Bảo mật email (Email Security)

29 pages
11
An toàn mạng thông tin
Bảo mật e-mail
(E-mail Security)
29 pages
22
Nội dung
•
Giới thiệu về bảo mật e-mail
•
Hai tiêu chuẩn bảo mật cơ bản cho e-
mail:
–
Pretty Good Privacy (PGP)
–
S/MIME
29 pages
33
Bảo mật e-mail
•
Email (thư điện tử) là một trong những dịch vụ mạng
thông dụng nhất hiện nay.
•
Nội dung e-mail thường không được bảo mật:
–
Email có thể bị xem trộm bởi các hacker khi truyền
trên mạng (do các giao thức e-mail truyền dữ liệu mà
không mã hoá)
–
Email có thể bị xem bởi những người dùng có thẩm

quyền trên hệ thống đích (VD: người quản trị hệ
thống)
–
Dễ giả mạo thành một người khác để gửi e-mail
–
Tính toàn vẹn dữ liệu không được bảo đảm
29 pages
44
PGP (Pretty Good Privacy)
•
Được Phil Zimmermann đưa ra vào năm 1991
•
Miễn phí, thông dụng, thân thiện với người dùng, có thể
thực hiện trên những nền tảng hệ thống phần cứng và
phần mềm khác nhau
•
Thiết kế trên cơ sở kết hợp mật mã khoá công khai và mật
mã khoá đối xứng, sử dụng các thuật toán mật mã tốt nhất
•
Không phụ thuộc vào các tổ chức chính phủ và các tổ
chức quản lý chuẩn
•
Trở thành một trong hai tiêu chuẩn mã hoá quan trọng
(tiêu chuẩn còn lại là S/MIME)
29 pages
55
PGP
•
Ban đầu, PGP được thiết kế cho mục đích bảo mật
bằng mật mã nội dung các bản tin e-mail và các file

đính kèm (attachment) cho người dùng phổ thông
•
Sau đó, PGP trở thành tập hợp các ứng dụng mật mã,
bao gồm:
–
Mật mã để bảo mật e-mail
–
Chữ ký số
–
Mật mã để bảo mật các file, thư mục lưu trữ trên
các ổ đĩa cứng máy tính cá nhân, máy chủ mạng
–
Bảo mật các phiên trao đổi IM, mật mã truyền file.
•
Hiện nay, PGP đã trở thành một giải pháp mã hóa cho
các công ty lớn, chính phủ cũng như các cá nhân
29 pages
66
Các thành phần của PGP
•
PGP dựa trên cơ sở 5 dịch vụ:
–
Nhận thực (Authentication)
–
Bảo mật dữ liệu (Confidentiality)
–
Nén dữ liệu (Compression)
–
Tương thích với các hệ thống thư điện tử (E-
mail compatibility)

–
Phân đoạn (Segmentation)
•
Trừ hai dịch vụ Nhận thực và Bảo mật dữ liệu,
các dịch vụ còn lại đều trong suốt với người
dùng.
29 pages
77
PGP - Nhận thực
•
1. Người gửi tạo ra bản tin
•
2. Dùng thuật toán hàm băm SHA1 để tạo tóm tắt
bản tin (mã Hash) 160-bit
•
3. Mã Hash được mã hoá bằng khoá riêng của người
gửi (được "ký"), rồi chữ ký được gắn vào bản tin
•
4. Người nhận giải mã chữ ký đó bằng khoá chung
của người gửi để phục hồi mã Hash
•
5. Người nhận tạo ra mã Hash của bản tin rồi so
sánh với mã Hash đã được giải mã
Nếu trùng nhau, thì bản tin được coi như đã được
nhận thực
29 pages
88
PGP - Nhận thực
29 pages
99

PGP - Bảo mật dữ liệu
•
1. Người gửi tạo ra bản tin và một số ngẫu nhiên sẽ
dùng làm khoá phiên để mã hóa bản tin này (khoá
phiên chỉ dùng một lần trong phiên truyền e-mail rồi
loại bỏ)
•
2. Bản tin được mã hoá đối xứng (AES, 3DES, IDEA
hoặc CAST-128) dùng khoá phiên
•
3. Khoá phiên được mã hoá khoá công khai (RSA)
bằng khoá chung của người nhận, rồi sau đó được
gắn vào bản tin trước khi truyền đi
•
4. Người nhận giải mã khoá công khai (RSA) bằng
khoá riêng của mình để phục hồi khoá phiên
•
5. Khoá phiên được dùng để giải mã bản tin
29 pages
1010
PGP - Bảo mật dữ liệu
29 pages
1111
PGP - Kết hợp Nhận thực và Bảo mật dữ liệu
•
Hai dịch vụ trên được kết hợp với nhau (tức là
một bản tin có thể vừa được ký lại vừa được
mã hoá)
•
Quá trình mã hoá và giải mã xem trên slide

sau.
29 pages
1212
PGP - Kết hợp Nhận thực và Bảo mật dữ liệu
29 pages
1313
PGP – Nén dữ liệu
•
PGP nén bản tin:
–
sau khi ký (dùng hash)
•
để không phải nén dữ liệu mỗi khi cần
xác nhận chữ ký của nó
–
trước khi mã hoá
•
để tăng tốc quá trình mã hoá (dữ liệu cần
mã hoá sẽ ít hơn)
•
để bảo mật tốt hơn (các bản tin đã nén
khó thám mã hơn nhiều so với các bản
tin chưa nén vì chúng có phần dư ít hơn)
29 pages
1414
PGP - Tương thích e-mail
•
PGP được thiết kế tương thích với tất cả các
hệ thống e-mail
•

PGP được thiết kế với các e-mail đơn giản
nhất, với giả thiết không có các bản gắn kèm
(attachment)
•
PGP sử dụng sơ đồ biến đổi Radix-64 để mã
hoá chuỗi bit đầu ra của các hàm mã hoá/nén:
–
Chuỗi bit này được chia thành các khối 6-bit, mỗi
khối đó được ánh xạ vào một ký tự ASCII.
–
Radix-64 làm tăng kích thước dữ liệu thêm khoảng
33%
29 pages
1515
PGP - Tương thích E-mail
•
Sơ đồ biến đổi radix-64: mỗi nhóm 3 octet dữ liệu nhị
phân được ánh xạ vào 4 ký tự ASCII (phù hợp với đa
số các hệ thống e-mail)
Mã hoá dữ liệu nhị phân thành khuôn dạng radix-64
29 pages
1616
PGP- Mã hoá RADIX-64
29 pages
1717
PGP - Phân đoạn/ghép lại
•
Các giao thức Email thường hạn chế với các
bản tin có kích thước không quá một giá trị cực
đại nào đó (ví dụ: 50KB)

•
Do vậy, PGP tự động chia những bản tin lớn
thành những phân đoạn nhỏ hơn
•
Các phân đoạn đó được ghép lại ở đầu thu
trước khi giải mã và xác nhận chữ ký
29 pages
1818
Tóm tắt các dịch vụ của PGP
29 pages
1919
a) Sơ đồ phát (từ A)
b) Sơ đồ thu (tới B)
Phát và thu một bản tin PGP
29 pages
20
Quản lý khoá công khai trong PGP
•
Quản lý khoá công khai là vấn đề xác định mối quan hệ giữa khóa
công khai và người sở hữu
•
Hai phương thức quản lý khoá công khai của PGP:
–
Mạng lưới tín nhiệm (Web of Trust): quan hệ ngang hàng;
thậm chí, người dùng có thể là nhà cung cấp chứng thực số
cho chính họ (?)
–
Cơ sở hạ tầng (Infrastructure): với cấu trúc hình cây, dựa vào
các nhà cung cấp chứng thực số (Ví dụ: hệ thống X.509)
29 pages

21
29 pages
2222
An toàn của PGP
•
PGP có độ an toàn rất cao. Hiện nay chưa có phương
pháp nào được biết tới có khả năng phá vỡ được PGP
•
An ninh của PGP chỉ có thể bị vô hiệu trong trường
hợp sử dụng sai hoặc thông qua các dạng tấn công
gián tiếp (VD: FBI đã từng cài đặt bí mật phần mềm ghi
nhận bàn phím - keystroke logging - để thu thập mật
khẩu PGP của người bị tình nghi)
•
Về khía cạnh mật mã học, an ninh của PGP phụ thuộc
vào các giả định về thuật toán (RSA, IDEA) mà nó sử
dụng trong điều kiện về thiết bị và kỹ thuật hiện nay
29 pages
2323
OpenPGP và các phần mềm dựa trên PGP
•
Năm 1997, công ty PGP Inc. đề xuất với IETF về một
tiêu chuẩn mở có tên là OpenPGP
•
Hiện nay, OpenPGP là một tiêu chuẩn Internet và đang
tiếp tục được phát triển
•
Quỹ phát triển phần mềm tự do (Free Software
Foundation) cũng phát triển một chương trình tuân
theo OpenPGP có tên là GNU Privacy Guard (GnuPG),

được phân phối miễn phí cùng với mã nguồn
•
Nhiều nhà cung cấp khác cũng phát triển các phần
mềm dựa trên OpenPGP
29 pages
2424
S/MIME
•
S/MIME = Secure MIME là giao thức bảo mật e-mail
–
Dựa trên cơ sở giao thức mở rộng e-mail Internet
đa mục đích (MIME: Multipurpose Internet Mail
Extension) nhưng tăng cường thêm tính bảo mật
•
MIME giải quyết được các vấn đề hạn chế của giao
thức truyền e-mail đơn giản (SMTP: simple mail
transfer protocol) - chuẩn hợp pháp của Internet
•
S/MIME là một giao thức trao đổi khoá chung (PKI)
•
S/MIME là giao thức bảo mật e-mail trong các ứng
dụng thương mại, còn PGP - bảo mật e-mail trong các
ứng dụng cá nhân
29 pages
2525
MIME
•
SMTP không thể làm việc với:
–
Các file nhị phân (hình ảnh, âm thanh, các

file thực hiện, các tài liệu Word, v.v )
–
Các ký tự không phải là ASCII (VD: chữ
nguyên bản Trung Quốc, Ả rập, Nga)
–
Các bản tin quá lớn (vượt quá một kích
thước nào đó)
•
MIME cung cấp phương thức mã hoá truyền e-
mail đối với các bản tin nói trên (biến đổi thành
bản tin ASCII)