Bài giảng Mạng máy tính - Chương 7: Bảo mật mạng

Chương 7

Bảo mật mạng

Computer Networking:

A Top Down Approach

Featuring the Internet,

3^rdedition.

Jim Kurose, Keith Ross

Addison-Wesley, July

2004.

Slide này được biên dịch sang tiếng Việt theo

sự cho phép của các tác giả

Bảo mật mạng

1

Chương 7: Bảo mật mạng

Mục tiêu:

 hiểu các nguyên lý của bảo mật mạng:

 mật mã

 chứng thực

 tính toàn vẹn

 khóa phân bố

 bảo mật trong thực tế:

 các firewall

 bảo mật trong các lớp application, transport,

network, link

Bảo mật mạng

2

7.1 Bảo mật mạng là gì?

Bảo mật mạng

3

Bảo mật mạng là gì?

Sự bảo mật: chỉ có người gửi, người nhận mới “hiểu”

được nội dung thông điệp

 người gửi mã hóa thông điệp

 người nhận giải mã thông điệp

Chứng thực: người gửi, người nhận xác định là nhận ra

nhau

Sự toàn vẹn thông điệp: người gửi, người nhận muốn

bảo đảm thông điệp không bị thay đổi (trên đường

truyền hoặc sau khi nhận) mà không bị phát hiện

Truy cập & tính sẵn sàng: các dịch vụ phải có khả năng

truy cập và sẵn sàng đối với các user

Bảo mật mạng

4

Bạn và kẻ thù: Alice, Bob, Trudy

 Bob, Alice (bạn bè) muốn truyền thông “an toàn”

 Trudy (kẻ xâm nhập) có thể ngăn chặn, xóa, thêm các

thông điệp

Alice

Bob

dữ liệu, các thông

điệp điều khiển

kênh

truyền

an toàn

nhận

an toàn

dữ liệu

Trudy

Bảo mật mạng

5

Bob, Alice có thể là những ai?

 trình duyệt Web/server cho các giao dịch

điện tử

 client/server ngân hàng trực tuyến

 DNS servers

 các router trao đổi thông tin cập nhật bảng

routing

 .v.v.

Bảo mật mạng

6

Bạn và kẻ thù

Hỏi: Kẻ xấu có thể làm những việc gì?

Đáp: rất nhiều!

 nghe lén: ngăn chặn các thông điệp

 kích hoạt chèn các thông điệp vào trong kết nối

^(^gh^iảoặ^dc^anb^hấ^:t^ck^óỳ^tt^hr^ểườ^gin^ảg^mn^ạà^oo ^đtr^ịaon^cg^hỉđⁿó^g)^{uồn trong gói}

^n^cưgư^ớờ^p:i ^“g^tử^iếi ^pho^tặ^ục^c”ng^kư^ếtờiⁿn^ốhⁱậ^hn^iệbⁿằ^hn^àgⁿc^hhⁿín^hh^ưnh^gọ^thay

^{ t}d^ừùn^cg^h(^ốđⁱồ^dn^ịcg^hn^vg^ụh^:ĩa^dịq^cu^há^vt^ụải^h)^{iện tại bị người khác}

 .v.v.

Bảo mật mạng

7

7.2 Các nguyên lý mã hóa

Bảo mật mạng

8

Ngôn ngữ mã hóa

khóa mã

của Alice

khóa mã

của Bob

K

A

B

giải thuật

giải mã

văn bản đã mã hóa

văn bản gốc

mã hóa

khóa đối xứng: khóa bên gửi và bên nhận giống nhau

khóa công cộng: khóa mã chung, khóa giải mã bí mật

(riêng)

Bảo mật mạng

9

Mã hóa khóa đối xứng

mật mã thay thế: thay thứ này thành thứ khác

 mã hóa ký tự đơn: thay thế từng ký tự một

văn bản gốc: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

văn bản đã mã hóa: mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq

ví dụ:

văn bản gốc: bob. i love you. alice

mã hóa thành: nkn. s gktc wky. mgsbc

Hỏi: Bẻ khóa kiểu mã hóa đơn giản này dễ không?

❑ brute force (khó như thế nào?)

❑ khác?

Bảo mật mạng

10

Mã hóa khóa đối xứng

K

A-B

giải thuật

mã hóa

giải thuật

giải mã

văn bản đã mã

văn bản gốc

văn bản gốc, m

K (m)

K_A-B(m)

m = K_A-B(

)

A-B

khóa đối xứng: Bob và Alice cùng biết (đối xứng)

A-B

khóa: K

 vd: khóa được biết trong mẫu mã hóa ký tự

đơn

 Hỏi: Làm thế nào Bob và Alice thỏa thuận giá

Bảo mật mạng

11

trị khóa?

Mã hóa khóa đối xứng: DES

DES: Data Encryption Standard

 chuẩn mã hóa của Hoa Kỳ [NIST 1993]

 khóa đối xứng 56-bit, văn bản gốc vào 64-bit

 Bảo mật trong DES như thế nào?

 chưa có cách tiếp cận “backdoor-cửa sau” để giải mã

 làm cho DES bảo mật hơn:

 dùng 3 khóa tuần tự (3-DES) trong mỗi datum

 dùng cơ chế liên kết khối mã

Bảo mật mạng

12

Mã hóa khóa

đối xứng: DES

DES hoạt động

hoán vị đầu tiên

16 vòng giống nhau, mỗi

vòng dùng khóa 48

bit khác nhau

hoán vị cuối cùng

Bảo mật mạng

13

AES: Advanced Encryption Standard

 chuẩn NIST khóa đối xứng mới (tháng 11-

2001) thay thế cho DES

 dữ liệu xử lý từng khối 128 bit

 các khóa 128, 192, hoặc 256 bit

 giải mã brute force (thử sai) tốn 1s với

DES, tốn 149 tỷ tỷ năm với AES

Bảo mật mạng

14

Mã hóa khóa công cộng

khóa đối xứng

Mã hóa khóa công cộng

 yêu cầu người gửi,

người nhận phải biết

khóa công cộng

 Hỏi: làm sao biết khóa

công cộng đó trong lần

đầu tiên (đặc biệt với

những người chưa bao

giờ gặp trước)?

 tiếp cận khác hoàn

toàn

 người gửi, người nhận

không chia sẻ khóa

công cộng

 khóa công cộng cho

mọi người đều biết

 khóa giải mã riêng chỉ

có người nhận biết

Bảo mật mạng

15

Mã hóa khóa công cộng

K_B⁺

khóa công

cộng của Bob

K _B^-

khóa riêng của

Bob

encryption

algorithm

decryption

algorithm

văn bản gốc

văn bản đã mã

K_B⁺(m)

m

m = K_B^-(K⁺(m))

B

Bảo mật mạng

16

Giải thuật mã hóa khóa công cộng

Yêu cầu:

+

-

B

.

1 cần K ( ) và K ( ) như sau:

B

-

+

K (K (m)) = m

B

+

2

cho khóa công cộng K , nó phải

B

không thể tính toán ra được

-

khóa riêng K

B

giải thuật RSA: Rivest, Shamir, Adelson

Bảo mật mạng

17

RSA: chọn các khóa

1. Chọn 2 số nguyên tố lớn p, q (mỗi số có thể đến 1024 bit)

2. Tính n = pq, z = (p-1)(q-1)

3. Chọn e (với e<n) sao cho không có thừa số chung với z.

(e, z là nguyên tố cùng nhau).

4. Chọn d sao cho ed-1 chia hết cho z.

(nói cách khác: ed mod z = 1 ).

5. khóa công cộng là (n,e). khóa riêng là (n,d).

-

B

+

B

K

Bảo mật mạng

18

RSA: mã hóa, giải mã

0. Cho (n,e) và (n,d) theo tính toán ở trên

1. Để mã hóa mẫu bit, m, tính:

e

c = m mod n

2. Để giải mã mẫu bit, c, tính:

d

m = c mod n

d

e

m = (m mod n) mod n

c

Bảo mật mạng

19

RSA ví dụ:

Bob chọn p=5, q=7. Thì n=35, z=24.

e=5 (vì e, z nguyên tố cùng nhau).

d=29 (vì ed-1 chia hết cho z)

e

m

c = m mod n

ký tự

mã hóa:

l

1524832

17

12

d

c

17

c

ký tự

m = c mod n

giải mã:

481968572106750915091411825223071697

12

l

Bảo mật mạng

20