Giáo Trình Khởi Tạo Mạng Riêng Ảo - CÔNG NGHỆ MẠNG RIÊNG ẢO part 13 docx

bộ chức năng bảo mật dữ liệu được thực hiện ngay tại trạm làm việc và các
thiết bị mạng không cần quan tâm đến các công tác bảo đảm an toàn. Khi sử dụng
các thuật toán xác thực và mã hoá dữ liệu đã được chuẩn hoá, IPSec đã khai thác
tối đa lợi ích của các công nghệ này và tạo ra một cách tiếp cận hiệu quả tới mục
tiêu bảo vệ luồng dữ liệu truyền trên mạng.
Công việc bảo mật các gói tin IP được thực hiện bằng hai giao thức: Xác thực
tiêu đề(AH) và đóng gói tải bảo mật(ESP). AH được sử dụng để đảm bảo tính toàn
vẹn của dữ liệu, cung cấp khả năng bảo vệ trước sự giả mạo và chế độ xác thực đối
với máy chủ. ESP cũng thực hiện các chức năng tương tự như AH nhưng nhưng
kèm thêm khả năng bảo mật dữ liệu. Cũng cần nhấn mạnh rằng cả hai giao thức
này đều không chỉ ra bất kỳ một thuật toán mã hoá và xác thực cụ thể nào mà chỉ
tạo ra khả năng ứng dụng tốt nhất một trong các thuật toán đang hiện hành.









Hình 3.25: Kiến trúc bộ giao thức IPSec
Bộ giao thức IPSec mang lại ba khả năng chính, đó là:
- Đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực dữ liệu: IPSec cung cấp một cơ chế
mạnh để xác minh tính xác thực của người gửi và nhận ra bất kỳ sự thay đổi nào
không bị phát giác trước đó về nội dung của gói dữ liệu bởi người nhận không
mong muốn. Giao thức IPSec mang lại sự bảo vệ tốt chống lại sự giả mạo, do thám
hoặc tấn công dịch vụ.
Encapsulating Security

Payload (ESP) protocol

IP Security

architecture

Key management

Protoccol

Domain of

Interpretation

AuthenticationHeader

(AH) Protocol

Encryption

Algorithms

Authentication

- Sự tin cậy: Giao thức IPSec mã hoá dữ liệu bằng việc dùng các kỹ thuật mật
mã cao cấp, nó ngăn chặn những người dùng trái phép truy cập dữ liệu trong khi nó
đang được truyền đi. IPSec cũng sử dụng các cơ chế đường hầm để dấu địa chỉ IP
của Node nguồn và đích đối với kẻ nghe trộm.
- Quản lý khóa: IPSec sử dụng giao thức bên thứ ba, trao đổi khoá Internet
(IKE) để thương lượng giao thức bảo mật và thuật toán mã hóa trước và trong một
phiên làm việc. Quan trọng hơn, IPSec phân phối, kiểm soát khoá và cập nhật các

khoá này khi được yêu cầu.
Hai khả năng thứ nhất của IPSec, xác thực tính toàn vẹn dữ liệu và sự tin cậy
được cung cấp bởi hai giao thức khoá trong bộ giao thức IPSec. Các giao thức này
bao gồm AH và ESP.
Khả năng thứ ba, quản trị khoá, nằm trong địa hạt của giao thức khác. Nó
được chấp nhận bởi bộ IPSec vì dịch vụ quản lý khoá tốt của nó
3.1.2. Liên kết bảo mật IPSec (SA-IPSec)
Liên kết bảo mật là một khái niệm cơ sở của giao thức IPSec. Như một lời
trích dẫn của các nhà phát triển IPSec: Một SA là một kết nối logic theo hướng duy
nhất giữa hai thực thể sử dụng các dịch vụ IPSec, được định danh một cách duy
nhất bởi ba phần sau:
<Security Parameter Index, IP Destination Address, Security Protocol>
Một IPSec SA được xác định là:
- Các thuật toán, khoá, các giao thức xác thực.
- Mô hình và khoá cho các thuật toán xác thực được dùng bởi các giao thức
AH hoặc ESP của IPSec thích hợp.
- Các thuật toán mã hoá, giải mã và các khoá.
- Thông tin liên quan đến khoá như: thời gian thay đổi và thời gian sống của
khoá.
- Thông tin liên quan đến chính SA, bao gồm: địa chỉ nguồn SA, thời gian
sống.
Sau đây ta sẽ lần lượt xem xét ba phần của một SA
S e rcu rity
P roto co l
S P I
D e s tin a tio n
IP A d d re ss

Hình 3.3 Mô tả ba trường của một IPSec SA
Như hình minh hoạ 3.3, một SA gồm 3 trường

- SPI(Security Parameter Index): Là một trường 32 bít, nó định danh giao
thức bảo mật, được xác định bởi trường giao thức bảo mật(Security Protocol), từ
IPSec thích hợp đang sử dụng. SPI được mang như một phần trên tiêu đề của giao
thức bảo mật và thường được lựa chọn bởi hệ thống đích trong khi thương lượng
thiết lập SA. SPI chỉ có ý nghĩa lôgic, được định nghĩa bởi người tạo SA. SPI nhận
các giá trị trong phạm vi 1 đến 255, giá trị 0 được dùng cho mục đích thực thi đặc
biệt cục bộ
- Địa chỉ IP đích: Đây là địa chỉ IP của Node đích. Mặc dù nó có thể là một
địa chỉ broadcast, unicast hoặc multicast, các cơ chế quản trị SA hiện tại được định
nghĩa chỉ với các địa chỉ unicast.
- Giao thức bảo mật: Trường này mô tả giao thức bảo mật IPSec, nó có thể
là AH hoặc ESP.
Trước khi hai máy chủ có thể liên lạc được với nhau sử dụng giao thức IPSec,
chúng cần thống nhất các hướng dẫn cho phiên làm việc đó (ví dụ như cách xác
thực lẫn nhau hay thuật toán mã hoá hai bên cùng sử dụng). Đây chính là việc liên
kết bảo mật, đó chính là thoả thuận cách thức thống nhất được sử dụng cho việc
bảo mật dữ liệu giữa hai đầu cuối.
Một SA IPSec sử dụng hai cơ sở dữ liệu:
+ Cơ sở dữ liệu chính sách bảo mật (SPD): duy trì thông tin về dịch vụ bảo
mật trong một danh sách có thứ tự của các thực thể chính sách vào ra. Rất giống
với các luật và bộ lọc gói tin của Firewall. Các thực thể này định nghĩa lưu lượng
phải được xử lý và lưu lượng được bỏ qua trên các chuẩn IPSec.
+ Cơ sở dữ liệu liên kết bảo mật(SAD): duy trì thông tin liên quan tới mỗi
SA. Thông tin này bao gồm cả các khoá và thuật toán, khoảng thời gian sống của
SA, chế độ giao thức và số tuần tự.
Liên kết bảo mật là đa hướng, có nghĩa là cần thiết lập các liên kết bảo mật
khác nhau cho luồng dữ liệu đi và đến. Thêm vào đó, nếu máy chủ liên lạc với một
hay nhiều máy chủ khác trong cùng một thời điểm thì cũng cần thiết lập từng đó
liên kết. Các liên kết bảo mật được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu tại mỗi máy tính với
chỉ số về thông số bảo mật (SPI) cho mỗi phần tiêu đề AH và ESP tương ứng. Phía

nhận sẽ sử dụng các thông số này để quyết định sẽ áp dụng liên kết bảo mật nào để
xử lý gói tin vừa nhận được. Trên thực tế, thủ tục trao đổi khoá Internet (IKE) là
thủ tục cho phép quản lý việc tạo ra các liên kết bảo mật và tạo ra các khoá bảo
mật để bảo vệ nội dung thông tin. IKE sử dụng thuật toán Diffie- Hellman để tạo ra
và quản lý các khoá bí mật, thiết lập kênh trao đổi khoá đối xứng dùng cho việc mã
hoá và giải mã thông tin giữa hai đầu, cuối.
3.1.3. Các giao thức của IPSec
Đó là các giao thức xác thực tiêu đề (AH) và giao thức đóng gói tải bảo mật
(ESP). Các giao thức này có thể được cấu hình để bảo vệ toàn bộ phần thân của gói
tin IP hoặc chỉ riêng phần thông tin liên quan đến các giao thức ở tầng trên.
AH được định nghĩa bởi nhóm làm việc RFC 2402, đảm bảo tính toàn vẹn dữ
liệu trên đường truyền bằng khoá H (Hàm băm – Hashing function). AH thực hiện
phần thuật toán băm cả phần đầu và phần thân của gói tin IP nhưng không áp dụng
cho các thông tin sẽ thay đổi trên đường truyền như số đếm của mỗi nút mạng, vì
thế AH cho phép thay đổi thông tin địa chỉ và đảm bảo dữ liệu của gói tin IP sẽ
không bị nghe trộm. Điều này dẫn đến một chức năng nữa của AH là khả năng
chống lại việc giả mạo (đột nhập vào giữa đường truyền của các gói tin và tạo ra
các gói tin giả) khi sử dụng các số thứ tự tăng dần gắn vào mỗi gói tin. Tuy nhiên,
AH không cung cấp khả năng mã hoá dữ liệu.
ESP là một giao thức Internet được nhóm công tác RFC 2406 định nghĩa. Khi
được sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp với giao thức AH, ESP đảm bảo tính toàn vẹn
và chức năng mã hoá dữ liệu. Các thuật toán mã hoá do ESP hỗ trợ bao gồm DES-
CBC, DES 56 bit và 3DES. Ngoài ra ESP còn cho phép kiểm tra tính toàn vẹn của
gói tin thông qua HMAC MD5 và HMAC SHA.
3.1.3.1. Giao thức xác thực tiêu đề (AH)
Giao thức xác thực tiêu đề thêm một tiêu đề vào gói IP. Như tên gọi của nó,
tiêu đề này phục vụ cho việc xác thực gói dữ liệu IP gốc tại người nhận cuối cùng,
tiêu đề này giúp nhận biết bất kỳ sự thay đổi nào về nội dung của gói dữ liệu bởi
người dùng không mong muốn trong khi đang truyền, tuy nhiên AH không đảm
bảo tính tin cậy.

Để tạo một AH, một giá trị mã thông điệp cần xác thực qua hàm băm
(HAMC) được tạo tại người gửi. Giá trị băm này được tạo trên cơ sở của SA, cái
xác định trình tự giao dịch sẽ được áp dụng cho gói dữ liệu. Mã kết quả được gắn
kèm vào gói dữ liệu sau tiêu đề IP gốc. Tại người nhận cuối, HAMC được giải mã
và được dùng để thiết lập việc xác thực người gửi cũng như tính toàn vẹn của
thông điệp.
AH không mang lại sự tin cậy trong một giao dịch. Nó chỉ thêm một tiêu đề
vào gói IP, phần còn lại của nội dung gói dữ liệu được để mặc. Hơn nữa, AH
không bảo vệ bất kỳ trường nào trong tiêu đề IP vì một trong số đó có thể thay đổi
trong quá trình truyền, chỉ các trường nào không thay đổi trong quá trình truyền là
được bảo vệ bởi AH. Địa chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích là những trường như vậy
và vì thế được bảo vệ bởi AH. Tóm lại, giao thức AH có các đặc trưng cơ bản như
sau:
- Cung cấp tính toàn vẹn dữ liệu và bảo vệ chống phát lại
- Sử dụng mã xác thực thông điệp được băm(HMAC), dựa trên chia sẻ bí mật
- Nội dung các gói tin không được mã hoá
- Không sử dụng các trường changeable IP header để tính toán giá trị kiểm tra
tính toàn vẹn(IVC)
1. Khuôn dạng gói tin
Khuông dạng của gói tin theo giao thức AH được minh hoạ như trong hình
3.4. Các trường trong AH header đều là bắt buộc.
- Next Header: Trường này nhận biết giao thức bảo mật, có độ dài 8 bít để
xác định kiểu dữ liệu của phần Payload phía sau AH. Giá trị của trường này được
chọn từ các giá trị của IP Protocol number được định nghĩa bởi IANA (Internet
Assigned Numbers Authority).
- Payload Length: Trường này chỉ định độ dài của thông điệp gắn sau tiêu đề
AH.