếu mục
tương hợp được tìm thấy và server muốn thiết lập nối kết mới bằng cách sử dụng
trạng thái session tương ứng, server đáp ứng bằng cùng một giá trị như được cung
cấp bởi client. Chỉ địn này là một session được tiếp tục lại và xác định rằng cả hai
phía phải tiến hành trực tiếp với các thông báo CHANGECIPHERSPEC và
FINISHED được trình bày thêm bên dưới. Nếu không, trường này chứa một giá trị

khác nhận biết một session mới. Server cũng có thể trả về một trường định danh
session rỗng để biểu thị rằng session sẽ không được lưu trữ và do đó không thể
được tiếp tục sau đó. Cũng chú ý rằng trong thông báo SERVERHELLO, server
chọn một bộ mật mã và một phương pháp nén từ các danh sách được cung cấp bởi
client trong thông báo CLIENTHELLO. Các thuật toán trao đổi khóa, xác thực,
mã hóa và xác thực thông báo được xác định bởi bộ mã được chọn bởi server và
được làm lộ ra trong thông báo SERVERHELLO. Các bộ mật mã vốn đã được xác
định trong giao thức SSL về cơ bản giống như bộ mật mã đã xác định cho TLS
(như được tóm tắt ở các bản 1.4 đến 1.7 trong những bài viết trước).
Ngoài thông báo SERVERHELLO, server cũng phải gởi các thông báo
khác đến client. Ví dụ, nếu server sử dụng sự xác thức dựa vào chứng nhân, server
gởi chứng nhận site của nó đến client trong một thông báo CERTIFICATE tương
ứng. Chứng nhận phải thích hợp cho thuật toán trao đổi khóa của bộ mật mã được
chọn và thường là một chứng nhận X.509v3. Cùng loại thông báo sẽ được sử dụng
sau đó cho sự đáp ứng của client đối với thông báo sẽ được sử dụng sau đó cho sự
đáp ứng của client đối với thông báo CERTIFICATERequest của server. Trong
trường hợp của các chứng nhận X.509v3, một chứng nhận có thể thực sự tham
chiếu đến toàn bộ một chuỗi các chứng nhận, được sắp xếp theo thứ tự với chứng
nhận của đối tượng gởi trước tiên theo sau là bất kỳ chứng nhận CA tiến hành theo
trình tự hướng đến một CA gốc (vốn sẽ được chấp nhận bởi client).
Tiếp theo, server có thể gởi một thông báo SERVERKEYEXCHANGE đến
client nếu nó không có chứng nhận, một chứng nhận vốn có thể được sử dụng chỉ
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Lập Lớp: TK6LC_1
25