Bezpieczne usługi sieciowe

1. Bezpieczne usługi sieciowe

2. Plan wykładu • Wprowadzenie • IPSec • VPN • PGP • PEM • TLS/SSL • SSH • Podpis cyfrowy • Podsumowanie

3. Plan wykładu • Wprowadzenie • IPSec • VPN • PGP • PEM • TLS/SSL • SSH • Podpis cyfrowy • Podsumowanie

4. Wprowadzenie • Wiele protokołów sieciowych rodziny TCP/IP została opracowana kilkadziesiąt lat temu, kiedy nie istniała potrzeba bezpieczeństwa • Dlatego te protokoły nie zawierają praktycznie żadnych mechanizmów zabezpieczających transmisję • W związku z wykorzystywaniem różnych protokołów TCP/IP do celów finansowych i innych usług wymagających bezpieczeństwa opracowano nowe, bezpieczne wersje protokołów

5. Plan wykładu • Wprowadzenie • IPSec • VPN • PGP • PEM • TLS/SSL • SSH • Podpis cyfrowy • Podsumowanie

6. IPSec • IPsec to zbiór protokołów służących implementacji bezpiecznych połączeń oraz wymiany kluczy kodowych pomiędzy komputerami • Protokoły tej grupy mogą być wykorzystywane do tworzenia VPN (Vritual Private Network), czyli wirtualnej sieci prywatnej • IPSec jest standaryzowany przez IETF • IPSec służy do zapewnienia autoryzacji nadawcy, integralność danych, poufność transmisji, sterowanie dostępem w sieciach z IPv4 (opcjonalnie) oraz IPv6 (obowiązkowo)

7. Protokoły IPSec • Protokół AH (Authentication Header, RFC 2402) przenosi wartość jednokierunkowej funkcji skrótu treści datagramu oraz stałych pól nagłówka. W tym celu wykorzystywane są funkcje haszujące. Niezaprzeczalność osiągana jest poprzez silne algorytmy kryptograficzne, np. RSA • Protokół ESP (Encapsulating Security Payload, RFC 2406) umożliwia podpisywanie datagramu (jak w AH) oraz zaszyfrowanie datagramu – wykorzystuje szyfry blokowe w trybie CBC, np. TripleDES (z 3-ma kluczami), Blowfish, AES

8. IPSec – tryb transportowy • W trybie transportowym (ang. transport mode) do datagramu dodany jest nagłówek AH / ESP i dane datagramu (ramka TCP, UDP) zostają zaszyfrowane

9. IPSec – tryb tunelowy • W trybie tunelowym (ang. tunnel mode) oryginalny datagram IP zostanie zabezpieczony (podpisany / zaszyfrowany) w całości, a następnie umieszczony w niezabezpieczonym datagramie IP

10. Asocjacja bezpieczeństwa SA • Asocjacja bezpieczeństwa SA jest to zbiór parametrów charakteryzujących bezpieczną komunikację między nadawcą a odbiorcą (kontekst), utrzymywany przez nadawcę i unikalnie identyfikowany przez SPI (Security Parameters Index) • W sieci przesyłany jest tylko numer SPI, a nie wszystkie parametry • Asocjacja bezpieczeństwa jest jednokierunkowa – w łączności obukierunkowej wymagane są dwie asocjacje • Szczegóły SA są ustalane za pomocą specjalnych protokołów, np. ISAKMP

11. Podsumowanie IPSec • Skalowalność – istnieje wiele wzdrożeń • Bezpieczeństwo – IPSec zapewnia dość wysoki poziom bezpieczeństwa, błędy mogą się pojawić w konkretnych implementacjach • Dostępność – IPSec jest znany od wielu lat i dostępny na wielu platformach sprzętowych i programowych • W protokole IPv4 IPSec jest dodatkową opcją • W protokole IPv6 IPSec jest integralnym elementem

12. Plan wykładu • Wprowadzenie • IPSec • VPN • PGP • PEM • TLS/SSL • SSH • Podpis cyfrowy • Podsumowanie

13. VPN • VPN (wirtualna sieć prywatna) jest siecią przekazu danych korzystającą z publicznej infrastruktury telekomunikacyjnej • Dzięki stosowaniu protokołów tunelowania i procedur bezpieczeństwa w sieci VPN zachowana jest poufność danych • Kolejna zaleta sieci VPN to obniżenie kosztów zdalnego dostępu do sieci firmowych w stosunku do rozwiązań opartych na liniach wdzwanianych (dial-up) lub dzierżawionych • Sieci VPN budowane są w oparciu o protokół IPSec oraz SSL

14. Rodzaje VPN • Remote access. Zdalny dostęp - sieć łączy zdalnego użytkownika z siecią lokalną. Ten typ sieci jest szczególnie użyteczny dla przedsiębiorstw, które mają zdalnych, często przemieszczających się pracowników • Site-to-site. Za pomocą technik szyfrowania oraz dedykowanego sprzęt, firma może połączyć wiele swoich rozproszonych sieci lokalnych za pośrednictwem sieci publicznej

15. Składniki VPN • Oprogramowanie zainstalowane na komputerze zdalnego użytkownika • Dedykowane urządzenia, jak np. zapora ogniowa • Dedykowany serwer VPN dla usług dial-up • NAS (Network Access Server), używany przez dostawcę do zapewnienia dostępu do VPN przez zdalnego użytkownika

16. IPSec VPN • W momencie zestawienia połączenia IPSec VPN komputer zdalny staje się częścią sieci prywatnej • Dlatego należy zapewnić sprawny przydział adresów (np. DHCP) i ruting, z uwzględnieniem zdalnych maszyn • W połączeniach IPSec są wykorzystywane dwa adresy IP: zewnętrzny - funkcjonujący w sieci operatora oraz wewnętrzny - funkcjonujący wewnątrz sieci prywatnej • Konieczne są: wyznaczenie uprawnień dla określonych grup zdalnych użytkowników oraz przyporządkowanie im dostępnych zasobów: katalogów, serwerów, portów

17. Plan wykładu • Wprowadzenie • IPSec • VPN • PGP • PEM • TLS/SSL • SSH • Podpis cyfrowy • Podsumowanie

18. PGP • System PGP (ang. Pretty Good Privacy) jest w dużym stopniu dziełem Phila Zimmermanna • PGP zapewnia poufność i uwierzytelnienie w poczcie elektronicznej i przy przechowywaniu plików • Pierwsza wersja PGP powstała w 1991 roku • Aby obejść ograniczenia dotyczące eksportu broni (w tym narzędzi informatycznych) z USA, kod PGP został opublikowany na papierze w ten sposób wysłany za granicę

19. Najważniejsze cechy PGP • Wybór najlepszych i bezpiecznych algorytmów: konwencjonalnych, asymetrycznych i haszowania jako części składowych • Zintegrowanie tych algorytmów w jeden program ogólnego zastosowania, niezależnego od systemu operacyjnego i procesora • Możliwość zintegrowania PGP z większością programów pocztowych • Dostępne darmowe wersje oprogramowania

20. Najważniejsze cechy PGP • Dostępne również płatne wersje PGP zapewniające wsparcie producenta • Szeroki zakres zastosowań: szyfrowanie plików, komunikatów, poczty elektronicznej, dla firm i pojedynczych użytkowników • Nie jest kontrolowany przez żadną instytucję rządową ani standaryzacyjną, co utrudnia służbom wywiadowczym kontrolę poczty elektronicznej

21. Podstawowe działania PGP • Nadawca szyfruje wiadomość za pomocą algorytmu konwencjonalnego z użyciem stworzonego przez siebie jednorazowego klucza sesji • Klucz sesji jest szyfrowany algorytmem asymetrycznym z użyciem klucza jawnego odbiorcy i dołączany do zaszyfrowanego komunikatu

22. Podstawowe działania PGP • Odbiorca z odebranej wiadomości wyciąga zaszyfrowany klucz sesji i odszyfrowuje go za pomocą algorytmu asymetrycznego z użyciem własnego klucza prywatnego • Następnie odszyfrowuje komunikat za pomocą algorytmu symetrycznego z użyciem otrzymanego klucza sesji

23. Uwierzytelnianie w PGP • Wyciąg szyfrowany jest za pomocą RSA, przy użyciu klucza prywatnego nadawcy i dołączany do komunikatu • Odbiorca używając RSA i klucza jawnego nadawcy do odszyfrowania wyciągu • Odbiorca generuje nowy wyciąg z komunikatu i porównuje z otrzymanym wyciągiem. Jeśli obie liczby są takie same, komunikat zostaje uznany za autentyczny

24. Poufność w PGP • Skompresowany komunikat szyfrowany jest za pomocą IDEA, przy użyciu klucza sesji • Klucz sesji szyfrowany jest za pomocą RSA, przy użyciu klucza jawnego odbiorcy i dołączany do komunikatu • Odbiorca używając RSA i swojego klucza prywatnego odszyfrowuje klucz sesji • Odbiorca odszyfrowuje komunikatu za pomocą klucza sesji

25. Kompresja w PGP • PGP automatycznie kompresuje komunikat za pomocą algorytmu ZIP po wygenerowaniu sygnatury, lecz przed zaszyfrowaniem • Umożliwia to znaczne zmniejszenie pliku, co przyspiesza kompresję i redukuje rozmiar wysyłanej wiadomości

26. Zgodność poczty elektronicznej • Wiele systemów przesyłania poczty elektronicznej pozwala na stosowanie jedynie drukowalnych znaków kodu ASCII • W celu dostosowania przesyłanych komunikatów, które częściowo lub w całości są szyfrowane i kompresowane PGP stosuje system konwersji radix-64 • Każda grupa trzech oktetów danych w postaci binarnej przekształca się na cztery kody ASCII • Dołącza się także sumę kontrolną CRC do wykrywania błędów w czasie transmisji • Konwersja radix-64 jest dokonywana niezależnie od formatu komunikatu, nawet gdy komunikat nie jest szyfrowany i jest w postaci tekstu ASCII

27. Baza kluczy prywatnych • Baza kluczy prywatnych może być indeksowana przez ID użytkownika lub ID klucza • Klucz prywatny jest zaszyfrowany za pomocą wartości H(Pi) - hasła użytkownika (Pi) przekształconego operacją haszowania • Każdy dostęp do klucza prywatnego wymaga podania hasła, dlatego bezpieczeństwo całego systemu PGP zależy od bezpieczeństwa hasła

28. Baza kluczy jawnych • Każda pozycja w bazie kluczy jawnych to certyfikat klucza jawnego • Pole zaufania sygnatury wskazuje stopień zaufania użytkownika do osoby/firmy sygnującej certyfikat

29. Generowanie komunikatu PGP Oznaczenia: H – haszowanie; SzK – szyfrowanie konwencjonalne; DK – deszyfrowanie konwencjonalne; SzA – szyfrowanie asymetryczne; DA – deszyfrowanie asymetryczne

30. Generowanie komunikatu PGP Sygnowanie komunikatu: • PGP odszukuje swój klucz prywatny o podanym ID w bazie klucz prywatnych • PGP prosi o podanie hasła w celu uzyskania niezaszyfrowanego klucza prywatnego, hasło po haszowaniu służy do odszyfrowania klucza prywatnego. Szyfrowanie komunikatu: • PGP generuje klucz sesji i szyfruje komunikat algorytmem konwencjonalnym z użyciem klucza sesji • PGP szyfruje klucz sesji za pomocą klucza jawnego odbiorcy z bazy kluczy jawnych

31. Odbiór komunikatu PGP

32. Odbiór komunikatu PGP Deszyfrowanie komunikatu: • PGP odszukuje klucz prywatny odbiorcy w bazie kluczy prywatnych posługując się polem ID klucza • PGP prosi o hasło w celu odszyfrowania klucza prywatnego • PGP odszyfrowuje klucz sesji z użyciem uzyskanego klucza prywatnego i odszyfrowuje komunikat Uwierzytelnienie komunikatu: • PGP odszukuje klucz jawny nadawcy w bazie kluczy jawnych posługując się polem ID klucza • PGP odszyfrowuje otrzymany wyciąg • PGP oblicza wyciąg z otrzymanego komunikatu i porównuje go z przesłanym wyciągiem

33. Zarządzanie kluczami jawnymi • Jedną z metod zarządzania kluczami jawnymi w PGP jest sieć zaufania (ang. Web of Trust) • W bazie kluczy jawnych w polu zaufania wpisywane jest zaufanie użytkownika do właściciela danego klucza • Można ufać całkowicie (w pełni) lub częściowo • Wszystkie klucze, których właścicielom ufamy w pełni lub częściowo są sygnowane przez nas • Dwie częściowo zaufane sygnatury poświadczają klucz • Właściciel wiarygodnego klucz sygnowanego przez dwóch częściowo zaufanych użytkowników nie musi być obdarzony pełnym zaufaniem • Odcisk palca (ang. fingerprint) ułatwia sprawdzanie kluczy

34. Sieć zaufania

35. Ogólny format komunikatu PGP

36. Dodatkowe formaty PGP • Specyfikacja PGP definiuje klika formatów stosowanych do tworzenia pozycji w bazie kluczy, certyfikatów oraz komunikatów

37. Plan wykładu • Wprowadzenie • IPSec • VPN • PGP • PEM • TLS/SSL • SSH • Podpis cyfrowy • Podsumowanie

38. System PEM • System PEM (ang. Privacy Enhanced Mail) to prowizoryczny system internetowy służący do zapewnienia bezpieczeństwa poczty elektronicznej • Zazwyczaj jest stosowany w połączeniu protokołem SMTP • RFC 1421, cześć I: Szyfrowanie komunikatów i procedury uwierzytelniania • RFC 1422, cześć II: Zarządzanie kluczami na podstawie certyfikatów • RFC 1423, cześć III: Algorytmy, tryby i identyfikatory • RFC 1424, cześć IV: Poświadczenie kluczy i usługi z tym związane

39. Najważniejsze cechy PEM • Wymienność: PEM jest niezależny od protokoły sieciowego, systemu operacyjnego, sprzętu • Zgodność z innymi elementami: PEM jest przeźroczysty dla wszystkich elementów systemu przesyłania poczty • Zgodność z różnymi narzędziami do przesyłania poczty • Zgodność z różnymi interfejsami użytkownika: PEM może działać jako oddzielny moduł zintegrowany z programem pocztowym • Usługi dla list dyskusyjnych • Zgodność z wieloma metodami zarządzania kluczami

40. Zastosowanie kluczy w PEM • IK (ang. Interchange Key) służące do wymiany kluczy. IK może być kluczem symetrycznym znanym tylko dwóm komunikującym się osobom, lub parą kluczy jawny/prywatny • DEK (ang. Data Encryption Key) służący do szyfrowania danych. DEK to jednorazowy klucz sesji. Klucz DEK jest dołączany do komunikatu i szyfrowany kluczem IK

41. Zarządzanie kluczami jawnymi • Zarządzanie kluczami jawnymi w PEM jest oparte na systemie certyfikatów X.509 • W specyfikacji PEM hierarchia instytucji certyfikacyjnych składa się z poziomów: • Internet Policy Registration Authority (IPRA): rejestruje PCA, zapewnia niepowtarzalność i poprawność nazw, zarządza listami unieważnień certyfikatów • Policy Certification Authority (PCA): ustala i publikuje swoje zasady rejestracji użytkowników • Certification Authority (CA): odpowiadają za wydawanie certyfikatów dla użytkowników oraz innych CA

42. Zarządzanie kluczami jawnymi

43. Plan wykładu • Wprowadzenie • IPSec • VPN • PGP • PEM • TLS/SSL • SSH • Podpis cyfrowy • Podsumowanie

44. TLS • SSL (Secure Socket Layer) jest protokołem sieciowym używanym do bezpiecznych połączeń internetowych stworzonym w 1994 roku przez firmę Netscape • Pozwala na zestawianie szyfrowanych połączeń internetowych wykorzystujących takie protokoły jak: http, ftp, smtp, nntp czy telnet • TLS (Transport Layer Security) przyjęte jako standard w Internecie to rozwinięcie protokołu SSL • TLS 1.1 – wersja obecnie rozwijana, opisana jest w RFC4346 • TLS (SSL) jest podstawowym protokołem zapewniającym bezpieczeństwo w handlu elektronicznym i bankowości elektronicznej

45. Szyfrowanie WWW z użyciem TLS • Normalnie strony WWW z serwerów oraz formularze do serwera są przesyłane przez sieć otwartym tekstem • Jeśli serwer używa protokołu TLS, wówczas informacja w obie strony (między serwerem www i przeglądarką) jest przesyłana przez sieć w sposób zaszyfrowany • W momencie nawiązania połączenia z bezpieczną (stosującą protokół TLS) stroną WWW następuje ustalenie algorytmów oraz kluczy szyfrujących, stosowanych następnie przy przekazywaniu danych między przeglądarką a serwerem WWW • Połączenie się ze stroną WWW poprzez TLS jest oznaczane w przeglądarkach https://

46. Algorytmy w SSL • Algorytm asymetryczny używany w czasie inicjacji połączenia SSL: przeglądarka generuje losowo klucz sesji, szyfruje go z użyciem klucza publicznego serwera i przesyła go do serwera, serwer za pomocą swojego klucza prywatnego odczytuje klucz sesji • Algorytm symetryczny. Cała transmisja danych między serwerem i przeglądarką jest szyfrowana za pomocą klucza sesji • Funkcja skrótu używana do generowania podpisów cyfrowych

47. Wymiana informacji między klientem i serwerem

48. Certyfikat TLS • Ze względu na sposób dokonywania autoryzacji TLS jest protokołem scentralizowanym • Jest on oparty o grupę instytucji certyfikujących CA (ang. Certyfing Authorities), które opatrują swoim podpisem certyfikaty poszczególnych serwerów • CA z założenia są godni zaufania, a uzyskanie podpisu wymaga przedstawienia szeregu dowodów tożsamości • W ten sposób wchodząc na serwer legitymujący się certyfikatem jednego ze znanych CA mamy pewność, że serwer rzeczywiście jest tym za który się podaje

49. Weryfikacja certyfikatu serwera przez klienta

50. SSL VPN • W oparciu o protokół SSL można realizować sieci VPN w warstwie 7 modelu ISO/OSI • Porównując z VPN opartym o IPSec, ta koncepcja jest prostsza w realizacji, gdyż po stronie użytkownika do korzystania z VPN wystarczy zwykła przeglądarka internetowa • Portale aplikacyjne SSL VPN oferują wysoki poziom ochrony danych przesyłanych w sieci korzystając z mechanizmów wbudowanych w SSL • Technologia SSL VPN najlepiej stosować w implementacjach sieci VPN typu client-to-site