TÌM HIỂU VỀ IPv4 AND IPv6 SECURITY VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÀI ĐẶT

ĐỂ TÀI:
TÌM HIỂU VỀ IPv4 AND IPv6 SECURITY VÀ ỨNG DỤNG
TRONG CÀI ĐẶT
Chương 1: Tổng quan về Internet protocol security (IPsec)
1.1. Giới thiệu IPsec
IPSec là một tập các giao thức chuẩn, cung cấp các dịch vụ bảo
mật cho những gói tin IP tại lớp Network. Những dịch vụ này bao
gồm các điều khiển truy cập access control list, toàn vẹn dữ liệu-data
integrity, xác thực-authentication, tránh trùng lặp gói tin -against
replay và sự bảo mật dữ liệu -data security. IPSec là sự lựa chọn hàng
đầu cho việc bảo mật trong VPN.
1.2. Khung giao thức IPsec
IPSec là một tập các chuẩn mở, được phát triển bởi IETF.
Khung giao thức được sử dụng trong IPSec
Một số tính năng được khuyến khích sử dụng khi làm việc với
IPSec.
– Các giao thức bảo mật IPSec
+ AH (Authentication Header): cung cấp tính toàn vẹn phi kết nối
và chứng thực nguồn gốc dữ liệu cho các gói dữ liệu IP và bảo vệ
chống lại các cuộc tấn công replay.
+ ESP (Encapsulation Security Payload): cung cấp tính năng bảo
mật, chứng thực nguồn gốc dữ liệu, tính toàn vẹn phi kết nối và dịch
vụ chống replay.
– Các thuật toán mã hóa
+ DES (Data Encryption Standard): Được phát triển bởi IBM. DES
sử dụng 1 khóa 56-bít, đảm bảo hiệu năng mã hóa cao. DES là một hệ
thống mã hóa khóa đối xứng.
+ 3 DES (Triple DES): là một biến thể của DES 56-bít. Hoạt động
tương tự như DES, trong đó dữ liệu được chia thành các khối 64 bít.
3DES thực thi mỗi khối ba lần, mỗi lần với một khóa 56 bít độc lập.
3DES cung cấp sức mạnh khóa đáng kể so với DES.

– Các chức năng toàn vẹn dữ liệu
+ HMAC (Hash – ased Message Authentication Code): là một
thuật toán toàn vẹn dữ liệu đảm bảo tính toàn vẹn của bản tin. Tại đầu
cuối, bản tin và một khóa chia sẻ bí mật được gửi thông qua một thuật
toán băm, trong đó tạo ra một giá trị băm. Bản tin và giá trị băm được
gửi qua mạng
+ MD5 (Message Digest 5): là một hàm băm để mã hóa với giá trị
băm là 128 bít. MD5 biến đổi một thông điệp có chiều dài bất kỳ
thành một khối có kích thước cố định 128 bít. Thông điệp đưa vào sẽ
được cắt thành các khối 512 bít, thông điệp sau đó được độn sao cho
chiều dài của nó chia chẵn cho 512.
+ SHA-1 (Secure Hash Algorithm -1): Sử dụng một khóa 160 bít,
224 bít….
– Các phương pháp xác thực (peer Authentication)
+ Rivest, Shamir, and Adelman (RSA) Digital Signatures: là một
hệ thống mật mã khóa bất đối xứng. Nó sử dụng một chiều dài khóa là
512 bít, 768 bít, 1024 bít hoặc lớn hơn. IPsec không sử dụng RSA để
mã hóa dữ liệu. Chỉ sử dụng RSA để mã hóa trong giai đoạn xác thực
ngang hàng.
+ RSA Encrypted Nonces
– Các giao thức quản lý khoá
+ DH (Diffie- Hellman)
+ CA (Certificate Authority)
– Các chính sách an ninh
+ IKE (Internet Key Exchange): IPSec dùng một giao thức thứ ba,
Internet Key Exchange (IKE), để thỏa thuận các giao thức bảo mật và
các thuật toán mã hóa trước và trong suốt phiên giao dịch.
+ ISAKMP (Internet Security Association and Key Management
Protocol
1.3. Tính năng của IPsec

1.3.1 Sự bảo mật dữ liệu (Data Confidentiality):
Đảm bảo dữ liệu được bảo mật, tránh những kẻ tấn công phá hoại
bằng cách thay đổi nội dung hoặc đánh cắp dữ liệu quan trọng. Việc bảo
vệ dữ liệu được thực hiện bằng các thuật toán mã hóa như DES, 3DES và
AES. Tuy nhiên, đây là một tính năng tùy chọn trong IPSec.
1.3.2 Sự toàn vẹn dữ liệu (Data Integrity):
Đảm bảo rằng dữ liệu không bị thay đổi trong suốt quá trình trao
đổi. Data integrity bản thân nó không cung cấp sự bảo mật dữ liệu. Nó sử
dụng thuật toán băm (hash) để kiểm tra dữ liệu bên trong gói tin có bị
thay đổi hay không. Những gói tin nào bị phát hiện là đã bị thay đổi thì sẽ
bị loại bỏ. Những thuật toán băm: MD5 hoặc SHA-1.
1.3.3 Chứng thực nguồn dữ liệu (Data Origin Authentication):
Mỗi điểm cuối của VPN dùng tính năng này để xác định đầu phía bên
kia có thực sự là người muốn kết nối đến mình hay không. Lưu ý là tính
năng này không tồn tại một mình mà phụ thuộc vào tính năng toàn vẹn dữ
liệu. Việc chứng thực dựa vào những kĩ thuật: Pre-shared key, RSA-
encryption, RSA-signature.
1.3.4 Tránh trùng lặp (Anti-replay):
Đảm bảo gói tin không bị trùng lặp bằng việc đánh số thứ tự. Gói tin
nào trùng sẽ bị loại bỏ, đây cũng là tính năng tùy chọn.
1.4 Các giao thức IPsec
Để trao đổi và thỏa thuận các thông số nhằm tạo nên một môi
trường bảo mật giữa 2 đầu cuối, IPSec dùng 3 giao thức:
1.4.1 Internet Key Exchange (IKE)
Là giao thức thực hiện quá trình trao đổi khóa và thỏa thuận các
thông số bảo mật như: thuật toán mã hóa được áp dụng, khoảng thời
gian khóa cần được thay đổi. Sau khi thỏa thuận xong thì sẽ thiết lập
“hợp đồng” giữa 2 bên, khi đó IPSec SA (Security Association) được
tạo ra.
SA là những thông số bảo mật đã được thỏa thuận thành công, các

thông số SA này sẽ được lưu trong cơ sở dữ liệu của SA
Ngoài ra IKE còn dùng 2 giao thức khác để chứng thực đầu cuối và
tạo khóa: ISAKMP (Internet Security Association and Key
Management Protocol) và Oakley.
– ISAKMP: là giao thức thực hiện việc thiết lập, thỏa thuận và
quản lý chính sách bảo mật SA.
– Oakley: là giao thức làm nhiệm vụ chứng thực khóa, bản chất là
dùng thuật toán Diffie-Hellman để trao đổi khóa bí mật thông qua môi
trường chưa bảo mật.
Lưu ý: Giao thức IKE dùng UDP port 500.
1.4.2 Encapsulating Security Payload (ESP):
Là giao thức cung cấp sự bảo mật, toàn vẹn, chứng thực
nguồn dữ liệu và những tùy chọn khác, chẳng hạn anti-replay. ESP
cung cấp gần như toàn bộ tính năng của IPSec, ngoài ra nó còn
cung cấp tính năng mã hóa dữ liệu. Do đó, ESP được sử dụng phổ
biến trong IPSec VPN. ESP bao gồm những tính năng sau:
• Tính bảo mật (Data confidentiality)
• Tính toàn vẹn dữ liệu (Data integrity)
• Chứng thực nguồn dữ liệu (Data origin authentication)
• Tránh trùng lặp (Anti-replay)
Những tính năng trên cũng là những tính năng đặc trưng và
chính yếu nhất của IPSec.
Lưu ý: ESP sử dụng IP protocol number 50.
Hoạt dộng của ESP
ESP chèn một header vào sau phần IP header và trước
header của giao thức lớp trên. Header này có thể là một IP header
mới trong tunnel mode hoặc IP header của gói tin ban đầu trong
transport mode. Hình sau cho thấy vị trí của ESP header trong
transport mode và tunnel mode:
IP Packet được bảo vệ bởi ESP trong Tunnel Mode

1.4.3 Authentication Header (AH)
Là giao thức cung cấp sự toàn vẹn, chứng thực nguồn dữ liệu và
một số tùy chọn khác. Nhưng khác với ESP, nó không cung cấp chức
năng bảo mật (data confidential). AH đảm bảo dữ liệu không bị thay đổi
trong quá trình truyền dẫn nhưng không mã hóa dữ liệu.
Trường AH chỉ định cái sẽ theo sau AH header. Trong transport
mode, nó sẽ là giá trị của giao thức lớp trên đang được bảo vệ (chẳng hạn
UDP hoặc TCP). Trong tunnel mode, giá trị này là 4. Vị trí của AH trong
transport và tunnel mode được mô tả ở hình sau:
Trong tunnel mode, AH đóng gói gói tin IP và thêm vào một IP
header trước AH header
IP Packet được bảo vệ bởi AH trong Tunnel Mode
1.5 Hoạt động của IPSec
Mục đích chính của IPSec là bảo vệ luồng dữ liệu mong muốn dựa
trên các dịch vụ bảo mật có sẵn, hoạt động của IPSec có thể chia
thành 5 bước chính như sau:
Hoạt động của IPSec
• A gửi các traffic cần bảo vệ tới B
• A gửi các traffic cần bảo vệ tới B
IKE SA ← IKE Phase 1 → IKE SA
• A gửi các traffic cần bảo vệ tới B
IPSec SA ← IKE Phase 2 → IPSec SA
• A gửi các traffic cần bảo vệ tới B
• A gửi các traffic cần bảo vệ tới B
Bước 1:
Traffic cần được bảo vệ khởi tạo quá trình IPSec. Ở đây, các
thiết đầu cuối IPSec sẽ nhận ra đâu là lưu lượng cần được bảo vệ
thông qua trường địa chỉ.
Bước 2:
IKE Phase 1 – IKE xác thực các bên và một tập các dịch vụ

bảo mật được thoả thuận và công nhận để thiết lập IKE SA. Trong
phase này, sẽ thiết lập một kênh truyền thông bảo mật để tiến hành
thoả thuận IPSec SA trong Phase 2.
Bước 3:
IKE Phase 2 – IKE thoả thuận các tham số IPSec SA và
thiết lập các IPSec SA tương đương ở hai phía. Các tham số bảo
mật này được sử dụng để bảo vệ dữ liệu và các gói tin trao đổi giữa
các điểm đầu cuối. Kết quả cuối cùng của hai bước trên sẽ tạo ra
một kênh thông tin bảo mật giữa hai bên.
Bước 4:
Truyền dữ liệu – Dữ liệu được truyền giữa các bên IPSec
dựa trên cơ sở các thông số bảo mật và các khoá được lưu trữ trong
cơ sở dữ liệu SA.
Bước 5:
Kết thúc đường hầm IPSec – Do các IPSec SA hết hạn hoặc
bị xoá
Chương 2: Internet protocol sercurity trong IPv6 và IPv4
2.1. Internet protocol security trong IPv6
IP Security (IPSec) là tiêu chuẩn của IETF (Internet Engineering
Task Force) nhằm cung cấp bảo mật cho mạng Internet. IPSec đảm bảo
tính toàn vẹn, xác thực và bảo mật.
2.1.1. Mào đầu gói tin IPv6
IPv6 chỉ có 6 trường và 2 địa chỉ, IPv6 header có kích thước cố
định. Với kích thước cố định thì một router có thể xử lý gói tin một cách
hiệu quả.
2.1.1.1 Chiều dài phần mào đầu
Gói tin IPv6 có hai dạng mào đầu: mào đầu cơ bản và mào đầu mở
rộng. Phần mào đầu cơ bản có chiều dài cố định 40 byte, chứa những
thông tin cơ bản trong xử lý gói tin IPv6. Những thông tin liên quan đến
dịch vụ mở rộng kèm theo được chuyển hẳn tới một phân đoạn khác gọi

là mào đầu mở rộng. Cấu trúc gói tin IPv6:
Cấu trúc gói tin IPv6
2.1.1.2 Định dạng các trường mào đầu
Cấu trúc mào đầu của IPv6 header gồm:
• Phiên bản (Version): Gồm 4 bít được sử dụng để xác định
phiên bản của giao thức IP đang được sử dụng và nó có giá
trị là 6 với IPv6.
• Phân dạng lưu lượng (Traffic Class): Gồm 8 bít thực hiện
chức năng tương tự trường Dạng dịch vụ (Type of Service)
của IPv4. Trường này được sử dụng để biểu diễn mức độ ưu
tiên của gói tin, mỗi điểm kết nối IPv6 có thể đánh dấu gói
tin với từng loại dữ liệu, ví dụ gói tin nên được truyền với
tốc độ nhanh hay thông thường.
• Nhãn dòng (Flow Label): Có chiều dài 20 bít, là trường mới
được thiết lập trong IPv6. Trường này được sử dụng để chỉ
định gói tin thuộc một dòng (Flow) nhất định giữa nguồn và
đích, yêu cầu bộ định tuyến IPv6 phải có cách xử lý đặc biệt.
Bằng cách sử dụng trường này, nơi gửi gói tin có thể xác
định một chuỗi các gói tin, ví dụ gói tin của dịch vụ thoại
VoIP thành một dòng và yêu cầu chất lượng cụ thể cho dòng
đó. Khi một router xác định dòng lưu lượng lần đầu, nó sẽ
nhớ dòng lưu lượng đó, cũng như các xử lý đặc biệt ứng với
lưu lượng này, và khi các lưu lượng khác thuộc dòng này
đến, nó sẽ xử lý nhanh hơn là xử lý từng packet.
• Chiều dài tải dữ liệu (Payload Length): Gồm 16 bít, tương tự
như trường total length của IPv4, xác định tổng kích thước
của gói tin IPv6 bao gồm cả phần mào đầu mở rộng (không
chứa header).
• Next header: Gồm 8 bít, thay thế trường Thủ tục (Protocol).
Trường này chỉ định đến mào đầu mở rộng đầu tiên của gói

tin IPv6, đặt sau mào đầu cơ bản hoặc chỉ định tới thủ tục
lớp trên như TCP, UDP, ICMPv6 khi trong gói tin IPv6
không có mào đầu mở rộng.
• Hop limit: Gồm 8 bít, được sử dụng để giới hạn số hop mà
packet đi qua, được sử dụng để tránh cho packet được định
tuyến vòng vòng trong mạng. Trường này giống như trường
TTL (Time-To-Live) của IPv4.
• Source Address: Gồm 128 bít, xác định địa chỉ nguồn của
gói tin.
• Destination Address: Gồm 128 bít, xác định địa chỉ đích của
gói tin
Định dạng gói tin IPv6
2.1.1.3 Các trường mào đầu mở rộng
Mào đầu mở rộng (extension header) là đặc tính mới của thế
hệ địa chỉ IPv6.
Những thông tin liên quan đến dịch vụ kèm theo được chuyển hẳn
tới một phân đoạn khác gọi là header mở rộng, mỗi header mở rộng
được nhận dạng bởi trường Next Header. Các header mở rộng
được đặt giữa IPv6 header và header của các giao thức lớp trên,
được sử dụng để mang các thông tin tuỳ chọn ở lớp mạng
(Network layer) trong gói tin. Một gói tin IPv6 có thể chứa một
hay nhiều header mở rộng, được đặt sau mào đầu cơ bản. Các mào
đầu mở rộng được đặt nối tiếp nhau theo thứ tự quy định, mỗi dạng
có cấu trúc trường riêng. Thông thường, các mào đầu mở rộng
được xử lý tại đích. Tuy nhiên cũng có dạng mào đầu mở rộng
được xử lý tại mọi bộ định tuyến mà gói tin đó đi qua, đó là dạng
mào đầu mở rộng Từng bước (Hop by Hop). Mỗi header mở rộng
sẽ có giá trị đại diện cho nó. Ví dụ: TCP (6); UDP (7); Routing hea
der (43); Fragment header (44); ESP (50); AH (51); ICMP (58)
[1]

Các giá trị của trường Next Header
Mào đầu cơ bản và mọi mào đầu mở rộng IPv6 đều có
trường mào đầu tiếp theo (Next Header) chiều dài 8 bít. Trong mào
đầu cơ bản, trường Next Header sẽ xác định gói tin có tồn tại mào
đầu mở rộng hay không. Nếu không có mào đầu mở rộng giá trị
của trường sẽ xác định phần mào đầu của tầng cao hơn (TCP hay
UDP…) phía trên của tầng IP. Nếu có, giá trị trường Next Header
chỉ ra loại mào đầu mở rộng đầu tiên theo sau mào đầu cơ bản.
Tiếp theo, trường Next Header của mào đầu mở rộng thứ nhất sẽ
trỏ tới mào đầu mở rộng thứ hai, đứng kế tiếp nó. Trường Next
Header của mào đầu mở rộng cuối cùng sẽ có giá trị xác định mào
đầu tầng cao hơn.
Mào đầu mở rộng của địa chỉ IPv6
Khi gói đi từ nguồn đến đích, các trạm trung gian không được phép
xử lý các Extension Header đến khi đến trạm đích. Và việc xử lý các
Header này cũng phải diễn ra theo đúng tuần tự mà các Header sắp xếp
trong gói tin IPv6. Không bao giờ được phép xảy ra trường hợp trạm đích
quét qua toàn bộ gói tin và chọn ra một Header nào đó để xử lý trước.
Trường hợp ngoại lệ là trường hợp Hop-by-hop Extension Header, sự
hiện diện của Hop-by-hop Extension Header buộc gói tin phải bị kiểm tra
bởi tất cả các trạm trung gian trên đường từ nguồn đến đích, bao gồm cả
trạm nguồn và đích. Vì vậy, Hop-by-hop Extension Header luôn phải
đứng sau IPv6 Header. Sự hiện diện của Extension Header này được chỉ
thị bởi giá trị 0 trong Next-Header của IPv6 Header. Kích thước của các
Extension Header có thể tùy ý, nhưng luôn là bội số của 8 octet. Nếu
trong gói tin có chứa nhiều Extension Header, chúng được sắp xếp theo
thứ tự sau:
• IPv6 Header.
• Hop-by-Hop Options Header.
• Destination Options Header: Được xử lý bởi trạm đích đầu tiên

trong IPv6 Header và những trạm còn lại được chỉ ra trong
Routing Header.
• Routing Header.
• Fragment Header.
• Authentication Header.
• Encapsulating Security Payload Header.
• Mobility header
• Destination Options Header: Chỉ được xử lý bởi đích đến cuối
cùng trong gói tin
• Upper-layer Header.
Định dạng của Extension Header
2.1.2. Tích hợp bảo mật IPsec trong địa chỉ IPv6
Cấu trúc địa chỉ IPv6 sử dụng IPSec để đảm bảo tính toàn vẹn, bảo
mật và xác thực nguồn gốc dữ liệu sử dụng hai mào đầu mở rộng tùy
chọn: mào đầu Xác thực- (AH -Authentication Header) và mào đầu Mã
hóa (ESP - Encrypted Security Payload). Hai Header này có thể được sử
dụng chung hay riêng để hỗ trợ nhiều chức năng bảo mật.
Các chế độ làm việc chính của giao thức IPSec, bao gồm:
• Transport mode:
Chế độ hoạt động này bảo vệ giao thức tầng trên và các ứng dụng.
Trong đó, phần IPSec header được chèn vào giữa phần IP header
và phần header của giao thức tầng trên.Vì vậy, chỉ có tải (IP
payload) là được mã hóa và IP header ban đầu là được giữ nguyên
vẹn. Transport mode có thể được dùng khi cả hai host hỗ trợ IPSec.
Hoạt động của ESP trong chế độ này được sử dụng để bảo vệ thông
tin giữa hai host cố định và bảo vệ các giao thức lớp trên của IP
datagram. Trong Transport Mode, AH header được chèn vào trong
IP datagram sau IP header và các tuỳ chọn. Ở trong chế độ này,
AH được xem như phần tải đầu cuối tới đầu cuối (end-to-end
payload), nên sẽ xuất hiện sau các phần header mở rộng hop-to-

hop, routing, và fragmentation. Còn phần mào đầu đích
(Destination Options Header) có thể được đặt trước hoặc sau AH.
IPSec trong chế độ Transport
• Tunnel mode:
Chế độ này bảo vệ toàn bộ gói dữ liệu. Toàn bộ gói dữ liệu IP
được đóng gói trong một gói dữ liệu IP khác. Và một IPSec header
được chèn vào giữa phần đầu nguyên bản (Original Header) và
phần đầu mới của IP. Trong chế độ Tunnel IP header ở đầu vào
mang địa chỉ nguồn và địa chỉ đích cuối cùng, còn IP header ở đầu
ra mang địa chỉ để định tuyến qua Internet. Trong chế độ này, AH
bảo vệ toàn bộ gói tin IP bên trong, bao gồm cả IP header đầu vào.
IPSec trong chế độ Tunnel
2.1.3. Nguyên tắc hoạt động của các giao thức bảo mật trong địa chỉ IPv6
2.1.3.1. Nguyên tắc hoạt động của AH
AH được mô tả trong RFC 4302, là một IPSec header cung cấp xác
thực gói tin và kiểm tra tính toàn vẹn. AH cho phép xác thực và kiểm tra
tính toàn vẹn dữ liệu của các gói tin IP truyền giữa 2 hệ thống. Nó là
phương tiện để kiểm tra xem dữ liệu có bị thay đổi trong khi truyền hay
không. Tuy nhiên các dữ liệu đều truyền dưới dạng bản Plaintext vì AH
không cung cấp khả năng mã hóa dữ liệu.
Định dạng mào đầu IPsec AH
Định dạng của AH
• Next Header:
Trường này có độ dài 8 bits để xác định mào đầu tiếp theo sau AH.
Giá trị của trường này được lựa chọn từ các tập các giá trị IP Protocol
Numbers định nghĩa bởi IANA- Internet Assigned Numbers Authority
(xem chi tiết hình dưới)
• Payload Length:
Trường này có độ dài 8 bits để xác định độ dài của AH không có
tải.

• Reserved:
Trường này có độ dài 16 bits dành để dự trữ cho việc sử dụng trong
tương lai. Giá trị của trường này được thiết lập bằng 0 bởi bên gửi và sẽ
được loại bỏ bởi bên nhận.
• SPI (Security Parameters index):
Đây là một số 32 bits bất kì, cùng với địa chỉ đích và giao thức an
ninh ESP cho phép nhận dạng duy nhất chính sách liên kết bảo mật SA
(xác định giao thức IPSec và các thuật toán nào được dùng để áp dụng
cho gói tin) cho gói dữ liệu này. Các giá trị SPI 1-255 được dành riêng để
sử dụng trong tương lai. SPI thường được lựa chọn bởi phía thu khi thiết
lập SA.
• Sequence Number :
Trường này có độ dài 32 bits, chứa một giá trị đếm tăng dần (SN),
đây là trường không bắt buộc cho dù phía thu không thực hiện dịch vụ
chống trùng lặp cho một SA cụ thể nào đó. Việc thực hiện SN tùy thuộc
phía thu, nghĩa là phía phát luôn phải truyền trường này, còn phía thu có
thể không cần phải xử lí nó. Bộ đếm của phía phát và phía thu đều được
khởi tạo 0 khi một SA được thiết lập (Gói đầu tiên truyền đi với SA đó sẽ
có SN=1)
• Authentication Data:
Trường có độ dài biến đổi chứa một giá trị kiểm tra tính toàn vẹn
ICV (Integrity Check Value) cho gói tin, có độ dài là số nguyên lần 32
bits. Trường này có thể chứa thêm một phần dữ liệu đệm để đảm bảo độ
dài của AH header là số nguyên lần 32 bít (đối với IPV4) hoặc 64 bít (đối
với IPV6).
Chế độ xác thực:
• Xác thực từ đầu cuối đến đầu cuối (End-to-End
Authentication):
Là trường hợp xác thực trực tiếp giữa hai hệ thống đầu cuối (giữa
máy chủ với trạm làm việc hoặc giữa hai trạm làm việc), việc xác thực

này có thể diễn ra trên cùng mạng nội bộ hoặc giữa hai mạng khác nhau,
chỉ cần hai đầu cuối biết được khoá bí mật của nhau. Trường hợp này sử
dụng chế độ vận chuyển (Transport Mode) của AH.
• Xác thực từ đầu cuối đến trung gian (End-to-Intermediate
Authentication):
Là trường hợp xác thực giữa hệ thống đầu cuối với một thiết bị
trung gian (router hoặc firewall). Trường hợp này sử dụng chế độ đường
hầm (Tunnel Mode) của AH.
Hai chế độ xác thực của AH
Gói tin IPv6 AH ở chế độ Transport:
Mào đầu được xác thực trong chế độ IPv6 AH Transport ( Phần
màu nâu đậm là phần dữ liệu được xác thực)
Gói tin IPv6 AH ở chế độ Tunnel:
Mào đầu được xác thực trong chế độ IPv6 AH Tunnel (Phần màu
nâu đậm là phần dữ liệu được xác thực).
Nguyên tắc hoạt động của AH bao gồm 4 bước:
B1: AH sẽ đem gói dữ liệu (packet ) bao gồm : Payload + IP
Header + Key cho chạy qua giải thuật Hash 1 chiều và cho ra 1 chuỗi số
và chuỗi số này sẽ được gán vào AH Header.
B2: AH Header này sẽ được chèn vào giữa Payload và IP Header
và chuyển sang phía bên kia
B3: Router đích sau khi nhận được gói tin này bao gồm:
IP Header + AH Header + Payload sẽ được cho qua giải thuật Hash
một lần nữa để cho ra một chuỗi số.
B4: so sánh chuỗi số nó vừa tạo ra và chuỗi số của nó nếu giống
nhau thì nó chấp nhận gói tin.
2.1.3.2. Nguyên tắc hoạt động của ESP
ESP Header được mô tả trong RFC 4303, cung cấp mã hóa bảo mật
và toàn vẹn dữ liệu trên mỗi điểm kết nối IPv6. ESP là một giao thức bảo
mật cho phép mật mã dữ liệu, xác thực nguồn gốc dữ liệu, kiểm tra tính

toàn vẹn của dữ liệu. Khác với AH, ESP cung cấp khả năng bí mật của
thông tin thông qua việc mã hóa gói tin ở lớp IP, tất cả các lưu lượng ESP
đều được mã hóa giữa 2 hệ thống, do đó xu hướng sử dụng ESP nhiều
hơn AH trong tương lai để làm tăng tính bảo mật cho dữ liệu. Sau khi
đóng gói xong bằng ESP, mọi thông tin và mã hoá và giải mã sẽ nằm
trong ESP Header. Các thuật toán mã hoá sử dụng trong giao thức như:
DES, 3DES, AES. Định dạng của ESP Header như sau:
Định dạng mào đầu IPsec ESP
 Định dạng ESP: ESP thêm một header và Trailer vào xung quanh nội
dung của mỗi gói tin.
• SPI (Security Parameters Index): Trường này tương tự như bên
AH
• SN (Sequence Number): Trường này tương tự như bên AH
• Payload Data: Trường này có độ dài biến đổi chứa dữ liệu mô
tả bên trong Next Header. Đây là trường bắt buộc và có độ dài
là số nguyên lần bytes
• Padding: Trường này được thêm vào bởi nếu thuật toán mật mã
được sử dụng yêu cầu bản rõ (plaintext) thì padding được sử
dụng để điền vào plaintext (bao gồm các trường Payload Data,
Pad Length, Next Header và Padding) để có kích thước theo
yêu cầu.
• IVC: Giá trị kiểm tra tính toàn vẹn, là trường có độ dài thay đổi
được tính trên các trường ESP trailer, Payload, ESP header.
Thực chất các trường ESP trailer đã bao gồm kiểm tra tính
toàn vẹn (IVC).
 Gói tin IPv6 ESP ở chế độ Transport:
Mào đầu được mã hóa trong chế độ IPv6 ESP Transport (Phần
màu nâu đậm là phần dữ liệu được mã hóa)
 Gói tin IPv6 ESP ở chế độ Tunnel:
Mào đầu được mã hóa trong chế độ IPv6 ESP Tunnel (Phần màu

nâu sậm là phần dữ liệu được mã hóa
• Nguyên tắc hoạt động:
Về nguyên tắc hoạt động thì ESP sử dụng mật mã đối xứng để cung
cấp sự mật hoá dữ liệu cho các gói tin IPSec. Cho nên, để kết nối của
cả hai đầu cuối đều được bảo vệ bởi mã hoá ESP thì hai bên phải sử
dụng key giống nhau mới mã hoá và giải mã được gói tin. Khi một
đầu cuối mã hoá dữ liệu, nó sẽ chia dữ liệu thành các khối (block)
nhỏ, và sau đó thực hiện thao tác mã hoá nhiều lần sử dụng các block
dữ liệu và khóa (key). Khi một đầu cuối khác nhận được dữ liệu mã
hoá, nó thực hiện giải mã sử dụng key giống nhau và quá trình thực
hiện tương tự, nhưng trong bước này ngược với thao tác mã hoá.
Nguyên tắc hoạt động của ESP Header.
• So sánh giữa AH và ESP
2.1.4 Quản lý khóa
Để áp dụng hai mào đầu AH và ESP yêu cầu các bên tham gia phải
thỏa thuận một khóa chung để sử dụng trong việc kiểm tra bảo mật
thông tin.
• Quản lý khóa thủ công: IPv6 yêu cầu tất cả các thao tác đều có
thể cho phép thiết lập thủ công khóa bí mật. Công nghệ cấu
hình bằng tay được cho phép trong IPSec chuẩn và có thể được
chấp nhận để cấu hình một hay hai gateway nhưng việc gõ key
bằng tay không thích hợp trong một số trường hợp số lượng các
gateway nhiều và cũng gây ra các vấn đề không bảo mật trong
quá trình tạo khóa.
• Quản lý khóa tự động:
• Internet Key Exchange (IKE) cung cấp key một cách tự động,
quản lý SA hai chiều, tạo key và quản lý key. IKE thương
thuyết trong hai giai đoạn.
 Giai đoạn 1: thương thuyết bảo mật, kênh chứng thực mà
dựa trên đó hệ thống có thể thương thuyết nhiều giao thức

khác. Chúng đồng ý thuật toán mã hoá, thuật toán hash,
phương pháp chứng thực và nhóm Diffie-Hellman để trao
đổi key và thông tin.
 Giai đoạn 2: xác định dịch vụ được sử dụng bởi IPSec.
Chúng đồng ý giao thức IPSec, thuật toán hash, và thuật toán
mã hoá. Một SA được tạo ra cho inbound và outbound của
mỗi giao thức được sử dụng.
Chương 3 : Ứng dụng trong cài đăt
3.1 Triển khai hệ thống IPsec/VNP trên Windows Server 2003
3.1.1 Mô hình trỉnh khai
Trong mô hình này ta sử dụng 3 máy: 1 làm DC (Domain
Controler), 1 máy làm VPN server 1, máy làm VPN client. Ta sẽ cấu hình
IPsec trên máy DC và máy VPN client để khi 2 máy này thực hiện
phương thức truyền thông thì dữ liệu sẽ được mã hóa.
3.1.2 Các bước thực hiện
+ Máy 1 cài đặt Windows Server 2003, sau đó nâng cấp lên
DC
+ Máy 2 cài đặt Windows Server 2003, sau đó join DC và cấu
hình VPN server
+ Máy 3 cài Windows XP, sau đó tạo kết nối VPN tới DC
+ Cấu hình IPsec trên DC và VPN client tương tự nhau
 Nâng cấp máy lên Domain Controler
- Start(Ctrl+R) -> nhập Run nhập dcpromo
- Tiếp theo hộp thoại Active Directory Intallation Wizard xuất hiện
bạn nhấn Next -> hộp thư thoại Operating System Compatibility ấn
Next
- Hộp thoại Domain Controller Type
- Hộp thoại Create New Domain
- Các hộp thoại còn lại để mặc định
 Join máy VPN server vào DC thực hiện trên máy 2

- Click phải chuột lên My Computer -> chọn Propterties-> Tab
Computer Name -> Change -> Check vào Domain
- Server yêu cầu thực hiện với tài khoản người dùng cấp miền
quyền trị quản trị
- Sau đó restart lại máy
 Cấu hình VPN server: trên máy 2 mở Routing và Remote Access
- Kich hoạt VPN server bằng cách nhấp chuột phải lên tên Server
và Chọn Configure and Enable Routing and Remote Access
- Đánh dấu mục chọn Custom configuration
- Check vào ô VPN access -> Next -> Finish
- Cấu hình IP cho VPN Client khi kết nối