Tweet
Sinh viên thực hiện : ĐOÀN MINH CHÂU
Chương 1: Công nghệ IP Security (IPSec)
1.1. Khái quát:
1.1.1. Khái niệm: IPSec là gì?
Giao thức TCP/IP đóng một vai trò rất quan trọng trong các hệ thống hiện nay. Về nguyên tắc, có nhiều tùy chọn khác nhau về giao thức để triển khai các hệ thống mạng như TCP/IP, TPX/SPX, NetBEUI, Apple talk,… Tuy nhiên TCP/IP là sự lựa chọn gần như bắt buộc do giao thức này được sử dụng làm giao thức nền tảng của mạng Internet.
Vào thời điểm thiết kế giao thức này, vấn đề bảo mật thông tin chưa thật sự được quan tâm, do đó, các giao thức trong bộ TCP/IP hầu như không được trang bị bất cứ giao thức nào. Cấu trúc gói dữ liệu (IP, TCP,UDP và cả các giao thức ứng dụng) được mô tả công khai, bắt được gói IP trên mạng, ai cũng có thể phân tích gói để đọc phần dữ liệu chứa bên trong, đó là chưa kể hiện nay, các công cụ bắt và phân tích gói được xây dựng với tính năng mạnh và phát hành rộng rãi.Việc bổ sung các cơ chế bảo mật vào mô hình TCP/IP, bắt đầu từ giao thức IP là một nhu cầu cấp bách.
IP Security (IPSec) là một giao thức được chuẩn hoá bởi IETF từ năm 1998 nhằm mục đích nâng cấp các cơ chế mã hoá và xác thực thông tin cho chuỗi thông tin truyền đi trên mạng bằng giao thức IP. Hay nói cách khác, IPSec là sự tập hợp của các chuẩn mở được thiết lập để đảm bảo sự cẩn mật dữ liệu, đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu và chứng thực dữ liệu giữa các thiết bị mạng
IPSec cung cấp một cơ cấu bảo mật ở tầng 3 (Network layer) của mô hình OSI.
Hình 1.1 – Vị trí của IPSec trong mô hình OSI
IPSec được thiết kế như phần mở rộng của giao thức IP, được thực hiện thống nhất trong cả hai phiên bản IPv4 và IPv6. Đối với IPv4, việc áp dụng IPSec là một tuỳ chọn, nhưng đối với IPv6, giao thức bảo mật này được triển khai bắt buộc.
1.1.2. Kiến trúc IPSec:
IPSec là một giao thức phức tạp, dựa trên nền của nhiều kỹ thuật cơ sở khác nhau như mật mã, xác thực, trao đổi khoá… Xét về mặt kiến trúc, IPSec được xây dựng dựa trên các thành phần cơ bản sau đây, mỗi thành phần được định nghĩa trong một tài liệu riêng tương ứng:
Hình 1.2 - Kiến trúc IPSec
- Kiến trúc IPSec (RFC 2401): Quy định các cấu trúc, các khái niệm và yêu cầu của IPSec.
- Giao thức ESP (RFC 2406): Mô tả giao thức ESP, là một giao thức mật mã và xác thực thông tin trong IPSec.
- Giao thức AH (RFC 2402): Định nghĩa một giao thức khác với chức năng gần giống ESP. Như vậy khi triển khai IPSec, người sử dụng có thể chọn dùng ESP hoặc AH, mỗi giao thức có ưu và nhược điểm riêng.
- Thuật toán mật mã: Định nghĩa các thuật toán mã hoá và giải mã sử dụng trong IPSec. IPSec chủ yếu dựa vào các thuật toán mã hoá đối xứng.
- Thuật toán xác thực: Định nghĩa các thuật toán xác thực thông tin sử dụng trong AH và ESP.
- Quản lý khoá (RFC 2408): Mô tả các cơ chế quản lý và trao đổi khoá trong IPSec.
- Miền thực thi (Domain of Interpretation – DOI): Định nghĩa môi trường thực thi IPSec. IPSec không phải là một công nghệ riêng biệt mà là sự tổ hợp của nhiều cơ chế, giao thức và kỹ thuật khác nhau, trong đó mỗi giao thức, cơ chế đều có nhiều chế độ hoạt động khác nhau. Việc xác định một tập các chế độ cần thiết để triển khai IPSec trong một tình huống cụ thể là chức năng của miền thực thi.
Xét về mặt ứng dụng, IPSec thực chất là một giao thức hoạt động song song với IP nhằm cung cấp 2 chức năng cơ bản mà IP nguyên thuỷ chưa có, đó là mã hoá và xác thực gói dữ liệu. Một cách khái quát có thể xem IPSec là một tổ hợp gồm hai thành phần:
1.1.3. Các dịch vụ của IPSec:
Việc cung cấp các dịch vụ này trong từng tình huống cụ thể phụ thuộc vào giao thức đóng gói được dùng là AH hay ESP. Theo đó nếu giao thức được chọn là AH thì các dịch vụ mã hoá và bảo mật dòng dữ liệu sẽ không được cung cấp.
1.1.4. Ưu khuyết điểm của IPSec:
1.1.4.a. Ưu điểm:
- Khi IPSec được triển khai trên bức tường lửa hoặc bộ định tuyến của một mạng riêng, thì tính năng an toàn của IPSec có thể áp dụng cho toàn bộ vào ra mạng riêng đó mà các thành phần khác không cần phải xử lý thêm các công việc liên quan đến bảo mật.
- IPSec được thực hiện bên dưới lớp TCP và UDP, đồng thời nó hoạt động trong suốt đối với các lớp này. Do vậy không cần phải thay đổi phần mềm hay cấu hình lại các dịch vụ khi IPSec được triển khai.
- IPSec có thể được cấu hình để hoạt động một cách trong suốt đối với các ứng dụng đầu cuối, điều này giúp che giấu những chi tiết cấu hình phức tạp mà người dùng phải thực hiện khi kết nối đến mạng nội bộ từ xa thông qua mạng Internet.
1.1.4.b. Hạn chế:
- Tất cả các gói được xử lý theo IPSec sẽ bị tăng kích thước do phải thêm vào các tiêu đề khác nhau, và điều này làm cho thông lượng hiệu dụng của mạng giảm xuống.
Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách nén dữ liệu trước khi mã hóa, song các kĩ thuật như vậy vẫn còn đang nghiên cứu và chưa được chuẩn hóa.
- IPSec được thiết kế chỉ để hỗ trợ bảo mật cho lưu lượng IP, không hỗ trợ các dạng lưu lượng khác.
- Việc tính toán nhiều giải thuật phức tạp trong IPSec vẫn còn là một vấn đề khó đối với các trạm làm việc và máy PC năng lực yếu.
- Việc phân phối các phần cứng và phầm mềm mật mã vẫn còn bị hạn chế đối với chính phủ một số quốc gia.
(còn tiếp....)
Chương 1: Công nghệ IP Security (IPSec)
1.1. Khái quát:
1.1.1. Khái niệm: IPSec là gì?
Giao thức TCP/IP đóng một vai trò rất quan trọng trong các hệ thống hiện nay. Về nguyên tắc, có nhiều tùy chọn khác nhau về giao thức để triển khai các hệ thống mạng như TCP/IP, TPX/SPX, NetBEUI, Apple talk,… Tuy nhiên TCP/IP là sự lựa chọn gần như bắt buộc do giao thức này được sử dụng làm giao thức nền tảng của mạng Internet.
Vào thời điểm thiết kế giao thức này, vấn đề bảo mật thông tin chưa thật sự được quan tâm, do đó, các giao thức trong bộ TCP/IP hầu như không được trang bị bất cứ giao thức nào. Cấu trúc gói dữ liệu (IP, TCP,UDP và cả các giao thức ứng dụng) được mô tả công khai, bắt được gói IP trên mạng, ai cũng có thể phân tích gói để đọc phần dữ liệu chứa bên trong, đó là chưa kể hiện nay, các công cụ bắt và phân tích gói được xây dựng với tính năng mạnh và phát hành rộng rãi.Việc bổ sung các cơ chế bảo mật vào mô hình TCP/IP, bắt đầu từ giao thức IP là một nhu cầu cấp bách.
IP Security (IPSec) là một giao thức được chuẩn hoá bởi IETF từ năm 1998 nhằm mục đích nâng cấp các cơ chế mã hoá và xác thực thông tin cho chuỗi thông tin truyền đi trên mạng bằng giao thức IP. Hay nói cách khác, IPSec là sự tập hợp của các chuẩn mở được thiết lập để đảm bảo sự cẩn mật dữ liệu, đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu và chứng thực dữ liệu giữa các thiết bị mạng
IPSec cung cấp một cơ cấu bảo mật ở tầng 3 (Network layer) của mô hình OSI.
Hình 1.1 – Vị trí của IPSec trong mô hình OSI
IPSec được thiết kế như phần mở rộng của giao thức IP, được thực hiện thống nhất trong cả hai phiên bản IPv4 và IPv6. Đối với IPv4, việc áp dụng IPSec là một tuỳ chọn, nhưng đối với IPv6, giao thức bảo mật này được triển khai bắt buộc.
1.1.2. Kiến trúc IPSec:
IPSec là một giao thức phức tạp, dựa trên nền của nhiều kỹ thuật cơ sở khác nhau như mật mã, xác thực, trao đổi khoá… Xét về mặt kiến trúc, IPSec được xây dựng dựa trên các thành phần cơ bản sau đây, mỗi thành phần được định nghĩa trong một tài liệu riêng tương ứng:
Hình 1.2 - Kiến trúc IPSec
- Kiến trúc IPSec (RFC 2401): Quy định các cấu trúc, các khái niệm và yêu cầu của IPSec.
- Giao thức ESP (RFC 2406): Mô tả giao thức ESP, là một giao thức mật mã và xác thực thông tin trong IPSec.
- Giao thức AH (RFC 2402): Định nghĩa một giao thức khác với chức năng gần giống ESP. Như vậy khi triển khai IPSec, người sử dụng có thể chọn dùng ESP hoặc AH, mỗi giao thức có ưu và nhược điểm riêng.
- Thuật toán mật mã: Định nghĩa các thuật toán mã hoá và giải mã sử dụng trong IPSec. IPSec chủ yếu dựa vào các thuật toán mã hoá đối xứng.
- Thuật toán xác thực: Định nghĩa các thuật toán xác thực thông tin sử dụng trong AH và ESP.
- Quản lý khoá (RFC 2408): Mô tả các cơ chế quản lý và trao đổi khoá trong IPSec.
- Miền thực thi (Domain of Interpretation – DOI): Định nghĩa môi trường thực thi IPSec. IPSec không phải là một công nghệ riêng biệt mà là sự tổ hợp của nhiều cơ chế, giao thức và kỹ thuật khác nhau, trong đó mỗi giao thức, cơ chế đều có nhiều chế độ hoạt động khác nhau. Việc xác định một tập các chế độ cần thiết để triển khai IPSec trong một tình huống cụ thể là chức năng của miền thực thi.
Xét về mặt ứng dụng, IPSec thực chất là một giao thức hoạt động song song với IP nhằm cung cấp 2 chức năng cơ bản mà IP nguyên thuỷ chưa có, đó là mã hoá và xác thực gói dữ liệu. Một cách khái quát có thể xem IPSec là một tổ hợp gồm hai thành phần:
- Giao thức đóng gói, gồm AH và ESP
- Giao thức trao đổi khoá IKE (Internet Key Exchange)
1.1.3. Các dịch vụ của IPSec:
- Quản lý truy xuất (access control)
- Toàn vẹn dữ liệu ở chế độ không kết nối (connectionless integrity)
- Xác thực nguồn gốc dữ liệu (data origin authentication )
- Chống phát lại (anti-replay)
- Mã hoá dữ liệu (encryption)
- Bảo mật dòng lưu lượng (traffic flow confidentiality)
Việc cung cấp các dịch vụ này trong từng tình huống cụ thể phụ thuộc vào giao thức đóng gói được dùng là AH hay ESP. Theo đó nếu giao thức được chọn là AH thì các dịch vụ mã hoá và bảo mật dòng dữ liệu sẽ không được cung cấp.
1.1.4. Ưu khuyết điểm của IPSec:
1.1.4.a. Ưu điểm:
- Khi IPSec được triển khai trên bức tường lửa hoặc bộ định tuyến của một mạng riêng, thì tính năng an toàn của IPSec có thể áp dụng cho toàn bộ vào ra mạng riêng đó mà các thành phần khác không cần phải xử lý thêm các công việc liên quan đến bảo mật.
- IPSec được thực hiện bên dưới lớp TCP và UDP, đồng thời nó hoạt động trong suốt đối với các lớp này. Do vậy không cần phải thay đổi phần mềm hay cấu hình lại các dịch vụ khi IPSec được triển khai.
- IPSec có thể được cấu hình để hoạt động một cách trong suốt đối với các ứng dụng đầu cuối, điều này giúp che giấu những chi tiết cấu hình phức tạp mà người dùng phải thực hiện khi kết nối đến mạng nội bộ từ xa thông qua mạng Internet.
1.1.4.b. Hạn chế:
- Tất cả các gói được xử lý theo IPSec sẽ bị tăng kích thước do phải thêm vào các tiêu đề khác nhau, và điều này làm cho thông lượng hiệu dụng của mạng giảm xuống.
Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách nén dữ liệu trước khi mã hóa, song các kĩ thuật như vậy vẫn còn đang nghiên cứu và chưa được chuẩn hóa.
- IPSec được thiết kế chỉ để hỗ trợ bảo mật cho lưu lượng IP, không hỗ trợ các dạng lưu lượng khác.
- Việc tính toán nhiều giải thuật phức tạp trong IPSec vẫn còn là một vấn đề khó đối với các trạm làm việc và máy PC năng lực yếu.
- Việc phân phối các phần cứng và phầm mềm mật mã vẫn còn bị hạn chế đối với chính phủ một số quốc gia.
(còn tiếp....)
Comment