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 [...]... 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. .. 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... 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... 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 (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... 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... 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... 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... 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... 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 . 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. 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. 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.