Bài giảng an toàn mạng TS nguyễn đại thọ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

AN TỒN MẠNG
TS. Nguyễn Đại Thọ
Bộ mơn Mạng & Truyền thơng Máy tính

Khoa Cơng nghệ Thơng tin


Năm học 2007-2008
Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

1


Mục tiêu mơn học
• Chú trọng an tồn liên mạng
• Nghiên cứu các biện pháp ngăn cản, phòng
chống, phát hiện và khắc phục các vi phạm an
toàn liên quan đến truyền tải thơng tin

Nguyễn Đại Thọ

An tồn Mạng

2

Tài liệu tham khảo
• Sách tham khảo chính
– William Stallings. Cryptography and Network Security : Principles
and Practice, Fourth Edition. Prentice Hall, 2005.

• Sách tham khảo phụ
– Charlie Kaufman, Radia Perlman, Mike Speciner. Network
Security: Private Communication in a Public World, Second
Edition. Prentice Hall, 2002.
– Matt Bishop. Computer Security: Art and Science. Addison
Wesley, 2002.
– Man Young Rhee. Internet Security: Cryptographic principles,
algorithms and protocols. John Wiley & Sons, 2003.

• Website
–
Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

3


Chương 1

Giới thiệu

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

4


Bối cảnh
• Nhu cầu đảm bảo an tồn thơng tin có những
biến đổi lớn
– Trước đây
• Chỉ cần các phương tiện vật lý và hành chính

– Từ khi có máy tính
• Cần các cơng cụ tự động bảo vệ tệp tin và các thơng tin
khác lưu trữ trong máy tính

– Từ khi có các phương tiện truyền thơng và mạng
• Cần các biện pháp bảo vệ dữ liệu truyền trên mạng

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

5


Các khái niệm
• An tồn thơng tin
– Liên quan đến các yếu tố tài nguyên, nguy cơ, hành
động tấn công, yếu điểm, và điều khiển

• An tồn máy tính
– Các cơng cụ bảo vệ dữ liệu và phịng chống tin tặc

• An tồn mạng
– Các biện pháp bảo vệ dữ liệu truyền trên mạng

• An tồn liên mạng
– Các biện pháp bảo vệ dữ liệu truyền trên một tập hợp
các mạng kết nối với nhau

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

6


Kiến trúc an tồn OSI
• Kiến trúc an tồn cho OSI theo khuyến nghị
X.800 của ITU-T
• Định ra một phương thức chung cho việc xác
định các nhu cầu về an tồn thơng tin
• Cung cấp một cái nhìn tổng quan về các khái
niệm mơn học sẽ đề cập đến
• Chú trọng đến các hành động tấn cơng,các cơ
chế an tồn, và các dịch vụ an toàn

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

7


Hành động tấn cơng
• Là hành động phá hoại an tồn thơng tin của
một tổ chức
• An tồn thơng tin là những cách thức ngăn ngừa
các hành động tấn công, nếu khơng được thì
phát hiện và khắc phục hậu quả
• Các hành động tấn cơng có nhiều và đa dạng
• Chỉ cần tập trung vào những thể loại chung nhất
• Lưu ý : nguy cơ tấn công và hành động tấn công
thường được dùng đồng nghĩa với nhau
Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

8


Các hành động tấn cơng
• Các hành động tấn cơng thụ động
– Nghe trộm nội dung thông tin truyền tải
– Giám sát và phân tích luồng thơng tin lưu chuyển

• Các hành động tấn công chủ động
–
–
–

–

Giả danh một thực thể khác
Phát lại các thơng báo trước đó
Sửa đổi các thông báo đang lưu chuyển
Từ chối dịch vụ

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

9


Dịch vụ an tồn
• Là một dịch vụ nâng cao độ an tồn của các hệ
thống xử lý thơng tin và các cuộc truyền dữ liệu
trong một tổ chức
• Nhằm phịng chống các hành động tấn cơng
• Sử dụng một hay nhiều cơ chế an tồn
• Có các chức năng tương tự như đảm bảo an
tồn tài liệu vật lý
• Một số đặc trưng của tài liệu điện tử khiến việc
cung cấp các chức năng đảm bảo an tồn khó
khăn hơn
Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

10

Các dịch vụ an tồn
• Theo X.800
– Dịch vụ an toàn là dịch vụ cung cấp bởi một tầng giao
thức của các hệ thống mở kết nối nhằm đảm bảo an
toàn cho các hệ thống và các cuộc truyền dữ liệu
– Có 5 loại hình

• Theo RFC 2828
– Dịch vụ an tồn là dịch vụ xử lý hoặc truyền thơng
cung cấp bởi một hệ thống để bảo vệ tài nguyên theo
một cách thức nhất định

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

11


Các dịch vụ an tồn X.800
• Xác thực
– Đảm bảo thực thể truyền thơng đúng là nó

• Điều khiển truy nhập
– Ngăn khơng cho sử dụng trái phép tài ngun

• Bảo mật dữ liệu
– Bảo vệ dữ liệu khỏi bị tiết lộ trái phép

• Tồn vẹn dữ liệu
– Đảm bảo nhận dữ liệu đúng như khi gửi

• Chống chối bỏ
– Ngăn không cho bên liên quan phủ nhận hành động
Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

12


Cơ chế an tồn
• Là cơ chế định ra để phát hiện, ngăn ngừa và
khắc phục một hành động tấn cơng
• Khơng một cơ chế đơn lẻ nào có thể hỗ trợ tất cả
các chức năng đảm bảo an toàn thơng tin
• Có một yếu tố đặc biệt hậu thuẫn nhiều cơ chế
an toàn sử dụng hiện nay là các kỹ thuật mật mã
• Mơn học sẽ chú trọng lĩnh vực mật mã

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

13


Các cơ chế an tồn X.800

• Các cơ chế an tồn chun biệt
– Mã hóa, chữ ký số, điều khiển truy nhập, toàn vẹn dữ
liệu, trao đổi xác thực, độn tin truyền, điều khiển định
tuyến, cơng chứng

• Các cơ chế an tồn phổ qt
– Tính năng đáng tin, nhãn an toàn, phát hiện sự kiện,
dấu vết kiểm tra an toàn, khơi phục an tồn

Nguyễn Đại Thọ

An tồn Mạng

14


Mơ hình an tồn mạng
Bên thứ ba đáng tin

Bên gửi

Bên nhận
Chuyển đổi
liên quan
đến an tồn

Thơng báo

Kênh
thơng tin

Thơng báo an tồn

Thơng tin
bí mật

Thơng báo an tồn

Thơng báo

Chuyển đổi
liên quan
đến an tồn

Thơng tin
bí mật

Đối thủ
Nguyễn Đại Thọ

An tồn Mạng

15


Mơ hình an tồn mạng
• u cầu
– Thiết kế một giải thuật thích hợp cho việc chuyển đổi
liên quan đến an tồn
– Tạo ra thơng tin bí mật (khóa) đi kèm với giải thuật

– Phát triển các phương pháp phân bổ và chia sẻ thơng
tin bí mật
– Đặc tả một giao thức sử dụng bởi hai bên gửi và nhận
dựa trên giải thuật an tồn và thơng tin bí mật, làm cơ
sở cho một dịch vụ an toàn

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

16


Mơ hình an tồn truy nhập mạng
Các tài ngun tính toán
(bộ xử lý, bộ nhớ, ngoại
vi)

Đối thủ
Kênh truy nhập

Dữ liệu

- Con người

Các tiến trình

- Phần mềm

Phần mềm

Chức năng
gác cổng

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

Các điều khiển an toàn
bên trong

17


Mơ hình an tồn truy nhập mạng
• u cầu
– Lựa chọn các chức năng gác cổng thích hợp để định
danh người dùng
– Cài đặt các điều khiển an toàn để đảm bảo chỉ
những người dùng được phép mới có thể truy nhập
được vào các thông tin và tài nguyên tương ứng

• Các hệ thống máy tính đáng tin cậy có thể dùng
để cài đặt mơ hình này

Nguyễn Đại Thọ

An tồn Mạng

18

Chương 2

MÃ HĨA ĐỐI XỨNG

Nguyễn Đại Thọ

An tồn Mạng

19


Hai kỹ thuật mã hóa chủ yếu
• Mã hóa đối xứng
– Bên gửi và bên nhận sử dụng chung một khóa
– Cịn gọi là
• Mã hóa truyền thống
• Mã hóa khóa riêng / khóa đơn / khóa bí mật

– Là kỹ thuật mã hóa duy nhất trước những năm 70
– Hiện vẫn cịn được dùng rất phổ biến

• Mã hóa khóa cơng khai (bất đối xứng)
– Mỗi bên sử dụng một cặp khóa
• Một khóa cơng khai + Một khóa riêng

– Cơng bố chính thức năm 1976
Nguyễn Đại Thọ

An tồn Mạng

20


Một số cách phân loại khác
• Theo phương thức xử lý
– Mã hóa khối
• Mỗi lần xử lý một khối nguyên bản và tạo ra khối bản mã tương
ứng (chẳng hạn 64 hay 128 bit)

– Mã hóa luồng
• Xử lý dữ liệu đầu vào liên tục (chẳng hạn mỗi lần 1 bit)

• Theo phương thức chuyển đổi
– Mã hóa thay thế
• Chuyển đổi mỗi phần tử nguyên bản thành một phần tử bản
mã tương ứng

– Mã hóa hốn vị
• Bố trí lại vị trí các phần tử trong nguyên bản
Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

21


Mơ hình hệ mã hóa đối xứng
Khóa bí mật dùng chung

bởi bên gửi và bên nhận

Khóa bí mật dùng chung
bởi bên gửi và bên nhận

Bản mã
truyền đi

Nguyên bản
đầu vào

Giải thuật mã hóa

Giải thuật giải mã

Mã hóa

Nguyễn Đại Thọ

Giải mã

Y = EK(X)

Nguyên bản
đầu ra

X = DK(Y)
An toàn Mạng

22

Mơ hình hệ mã hóa đối xứng
• Gồm có 5 thành phần
–
–
–
–
–

Ngun bản
Giải thuật mã hóa
Khóa bí mật
Bản mã
Giải thuật giải mã

• An tồn phụ thuộc vào sự bí mật của khóa,
khơng phụ thuộc vào sự bí mật của giải thuật

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

23


Phá mã
• Là nỗ lực giải mã văn bản đã được mã hóa
khơng biết trước khóa bí mật
• Có hai phương pháp phá mã

– Vét cạn
• Thử tất cả các khóa có thể

– Thám mã
• Khai thác những nhược điểm của giải thuật
• Dựa trên những đặc trưng chung của nguyên bản hoặc một
số cặp nguyên bản - bản mã mẫu

Nguyễn Đại Thọ

An toàn Mạng

24


Phương pháp phá mã vét cạn
• Về lý thuyết có thể thử tất cả các giá trị khóa cho
đến khi tìm thấy ngun bản từ bản mã
• Dựa trên giả thiết có thể nhận biết được ngun
bản cần tìm
• Tính trung bình cần thử một nửa tổng số các
trường hợp có thể
• Thực tế khơng khả thi nếu độ dài khóa lớn

Nguyễn Đại Thọ

An tồn Mạng

25