Bài giảng An ninh mạng - Bài 3: Xác thực thông điệp - Bùi Trọng Tùng
BÀI 3.
XÁC THỰC THÔNG ĐIỆP
Bùi Trọng Tùng,
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
Đại học Bách khoa Hà Nội
1
Nội dung
• Các vấn đề xác thực thông điệp
• Mã xác thực thông điệp (MAC)
• Hàm băm và hàm băm mật HMAC
• Chữ ký số
2
1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
3
1. Đặt vấn đề
M
Kênh truyền
Alice
Bob
g
M thành M’
M’
Mallory
Hoặc, bản tin M’’
giả danh Alice
M’’
4
2
Một ví dụ - Tấn công vào sơ đồ trao đổi
khóa Diffie-Hellman
• Nhắc lại sơ đồ:
B
A
XA < q
YA = aXA mod q
XB < q
YB = aXB mod q
YA
YB
X
KS = YA B mod q
X
KS = YB A mod q
• Kịch bản tấn công:
C sinh 2 cặp khóa (X’A ,Y’A) và (X’B ,Y’B)
Tráo khóa YA bằng Y’A, YB bằng Y’B
Hãy suy luận xem tại sao C có thể biết được mọi thông tin A và B
trao đổi với nhau
5
Xác thực thông điệp
• Bản tin phải được xác minh:
Nội dung toàn vẹn: bản tin không bị sửa đổi
Bao hàm cả trường hợp Bob cố tình sửa đổi
Nguồn gốc tin cậy:
Bao hàm cả trường hợp Alice phủ nhận bản tin
Đúng thời điểm
Các dạng tấn công điển hình vào tính xác thực: Thay
thế (Substitution), Giả danh (Masquerade), tấn công
phát lại (Reply attack), Phủ nhận (Repudiation)
6
3
Xác thực bằng mật mã khóa đối xứng
Câu hỏi 1:
Người nhận có nhận ra được
M’ là thông điệp bị thay thế?
KS
• Nhắc lại sơ đồ mật mã khóa đối xứng
KS
M
M’
Mã hóa
Giải mã
Người
gửi
Người
nhận
C
C’
Kênh truyền
Câu hỏi 2:
Mức độ an toàn xác thực của
sơ đồ này?
C
C’
Kẻ tấn
công
7
Xác thực bằng mật mã khóa công khai
• Chúng ta đã biết sơ đồ bí mật: mã hóa bằng khóa công
khai của người nhận
• Sơ đồ xác thực: mã hóa bằng khóa cá nhân của người
gửi
KRA
KUA
M’
M
Người
gửi
Người
nhận
C
C’
Kênh truyền
C
C’
Trả lời các câu hỏi tương tự!
Kẻ tấn
công
8
4
2. MÃ XÁC THỰC THÔNG ĐIỆP (MAC)
9
MessageAuthentication Code
• Xây dựng trên cơ sở hệ mật mã khóa đối xứng:
Hai bên đã trao đổi một cách an toàn khóa mật K
Sử dụng các thuật toán mã hóa khối ở chế độ CBC-MAC
• Bên gửi:
Tính toán tag t = MAC(K, M) : kích thước cố định, không phụ thuộc
kích thước của M
• Bên nhận: xác minh Verify(K, M’, t)
Tính t’ = MAC(K,M’)
So sánh: nếu t’ = t thì Verify(K, M,t) = 1, ngược lại Verify(K, M,t) = 0
10
5
CBC-MAC
m[0]
m[1]
m[2]
m[3]
K1
K1
Mã
K1
Mã
Mã
K1
Mã
hóa
hóa
hóa
hóa
K = (K1,K2)
Mã
K2
hóa
tag
11
Một số sơ đồ sử dụng mã MAC
K
||
C
So
sánh
M
t
M’
t’
M
C
K
a) Xác thực bằng MAC
C
E
||
M
t
M’
t’
D
So
sánh
M
K2
C
K1
b) Xác thực bằng MAC, bảo mật bằng mật mã khóa đối xứng
(Sơ đồ 1)
12
6
Một số sơ đồ sử dụng mã MAC(tiếp)
K1
K2
K2
K2
D
C
So
sánh
||
E
M
t
t’
C
K1
c) Xác thực bằng MAC, bảo mật bằng mật mã khóa đối xứng
(Sơ đồ 2)
Bài tập: Kiểm tra các sơ đồ này đáp ứng được yêu cầu nào về xác thực?
13
Độ an toàn của MAC
• Mô hình tấn công:
Hai bên sử dụng khóa K ngẫu nhiên
Kẻ tấn công thu được các cặp giá trị (Mi, ti) đã được xác thực
• Kẻ tấn công bẻ khóa thành công nếu tìm được bản tin M
≠ Mi Ɐ i sao cho Verify(K, M,t) = 1
•
bẻ khóa trong thời gian T nào đó chỉ thành công với xác
suất lớn nhất là 2-n với n là kích thước MAC
14
7
Độ an toàn của MAC (tiếp)
• Kích thước bản tin: LM
• Kích thước tag: Lt
• Nếu LM ≤ Lt và LM không đổi: Mã MAC an toàn
• Nếu LM thay đổi: |M| > |t| nên tồn tại M2 ≠ M1 sao cho
MAC(M2) = MAC (M1)
MAC bị giảm tính an toàn
• Yêu cầu với giải thuật tạo MAC:
Nếu biết trước (M1,t1), rất khó tìm M2 sao cho MAC(M2) = t1
Xác suất tìm được cặp bản tin M1 và M2 sao cho t1 = t2 không lớn
hơn 2-n
Giả sử M’ là một dạng biến đổi của M, xác suất để t’ = t lớn nhất là
2-n
15
Độ an toàn của MAC (tiếp) – Tấn công
phát lại (Replay attack)
• Kẻ tấn công phát lại bản tin M đã được chứng thực trong
phiên truyền thông trước đó
• Thiết kế MAC không chống được tấn công phát lại
cần thêm các yếu tố chống tấn công phát lại trong các
giao thức truyền thông sử dụng MAC
•
Giá trị ngẫu nhiên
Tem thời gian
16
8
3.HÀM BĂM
17
Khái niệm
• Hàm băm H: thực hiện phép biến đổi:
Đầu vào: bản tin có kích thước bất kỳ
Đầu ra: giá trị digest h = H(M)có kích thước n bit cố định (thường
nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước bản tin đầu vào)
• Các yêu cầu với hàm băm:
3. H(M) dễ dàng tính được với bất kỳ M nào
4. Từ h rất khó tìm được M sao cho h = H(M): tính một chiều
5. Biết trước M1 rất khó tìm được M2 sao cho H(M1) = H(M2)
6. Rất khó tìm được cặp (M1,M2) sao cho H(M1)=H(M2)
• Ứng dụng
18
9
Tấn công ngày sinh (Birthday paradox
attack)
• h = H(M): kích thước n bit
n << LM luôn tồn tại M2 ≠ M1 sao cho H(M2) = H(M1)
kẻ tấn công muốn được bản tin M2 có lợi cho anh ta để thay thế
M1 đã được xác thực
• Phương pháp: vét cạn số bản tin cần tính tối thiểu là
bao nhiêu sẽ chắc chắn thành công?
• Cải tiến bằng tấn công ngày sinh: cho phép giảm số bản
tin xuống chỉ còn 2n/2 với xác suất thành công là ≥ 0.5:
Công thức gần đúng tính xác suất thành công:
ꢄꢅ(ꢅꢄꢆ)
ꢇꢈ
ꢀ ꢁ, ꢂ > 1 − ꢃ
N: số giá trị h
k: số bản tin cần kiểm tra
19
Một số hàm băm phổ biến
• MD5
Kích thước digest: 128 bit
Công bố thuật toán tấn công đụng độ (collision attack) vào 1995
Năm 2005 tấn công thành công
• SHA-1
g
thành công
• SHA-2: 256/512 bit
20
10
HMAC
• Hashed MAC: kết hợp MAC và hàm băm để tăng cường
an toàn cho hàm băm
K
H(M)
M
t
H
MAC
21
Một số sơ đồ sử dụng hàm băm để xác thực
KS
E
||
H
M
h
M’
h’
D
So
sánh
M
KS
H
a) Xác thực thông điệp và bảo mật bằng mật mã khóa đối xứng
||
H
D
M
M’
So
sánh
M
H
E
KS
KS
b) Xác thực thông điệp, mã băm được bảo vệ bằng mật mã khóa đối xứng
22
11
Một số sơ đồ sử dụng hàm băm để xác thực
s
||
H
So
sánh
M
h
M’
h’
M
H
s
c) Xác thực thông điệp sử dụng HMAC
Bài tập:
1. Kiểm tra những sơ đồ trên đáp ứng được yêu cầu nào về xác thực
2. Kết hợp sử dụng hệ mật mã khóa công khai để tạo ra một số sơ đồ
mới
23
4. CHỮ KÝ ĐIỆN TỬ
24
12
Khái niệm – Digital Signature
• Chữ kí điện tử (chữ ký số) là đoạn dữ liệu được bên gửi
gắn vào văn bản gốc trước khi truyền đi để chứng thực
tác giả của văn bản và giúp người nhận kiểm tra tính toàn
vẹn của dữ liệu mà mình thu được.
• Một số yêu cầu:
Chữ ký phải mang đặc trưng của người tạo văn bản
Chữ ký không thể sử dụng lại
Văn bản đã ký không được sửa đổi. Nếu có thì cần phải thực hiện
ký lại trên văn bản mới.
• Đề xuất của Diffie-Hellman: sử dụng khóa cá nhân của
người gửi để mã hóa bản tin
Hạn chế?
25
Sơ đồ chung
• Phía gửi : hàm ký
1. Băm bản tin gốc, thu được giá
trị băm H
2. Mã hóa giá trị băm bằng khóa
riêng chữ kí số S
3. Gắn chữ kí số lên bản tin gốc
(M || S)
• Phía nhận : hàm xác thực
1. Tách chữ kí số S khỏi bản tin.
2. Băm bản tin M, thu được giá
trị băm H
3. Giải mã S với khóa công khai
của người gửi, thu được H’
4. So sánh : H’ và H’’. Kết luận.
13
Một số loại chữ ký điện tử
• Chữ ký điện tử trên các hệ mật mã khóa công khai: RSA,
El-Gamal
• Chữ ký điện tử DSS
• Chữ ký mù (blind-signature)
• Chữ ký nhóm (group-signature)
• Chữ ký chống sao chép, xâm phạm bản quyền
• Chữ ký ủy nhiệm
• Chữ ký đồng thời
27
Tăng cường an toàn cho chữ ký điện tử
• Bảo vệ khóa cá nhân
Sử dụng thẻ thông minh (smart card)
Kết hợp sinh trắc học
• Chứng thực khóa công khai: PKI
• Chống phát lại (replay attack)
28
14
14 trang
27381
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng An ninh mạng - Bài 3: Xác thực thông điệp - Bùi Trọng Tùng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_an_ninh_mang_bai_3_xac_thuc_thong_diep_bui_trong_t.pdf
