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Sistemas Distribuidos

Sistemas Distribuidos. Seguridad. Seguridad. Introducción requerimientos, amenazas, ataques Criptografía clave privada clave pública Autenticación y distribución de claves Caso de estudio: Kerberos Firmas digitales. Requerimientos de seguridad. Canales de comunicación con protección

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Presentation Transcript

  1. Sistemas Distribuidos Seguridad

  2. Seguridad • Introducción • requerimientos, amenazas, ataques • Criptografía • clave privada • clave pública • Autenticación y distribución de claves • Caso de estudio: Kerberos • Firmas digitales

  3. Requerimientos de seguridad • Canales de comunicación con protección contra: • escuchas no autorizadas • alteraciones • Verificación de la identidad y/o autenticidad de: • clientes (por los servidores) • servidores (por los clientes) • autor de un mensaje (por los receptores)

  4. Amenazas y ataques • Algunas amenazas son obvias. En la mayoría de las redes locales es fácil construir un programa para obtener copias de los mensajes transmitidos entre computadoras. • Otras amenazas pueden ser mas sutiles: si los clientes fallan en autenticar un servidor de archivos, se pueden instalar programas que actúen como los servidores de archivos auténticos y obtengan copias de información confidencial.

  5. Amenazas y ataques • Para protegerse de tales amenazas deben adoptarse políticas de seguridad, las cuales son implementadas usando mecanismos de seguridad. • La distinción entre políticas y mecanismos de seguridad resulta importante; sin ellas no se puede decir que el sistema sea seguro. •  Las políticas de seguridad son independientes de la tecnología usada. •  Los mecanismos de seguridad no aseguran por si • mismos la seguridad del sistema.

  6. Modelo de seguridad • Objeto (o recurso): Destinado a ser usado por diferentes clientes, vía invocación remota Ej: mailbox, sistema de archivos, parte de un web site comercial • Principal:  usuario o proceso que tiene autoridad (derechos) para realizar acciones  la identidad del principal es importante

  7. Modelo de seguridad Objeto Derechos de acceso Invocación Cliente Resultado Server Principal (Usuario) Red Principal (Server)

  8. Amenazas • El principal objetivo de la seguridad es restringir el acceso a la información y recursos, sólo a aquellos principales que están autorizados. • Las amenazas caen en cuatro clases:  Fugas: adquisición de información por receptores no autorizados •  Alteración: no autorizada de información •  Robo de recursos: uso sin autorización •  Vandalismo: Interferencia con la operación del • sistema sin ganancia para el autor de la amenaza

  9. Métodos de ataque • Escucha no autorizada • Definición: Obtención de copias de mensajes sin tener autoridad. • Obtención de mensajes:  directamente de la red o,  de información almacenada en forma inadecuada

  10. Métodos de ataque • Enmascaramiento • Definición: Envío o recepción de mensajes usando la identidad de otro principal, sin su autorización • Mediante:  obtención y uso de la identidad y password de otro principal  usando capacidad de acceso al sistema después que la autorización para hacerlo ha expirado

  11. Métodos de ataque • Alteración de mensajes • Definición: Interceptación de mensajes y alteración de los mismos antes de pasarlos a los receptores esperados • Nota:  Difícil en Ethernet (aunque se ha hecho)  Relativamente simple en Internet

  12. Métodos de ataque • Reproducción • Definición: Almacenamiento de mensajes y envío de los mismos un tiempo después.  Por ejemplo: Después que la autorización para usar un recurso ha sido revocada  Puede ser usada para robo de recursos y vandalismo aún cuando los mensajes reproducidosno puedan ser interpretados por el autor

  13. Infiltración • Virus: programa que se autoreproduce y que (típicamente) infecta otros programas • Gusano: programa que se autoreproduce y propaga en forma independiente • Caballo de Troya: ataque oculto dentro de un programa benigno

  14. Amenazas en sistemas cliente-servidor Replay Cliente Servidor Request DoOperation Alteración GetRequest Message execute (wait) request Replay SendReplay (continuación) Message Cliente impostor? Escucha Servidor impostor?

  15. Sistemas cliente-servidor(I) • Requerimientos de seguridad • Asegurar los canales de comunicación contra escuchas no autorizadas • Diseñar clientes y servidores de manera “desconfiada”:  los servidores deben ser satisfechos que los clientes actúen en nombre de los principales que proclaman ser  los clientes deben garantizar que los servidores sean quienes dicen ser

  16. Sistemas cliente-servidor(II) • Asegurarse que la comunicación es fresca  para evitar la reproducción de mensajes • Imponer políticas de seguridad  políticas a nivel de compañía/nacional/legal  control de acceso  auditorías

  17. Implementación de políticas de seguridad Políticas de seguridad Control acceso Encriptación Servicios autenticación y distribución de claves

  18. Criptografía • Encriptación  se aplican reglas para transformar texto plano en texto cifrado  definida con una función F y una clave K  un mensaje M encriptado con K se nota: • FK(M) = {M}K • Desencriptación  se usa una función inversa:F-1K({M}K)=M  Puede ser simétrica (basada en clave secreta conocida por ambas partes)  o asimétrica (basada en clave pública)

  19. Clave secreta • La encriptación y desencriptación usan la misma clave secreta • La clave debe ser secreta:  para prevenir escuchas no autorizadas  para prevenir enmascaramiento • Las funciones de encriptación y esencriptación no necesitan ser secretaspuesto que los resultados dependen de cuales la clave

  20. Clave secreta Comunicación segura con encriptación de clave secreta Emisor A Receptor B 1 Adquiere K 2 f(K,M){M}K 3 Envía {M}K 1 Adquiere K 2 Recibe {M}K 3 f-1(K,{M}K)M {M}K

  21. Algoritmo DES • Data Encryption Standard (DES)  desarrollado por IBM en 1977  adoptado en USA como un estándar para aplicaciones gubernamentales y comerciales • Función de encriptación:  mapea texto plano de 64 bits en 64 bits de texto encriptado  usa una clave de 56 bits  se rompe en 255 intentos (hecho en 1997)  se implementa en hardware VLSI

  22. Clave pública • El problema de clave privada: cómo proteger la clave? • Cada principal tiene 2 claves: pública y privada • La clave pública del receptor la usa el emisor • El receptor usa clave privada para desencriptar Pública Privada

  23. Algoritmos de encriptación asimétricos • Todos dependen del uso de funciones trap-door Una trap-door provee una vía secreta en una habitación: para salir es obvio, pero si quiere entrar, debe conocer esta entrada secreta

  24. Clave pública Requiere Ke Base de datos Clave pública Receptor B Emisor A Ke Ke 1 Adquiere Ke, Kd 2 Publica Ke 3 Recibe {M}Ke 4 D(Kd,{M}Ke)M 1 Adquiere Ke 2 E(Ke,M){M}Ke 3 Envía {M}Ke {M}Ke

  25. RSA • Creado por Rivest, Shamir y Adelman en 1978 • Basado en el problema de factorización (trap-door) • Información privada:  p, primo grande (>10200)  q, primo grande (>10200)  (n)=(p-1)(q-1)  d, entero primo con (n) • Información pública:  n=p*q  e, inverso de d módulo (n)

  26. RSA

  27. RSA: pasado, presente y futuro • En 1978:  Se pensó que la factorización de números primos >10200 tomaría 4 billones de años • En el 2000:  Computadoras más rápidas, mejores métodos  Números con 155 dígitos decimales (=500 bits) han sido factorizados  Claves de 512 bits son inseguras! • En el futuro?:  Se recomiendan claves con 230 dígitos(768 bits)  Usar 2048 bits en algunos casos (ej.: defensa)

  28. Comparación de performance • En hard RSA es unas 1000 veces más lento que que DSE  DSE 1 Gbit/seg (clave 56 bits) •  RSA 1 Mbit/seg (clave 512 bits) • En soft RSA es unas 100 veces más lento que que DSE  DSE 1Mbit/seg  RSA 10 Kbit/seg • Por tanto, cuando sea seguro use clave secreta! • O usar algoritmos híbridos

  29. Autenticación • Definición:  protocolo para asegurar la autenticidad del transmisor • Protocolo con clave secreta (Needham-Schroeder 78’)  basado en un servidor de claves seguro que emite claves secretas  implementado en Kerberos • Protocolo con clave pública (Needham-Schroeder 78’)  no requiere un servidor de claves seguro  usado en comercio electrónico

  30. Needham y Schroeder con clave secreta Notación:  A Nombre del principal que inicia la comunicación  B Nombre del principal, socio de A en la comunicación  KA Clave secreta de A (password)  KB Clave secreta de B (password)  KAB Clave secreta para comunicarse A y B  NA Testigo generado por A (es un entero, por ej. generado leyendo el clock del sistema en el momento del envío del mensaje)  {M}K Mensaje M encriptado con clave K

  31. Needham y Schroeder con clave secreta Encabezado Mensaje Notas 1. AS: A, B, NA A pide a S una clave para comunicarse con B. 2. SA: {NA, B, KAB, S retorna un {KAB, A}KB}KA mensaje encriptado con KA conteniendo una nueva clave KAB y un “ticket” encriptado con KB

  32. Needham y Schroeder con clave secreta Encabezado Mensaje Notas 3. AB: {KAB, A}KB A envía el “ticket” a B 4. BA: {NB}KAB B desencripta el ticket y usa la clave nueva KAB para encriptar otro testigo NB 5. AB: {NB-1}KAB A demuestra a B que fue el emisor del mensaje previo, retornando una transformación acordada de NB.

  33. Needham y Schroeder con clave secreta - Debilidades • El mensaje 3 podría no ser “fresco” y • un viejo valor de KAB podría estar comprometido en su almacenamiento en A • Kerberos trata esta debilidad añadiendo al mensaje 3 un timestamp ({KAB, A,t}KB ) o un testigo.

  34. Needham y Schroeder con clave pública • Las claves públicas deben distribuirse mediante un servidor de distribución de claves seguro para evitar la intrusión por impostores. • Notación adicional:  PKA clave pública de A  PKB clave pública de B  PKS clave pública del servidor  SKS clave secreta del servidor

  35. Needham y Schroeder con clave pública Encabezado Mensaje Notas 1. AS: A, B, NA A pide a S la clave pública de B 2. SA: {PKB, B}SKS S envía a A la clave pública de B, encriptada usando su clave secreta. A puede desencriptarlo usando PKS.

  36. Needham y Schroeder con clave pública Encabezado Mensaje Notas 3. AB: {NA, A}PKB A envía un mensaje a B conteniendo un testigo encriptado con PKB. Sólo B puede desencriptarlo, para obtener el nombre de A 4. BS: B, A B pide a S la clave pública de A

  37. Needham y Schroeder con clave pública Encabezado Mensaje Notas 5. SB: {PKA, A}SKS S envía a B la PKA, encriptada usando su clave secreta SKS 6. BA: {NA, NB}PKA B envía a A un par de testigos encriptados con PKA 7. AB: {NB}PKB A envía a B el testigo, probando “frescura” y que “habla” con A.

  38. Needham y Schroeder con clave pública - Debilidades • A y B deben creer que las claves públicas que reciben de S son “frescas” • No hay protección contra la reproducción de mensajes viejos.  Esto puede remediarse añadiendo timestamp a los mensajes 2 y 5

  39. Caso de estudio: Kerberos • Basado en el protocolo de de Needham-Schroeder con clave secreta • Desarrollado en el MIT (1988) y usado en AFS, NFS de Unix, RPC de Sun y Windows 2000

  40. Kerberos - Objetos de seguridad • Ticket:  Registro que el cliente incluye en un mensaje y que permite al servidor verificar su identidad •  Está cifrado con clave del servidor e incluye • entre otros: • identidad del cliente, clave para la sesión, • plazo de expiración • Autenticador:  Registro que el cliente incluye en un mensaje y que asegura que el mismo se ha generado recientemente y no ha sido modificado

  41. Kerberos - Objetos de seguridad • Autenticador(continuación):  Puede usarse una sóla vez. Contiene el nombre del cliente, un timestamp y está encriptado con la clave de sesión apropiada • Clave para la sesión:  Clave secreta generada aleatoriamente por Kerberos y enviada al cliente para usarse en la comunicación con un servidor particular  el encriptado no es obligatorio

  42. Arquitectura del sistemaKerberos Centro de distribución de claves Kerberos Base de datos de autenticación Paso A Servicio de autenticación A Servicio de concesión de tickets 1. Solicitud de Ticket al TGS 2. Ticket TGS Paso B 3. Petición de un ticket de servidor Comienzo de sesión Paso C 4. Ticket de servidor 5. Solicitud de servicio Establecimiento de sesión del servidor Función de servicio Cliente C Servidor S HacerOperación Solicitud encriptada con la clave de sesión Respuesta encriptada con la clave de sesión

  43. Kerberos • Notación:  A nombre del servidor de autenticación (AS)  T nombre del servidor de concesión de tickets (TGS)  C nombre del cliente  n un testigo  t timestamp  t1 tiempo de comienzo de la validez del ticket  t2 tiempo de finalización de validez del ticket • Un ticket Kerberos para que un cliente C acceda a S:{C, S, t1, t2, KCS}KS{ticket(C,S)}KS

  44. Secuencia de mensajes en Kerberos Claves de encriptación usado en el esquema: KC clave privada de C (Password de usuario) KT clave privada de T KCT clave de sesión de TGS KS clave privada del servidor KCS clave de sesión

  45. Secuencia de mensajes en Kerberos • Obtener una clave de sesión, una vez por login de sesión 1. CA C, T, n clave sesión TGS, n ticket (C, T) 2. AC • Obtener ticket del server, una vez por sesión cliente-server 3. CT Auth(C) ticket (C, T) server, n clave sesión CS, n ticket (C, T) 4. TC

  46. Secuencia de mensajes en Kerberos • Emitir requerimientos al servidor 5. CS Auth(C) ticket (C, S) Service request, n • Autenticación del servidor (opcional) 6. SC Respuesta n

  47. Firmas digitales • Por qué?  mismo finalidad que una firma escrita en un documento en papel  auténticas, difíciles de falsificare irrefutables • Cómo funcionan?  cuentan con funciones seguras que comprimen el mensaje en el llamado digest (resumen=D(M))  el emisor encripta el digesty lo añade al mensaje como una firma digital  el receptor verifica la firma  generalmente se usa criptografía de clave pública, aunque es posible usar clave privada

  48. Firma digital con clave pública • Claves  El emisor envía Kpub y Kpri; Kpub se hace pública • Envío del mensaje firmado M  el emisor envía una función digest acordada y segura, h, para calcular el resumen h(M)  h(M) es encriptada con Kpri para producir la firma: S = {h(M)}Kpri; se envía M y S • Verificación del mensaje firmado  la firma S es desencriptada usando Kpub, se calcula h(M), y se compara con la firma desencriptada

  49. Firma digital con clave pública Documento firmado M {h} H(M) h E(K , h) Kpri Firmado pri M 128 bits {h} h' Kpri D(K ,{h}) pub Verificación M ¿h = h '? h H(doc)

  50. Firma digital con clave secreta Encabezado Mensaje Notas 1. AS: A, {D(M)}KA A calcula D(M), el digest del mensaje y lo encripta con KA y lo envía al server de autenticación

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