Nyilvános kulcsú titkosítás

1. Nyilvános kulcsú titkosítás

2. Hálózat biztonság • Legyen Alice és Bob két ember aki “biztonságosan” szeretne kommunikálni. • Hálózati nyelven Alice és Bob lehet: • Két router • Két host • Két e-mail applikáció • Alice és Bob “bizonytalan” környezetben kommunikálnak, ahol a betolakodók elolvashatják és módosíthatják egymásnak küldött üzeneteiket • A biztonságos kommunikáció jellemzői: • Titoktartás: csak Alice és Bob értheti az üzenet tartalmát • Azonisítás (hitelesség): mindenki az-e akinek vallja magát? • Sértetlenség (épség)

3. Hálózat biztonság Internetes hálózat-biztonság • Tényleg léteznek ilyen “betolakodók” amelyek lehallgatják a hálózaton közlekedõ üzeneteket? A válasz: IGEN. • A "szaglászó" (packet sniffer)olyan program, mely a hálózat egy egységén fut és lehetővé teszi a hálózaton áthaladó valamennyi adatcsomag elolvasását. Az Ethernet LAN környezet esetén ez azt jelenti, hogy a szaglászó megkapja mind azokat a frame-eket ameyleket bármely LAN- host küldi vagy kapja.

4. Hálózat biztonság Internetes hálózat-biztonság • Bármely internethez csatlakozó egység adatgrammokat küld a hálózatba. Ezek a küldő IP címét is tartalmazzák, amit viszont a küldő nek lehetősége van megváltoztatni. Ezt a technikát IP spoofing-nak nevezzük.

5. Kriptográfia • Kriptográfiai technikák segítségével a küldő kódolhatja az üzenetet úgy, hogy a betolakodók ne értsék a lehallgatott adatokat.  Viszont a címzett képes kell legyen ezt megfejteni, hogy megértse. Szimmetrikus (titkos) kulcsú titkosítás elve • a P nyílt szövegből egy C titkosított szöveget állítunk elő egy E titkosító függvénnyel és a kulccsal az alábbi módon: • hasonlóan, a titkosított szövegből, a kulcs és egy D megfejtő függvénnyel az eredeti nyílt szöveget megkapjuk, mint: • Megjegyzés:

6. Kriptográfia Nyilvános kulcsú titkosítás elve • Mindkét fél (Alice és Bob) két kulccsal rendelkezik: • nyilvános (K): mindenki ismeri • privát (K*): csak a tulajdonos ismeri • A kódoló algoritmus mindenki rendelkezésére áll • Ahhoz, hogy Alice titkosított üzenetet küldhessen Bobnak, Bob nyilvános kulcsát kell ismernie => ennek segítségével kódolja az üzenetet=>az így titkosított szöveget csak a Bob titkos kulcsával lehet megfejteni

7. Kriptográfia Nyilvános kulcsú titkosítás elve • Problémák: • A betolakodók nem értik ugyan az Alice által küldött üzenetet, viszont módosíthatják, hozzáfûzhetnek hiszen ismerik Bob nyilvános kulcsát és a kódoló algoritmust is. • A betolakodók Alice nevében üzenetet küldhetnek Bobnak Ezek megoldásáról szó lesz a továbbiakban. • A leg ismertebb nyilvános kulcsú kódoló algoritmus az RSA

8. Hitelesítés • Gyakran előfordul, hogy a hálózat elemeinek (pl. routerek vagy kliens/szerver folyamatok) azonosítani kell egymást. Hálózaton át ez csak üzenetek segítségével lehetséges, egy authentication(hitelesítési) protocol részeként. • Általában egy hitelesítési protokoll bármely más protokoll futtatása előtt fut. (pl.  Megbízható adatátvitel protokoll vagy email protocol).  • A hitelesítési protokoll előbb megállapítja a felek identitását (egymás számára) és csak utána mûködhetnek együtt.

9. Hitelesítés • A továbbiakban a hitelesítési protokoll különböző verzióit követjük végig. Tételezzük fel, hogy Alice azonosulni akar Bob előtt. Ap1.0 • Alice egyszerûen az “Alice vagyok” üzenetet küldi Bobnak • Bob nincs honnan tudja, hogy azt tényleg Alice küldi Ap2.0 • Ha Alice mindig ugyanarról a hálózati címről (IP címről) kommunikál, akkor Bob ezt leellenőrizheti az üzenet adatgrammjában • IP spoofing történhet=> az így kapott adatgrammokat az első router elutasíthatja, ha úgy konfigurálják de ez nem biztos

10. Hitelesítés Ap3.0 • Legyen egy jelszó amit csak Alice és Bob ismer és ennek alapján azonosítsa Bob Alicet • Packet sniffing történhet => a betolakodók megtudhatják a jelszót Ap3.1 • Alice szimmetrikus kulcsú titkosítással kódolja a jelszót, így a betolakodók nem tudják meg => Alice elküldi Bobnak az üzenetet (“Alice vagyok”) és a kódolt jelszót => Bob dekódolja • Packet sniffing történhet: bár a betolakodók nem tudhatják meg a jelszót, viszont megtudják kódját és a továbbiakban ezt elküldhetik Bobnak az Alice nevében

11. Hitelesítés Ap4.0 • Alice minden alkalommal más-más jelszót használ. Erre több mód is van: • Előre megegyeznek Bobbal egy jelszó-sorozatban • Megegyeznek egy jelszó-generáló algoritmusban • A 3.0 verzióval csak az volt a gond, hogy Bob nem tudott különbséget tenni az erededeti azonosítás és a playback között.

12. Hitelesítés Ap4.0 • Hogyan bizonyíthatja be Alice, hogy “élőben” küldte a jelszót? • Alice elküldi Bobnak az “Alice vagyok ” üzenetet • Bob elküld Alicenek egy olyan számot, amelyet nagyon hosszú idő alatt csak egyszer használ (“nonce”) • Ezt Alice a mindkettőjük által ismert titkos kulcs segítségével kódolja és visszaküldi Bobnak • Bob dekódolja a visszakapott (kódolt) üzenetet és ha ugyanazt kapja mint amit elküldött, akkor Alice “élő”.

13. Hitelesítés Ap5.0 • Használhatunk-e nyilvános kulcsú kriptográfiát az azonosítás megoldására? • Hogyan? • Alice elküldi az "Alice vagyok" üzenetet Bobnak • Bob kiválaszt egy “nonce” számot (R) és elküldi Alicenek. • Alice alkalmazza a dekódoló algoritmust saját titkos kulcsával ( ) a kapott számra: majd az eredményt elküldi Bobnak. • Bob alkalmazza Alice nyilvános kulcsát és kódoló algoritmusát ( ) a kapott értékre: Ha ez az érték megegyezik az eredetileg küldött számmal (R), akkor azonosítja Alicet.

14. Hitelesítés Ap5.0 annyira biztonságos, mint Ap4.0? • Tekintsük a következő példákat (legyen Trudy a betolakodó): • I. példa

15. Hitelesítés Ap5.0 annyira biztonságos, mint Ap4.0? I. Példa, magyarázat: • Trudy elküldi Bobnak az “Alice vagyok ” üzenetet • Bob elküldi a kiválasztott “nonce” számot Alicenek, viszont Trudy elfogja ezt a számot, majd saját dekódoló algoritmusát és titkos kulcsát és alkalmazza rá: • és a kapott értéket küldi Bobnak. • Bob elküldi Alicenek az üzenetet, amelyben Alice nyilvános kulcsát ( )kéri. Trudy elfogja ezt az üzenetet is és saját nyilvános kulcsát ( ) küldi el.  Bob kiszámolja a értéket és azonosítja Alicet…

16. Hitelesítés Ap5.0 annyira biztonságos, mint Ap4.0? • II. Példa

17. Sértetlenség Előfordulhat, hogy Alice és Bob nem élőben kommunikálnak, hanem levélben. • Kérdés: Hogyan lehet biztos Bob, hogy egy levél valóban Alicetól érkezett és út közben nem módosult? • Megoldás: Alice digitális aláírása alapján mely a következő tulajdonságokkal rendelkezik: • lehetővé teszi az aláíró személyének egyértelmű meghatározását • egyértelműen megállapítható az aláírt elektronikus irat az aláírást követő módosulása

18. Sértetlenség Digitális aláírás megvalósítása I. • Alice saját titkos kulcsát alkalmazza az üzenetre, majd elküldi Bobnak • Bob Alice dekódoló algoritmusát és nyilvános kulcsát alkalmazza a kapott üzenetre és visszakapja az eredeti szöveget, hiszen

19. Sértetlenség Digitális aláírás megvalósítása II. Elég csak az üzenet egy részét kódolni mivel ez is biztosítja az integritást • Alice a H hash-függvénnyel meghatározza az üzenetkivonatot (message digest) • Megjegyzés: A H hash-függvény ugyanahhoz az üzenethez mindig ugyanazt a kivonatot rendeli, de két különböző üzenethez sosem rendeli ugyanazt

20. Sértetlenség Digitális aláírás megvalósítása II. • helyett elég kiszámolni a értéket és ezt elküldeni Bobnak az üzenettel együtt • Bob Alice nyilvános kulcsával dekódolja a kapott digitális aláírást és kiszámolja a H(m) értéket. Ha a kettő megegyezik akkor a Bobhoz ért üzenet sértetlen és hiteles.

21. Kulcs kiosztás és igazolás • A hitelesítés keretén belül az utolsú példa arra hívta fel a figyelmet, hogy a nyilvános kulcs nem biztos, hogy elér a címzetthez hiszen a betolakodók hamisíthatják. Hogyan kerülhetjük ezt el? • Szükség van egy megbízható közvetítőre. A szimmetrikus kriptográfia közvetítője a Key Distribution Center (KDC) • A nyilvános kulcsú kriptográfia a Certification Authority (CA)-t használja

22. Kulcs kiosztás és igazolás - KDC Hogyan használható a KDC? Minden KDC-felhasználó rendelkezik egy-egy titkos kulccsal, amelyet a KDC is ismer. Pl.

23. Kulcs kiosztás és igazolás - CA • A CA célja egy nyilvános kulcs egy entitással való összekötése. • Hitelesség-vizsgálat: egy entitás valóban az, akinek vallja magát? => identitás ellenőrzés (azonosítás) • Olyan tanúsítvány (certificate) létrehozása, amely tartalmazza a nyilvános kulcsot és a kulcs tulajdonosára vonatkozó azonosító információt • A tanúsítványt CA digitálisan aláírja

24. Kulcs kiosztás és igazolás - CA Miért szükséges a CA?

25. Kulcs kiosztás és igazolás - CA Hogyan használja Bob a tanúsítványt? • Az üzenettel együtt Bob elküldi a tanúsítványt is Alicenak • Alice a CA nyilvános kulcsával ellenőrzi, hogy a tanúsítvány a Bob tanúsítványa-e • Megjegyzés: feltételezzük hogy a CA publikus kulcsát mindenki ismeri és hogy megbízható körülmények között tették ismertté

26. application transport network link physical Internetes biztonság Az Internet Protokoll Verem (IP Stack) felső 4 rétegét biztonsággal láthatjuk el. Miért nem elég csak a hálózai réteget biztonságba helyezni? • A hálózati szint biztonsága nem vonja maga után a felhasználói szintû biztonságot (egy IP cím alapján nem azonosíthatjuk a felhasználót) • Az internetet által nyújtott szolgáltatásokat könnyebb a protokoll verem felső rétegein fejleszteni, így a biztonsági szolgáltatásokat is

27. Biztonságos e-mail Megjegyzés: ebben a fejezetben az alkalamazási réteg biztonságáról lesz szó, az e-mail egy sajátos alkalmazás réteg protokoll (case of study). • Ha egy specifikus applikáció réteg protokollnak biztoságot nyújtunk, akkor az összes applikáció amely ezt a réteget használja, biztonságot fog élvezni • Az e-mail esetén fontos a biztonság mindhárom részét betartani (titoktartás, hitelesség, sértetlenség) => gondoljunk arra, hogy Alice és Bob e-maileznek

28. Biztonságos e-mail Törődjünk előbb a titoktartással • A szimmetrikus kriptográfia használata esetén a közös titkos kulcs megállapítása nehézkés • A nyilvános kulcsú kriptográfia nagyon lassú lenne • A megoldás: a két kriptográfia kombinált használata • Alice kiválaszt egy szimmetrikus kulcsot és kódolja az üzenetet, a szimmetrikus kulcsot pedig kódolja Bob nyilvános kulcsával és mindkettőt elküldi Bobnak • Bob saját titkos kulcsával megfejti a titkos szimmetrikus kulcsot, majd a szimmetrikus kulccsal megfejti az üzenetet

29. Biztonságos e-mail Titoktartás • a két kriptográfia kombinált használata

30. Biztonságos e-mail A következőkben olyan rendszert tervezünk, amely hitelességetés sértetlenségetnyújt, a titoktartás most nem érdekel • Alice a H hash-függvénnyel megkapja az üzenetkivonatot, majd ezt saját titkos kulcsával kódolja és a sima üzenettel együtt elküldi Bobnak • Bob Alice nyilvános kulcsával megfejti az elektronikus aláírást és összehasonlítja az üzenetkivonattal,amit ő is megkapott a H függvénnyel=> ha a kettő megegyezik, akkor tudja hogy Alicetól kapta a levelet és út közben nem módosult

31. Biztonságos e-mail Most tervezzünk olyan rendszert, amely titoktartást, hitelességetés sértetlenségetnyújt => kombináljuk az előzőleg megtervezett két rendszert

32. Biztonságos e-mail PGP (Pretty Good Privacy) • A leg elterjedtebb e-mail titkosító módszer, standarddá vált • Szerkezete megegyezik a leg utóbbi ábrán látható szerkezettel • Hogyan mûködik? • Amikor installáljuk, létrehoz egy titkos és egy nyilvános kulcsot • A nyilvános kulcs feladható egy web-oldalra vagy nyilvános kulcs-szerverre, tanúsítvány is készíthető hozzá • A titkos kulcs jelszóval védett, minden hozzáférés csak jelszóval lehetséges • Lehetőséget ad kódolni és digitálisan aláírni az üzeneteket

33. Elektronikus kereskedelem • Nem más, mint az interneten át történő vásárlás • A ’90es években sok terv készült az e-kereskedelem megvalósítására, ezek közül azonban csak keveset implemetáltak • A mai internetes tranzakciók nagyrésze az SSL-t (Secure Socket Layer) használja, de az SET (Secure Electronic Transactions) komoly konkurenciát jelent neki a jövőre nézve • Az e-kereskedelem 3 “főszereplője”: • Kliens • Eladó • Az eladó “bankja”

34. Elektronikus kereskedelem Legyen Bob a vevő,aki az Alice site-járól akar vásárolni => ki is tölti az “ûrlapot” • Milyen meglepetések érhetik Bobot, ha a biztonságról nem gondoskodunk? Pl.: • A betolakodók leolvassák a Bob hitelkártyájáról szóló információt (titoktartás sértés) • A Trudy oldalán megjelenhet Alice cégének reklámja, aki viszont elzsebeli a pénzt és Bob nem jut a megrendelt termékhez(hitelesség sértés) • Az SSL egy protokoll réteg, amely a hálózati (Network layer) és az alkalmazási rétegek (Application layer) között van. Mindenféle forgalom titkosítására használható.

35. Elektronikus kereskedelem Mit nyújt az SSL? • SSL-szerverazonosítás: a kliens meggyőzödhet egy szerver azonosságáról. Egy SSL-felhatalmazott böngésző megbízható CA-listát tart fenn a nyilvános kulcsokkal együtt. Ha a Web-böngésző “üzletelni” akar egy SSL-felhatalmazott szerverrel, akkor kéri tanúsítványát és nyilvános kulcsát • Titoktartás: a böngésző és a szerver között küldött adatok titkosítása, sőt a betolakodókat is leleplezi • SSL-kliensazonosítás: a szerver lekérheti a kliens CA-tanúsítványát, hogy azonosítsa (opcionális)

36. Elektronikus kereskedelem SET • Kimondottan a bankkártyás fizetések Internetes tranzakciójának biztonságos lebonyolítására tervezett protokoll. • 1997-ben a MasterCard, a VISA, az IBM és más informatikai vállalatok együttesen fejlesztették ki Fő jelemvonásai: • Fizetéssel kapcsolatos üzenetek titkosításának céljából tervezték, így nem alkalmas szöveg vagy képek titkosítására • A 3 “főszereplő” között közlekedő üzeneteket mind kódolja, midhárom CA-tanusítvánnyal kell rendelkezzen • A kliens hitelkártya-száma úgy jut az eladó bankjához, hogy az eladó nem is látja. Ez megelőzi azt, hogy a tisztességtelen eladók ellopják a kártyaszámot

37. Hálózati réteg biztonsága: IPsec Mit jelent a titoktartás, hálózati szinten? • Az összes IP adatgramm titkosítása, amely a hálózaton áthalad Mit jelent az azonosítás, hálózati szinten? • Ha egy adatgramm bizonyos IP címmel érkezik, meg kell bizonyosodni arról, hogy valóban az az IP címû host generálta => IP spoofing megelőzése

38. Hálózati réteg biztonsága: IPsec Az IPsec protokoll-készletnek két fő protokollja van, minden host ezek egyikét használja: • Authentication Header (AH) protokoll: hitelesítés, integritás • Encapsulation Security Payload (ESP) protokoll: integritás, titkosítás Mindkét protokoll (AH, ESP) esetén még az adatgramm elküldése előtt a két host között • kézszorítás történik • megteremtődik a logikai kapcsolat (hálózati réteg szintjén), a Security Agreement (SA)

39. Hálózati réteg biztonsága: IPsec Az AH protokollt alkalmazo adatgramm Az AH fejlécének mezői: • Next Header: az adatszegmens típusát adja meg • Security Parameter Index (SPI): 32-bites érték, amely hozzájárul az SA-kapcsolat azonosításához.

40. Hálózati réteg biztonsága: IPsec Az AH fejlécének mezői: • Sequence Number: 32-bites érték, az adatgramm sorszáma • Authentication Data: változó hosszúságú mező, digitális aláírást tartalmaz a csomaghoz • Az üzenetkivonat az eredeti IP adatgrammból származik, a küldő hostot azonosítja és sértetlenséget biztosít. • A digitális aláírás algoritmusát az SA adja meg, ez lehet DES, MD5 vagy SHA.

41. Hálózati réteg biztonsága: IPsec Az ESP protokollt alkalmazó adatgramm • ESP Trailer: a Next Header mezőt is tartalmazza, így azt is kódoljuk az adatokkal együtt => a betolakodó nem tudja meghatározni a használt szállítási protokoll típusát