Bài giảng An toàn an ninh thông tin - Chương 6: Xác thực danh tính - Bùi Trọng Tùng
BÀI 6.
XÁC THỰC DANH TÍNH
Bùi Trọng Tùng,
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
Đại học Bách khoa Hà Nội
1
1
Nội dung
• Khái niệm chung
• Xác thực dựa trên mật khẩu
• Các giao thức xác thực dựa trên mật khẩu
• Giao thức zero-knowledge
• Giới thiệu một số phương pháp xác thực khác
2
2
1
1. KHÁI NIỆM CHUNG
3
3
Xác thực danh tính là gì?
• Xác thực danh tính là tạo ra liên kết giữa định danh và đối
tượng, thực thể: 2 bước
Chủ thể cung cấp một định danh trong hệ thống
Chủ thể cung cấp thông tin xác thực có thể chứng minh sự liên kết
giữa định danh và chủ thể
• Các phương pháp xác thực chính:
Cái chủ thể biết (What the entity knows)
Cái chủ thể có (What the entity has)
Chủ thể là gì (What the entity is)
Vị trí của chủ thể (Where the entity is)
• Xác thực đa yếu tố: sử dụng >1 yếu tố xác thực
4
4
2
Các thành phần của hệ xác thực
• A: Tập các thông tin đặc trưng mà chủ thể sử dụng để
chứng minh định danh của anh ta
• C: Tập các thông tin mà hệ thống lưu trữ và sử dụng để
xác minh sự đúng đắn của thông tin trong tập A
• F: Tập các hàm sinh C từ A
ꢀ ∈ ꢁ, ꢀ: ꢂ → ꢃ
• L: Tập các hàm xác thực
ꢄ ∈ ꢅ, ꢄ: ꢂ × ꢃ → {ꢆꢇꢈꢉ, ꢀꢊꢄꢋꢉ}
• S: Tập các hàm lựa chọn cho phép các thực thể tạo hoặc
thay thế các thông tin trong A và C
5
5
Một ví dụ - Hệ xác thực bằng mật khẩu
• Hệ xác thực mật khẩu, giả sử mật khẩu lưu dưới
dạng rõ
A: tập các chuỗi ký tự được chấp nhận là mật khẩu
C = A
F: hàm đồng nhất thức I
L: hàm so sánh =
S: hàm thiết lập, thay đổi mật khẩu
6
6
3
2. HỆ XÁC THỰC BẰNG MẬT KHẨU
7
7
2. Hệ xác thực bằng mật khẩu
• Mật khẩu: một chuỗi ký tự hoặc một nhóm từ được sử
dụng để xác thực danh tính của thực thể nào đó
Thực thể(Entity) cần xác thực (người dùng, thiết bị, ứng dụng...)
Người thẩm tra(Verifier): kiểm tra tính hợp lệ của mật khẩu
• Một số điểm yếu trên hệ thống xác thực bằng mật khẩu:
Lưu trữ mật khẩu trong CSDL không an toàn
Truyền mật khẩu trên kênh không an toàn
Người dùng không cẩn trọng:
Sử dụng mật khẩu yếu
Ghi chép mật khẩu vào văn bản
Chia sẻ mật khẩu cho người khác (vô tình hoặc cố ý)
Nhưng…
8
8
4
Không đổ lỗi cho người dùng
• Thông thường, chúng ta thường đổ lỗi cho người dùng
khi họ sơ ý bị kẻ tấn công khai thác
• Chúng ta cần xây dựng hệ thống có khả năng hỗ trợ
người dùng không hành động sai
• Ví dụ, thư giả mạo (phising email)
9
9
Người dùng có thể bị đánh cắp tài khoản
như thế nào?
• Con người
cho là “mạ
10
5
Người dùng có thể bị đánh cắp tài khoản
như thế nào?
• Vì vậy, người dùng thường dùng lại mật khẩu cho các tài
khoản khác nhau
Với hy vọng sẽ không xảy ra điều gì tồi tệ
• Khi một trong những tài khoản bị lộ?
Kẻ tấn công có mật khẩu của người dùng
Và đăng nhập vào các tài khoản khác
• Thực tế: Hacker đã thử tấn công đánh cắp các tài khoản
vận hành mạng lưới điện của Mỹ theo hướng tiếp cận
này
Gửi email giả mạo chia sẻ tài liệu Dropbox
Tấn công vào website có yêu cầu xác thực người dùng
11
11
Giải pháp cho người dùng
• Phần mềm quản lý mật khẩu: Password Manager.
Ví dụ: KeePassX, 1password
Có thể tạo ra các mật khẩu “mạnh” và quản lý tài khoản sử dụng
mật khẩu này
Người dùng chỉ cần nhớ 1 mật khẩu (Master Password) để mở
“kho mật khẩu”
• Thẻ xác thực 2 yếu tố U2F Security Keys
Người dùng cần kết nối thẻ này với máy tính khi đăng nhập
Có khả năng giảm thiểu nguy cơ bị tấn công phishing
• Kích hoạt tùy chọn xác thực hai yếu tố (2FA) trên các hệ
thống dịch vụ
12
12
6
Lưu trữ mật khẩu
• Lưu mật khẩu dưới dạng rõ:
Nguy cơ mất an toàn cao nhất
• Lưu mật khẩu dưới dạng bản mã:
An toàn khi sử dụng hệ mật mã tốt, bảo vệ khóa giải mã an toàn
Hạn chế: cần thao tác giải mã bất cứ khi nào cần xác thực
• Lưu mật khẩu dưới dạng mã băm:
Chi phí thấp hơn
Hạn chế: nguy cơ bị tấn công dò đoán dựa trên từ điển. Có thể hạn
chế bằng cách đưa thêm “salt” vào mật khẩu trước khi băm
• Sử dụng máy chủ lưu trữ:
Giải pháp 1: Người thẩm tra yêu cầu máy chủ chuyển mật khẩu để
xác thực
Giải pháp 2: Người thẩm tra đưa cho máy chủ thông tin người
dùng. Máy chủ xác thực và thông báo lại kết quả
13
13
Tấn công vào hệ xác thực bằng mật khẩu
• Tấn công thụ động: nghe lén, quan sát quá trình nhập
mật khẩu
Nhìn trộm
Sử dụng chương trình key logging
Tấn công kênh bên
Chặn bắt gói tin
• Tấn công chủ động:
Giải mạo chương trình cung cấp dịch vụ (server)
Giả mạo chương trình khách (client)
Tấn công man-in-the-middle
Tấn công vào máy chủ vật lý cung cấp dịch vụ
14
14
7
Tấn công dạng online
• Kẻ tấn công biết tập hàm xác thực L
• Mục đích: dò thử lần lượt các mật khẩu dựa trên kết quả
xác thực hệ thống trả lại
• Đặc điểm:
Tương tác trực tiếp với hệ xác thực
Có thể thử trên 1 hoặc đồng thời nhiều tài khoản
• Xác suất tấn công thành công: ꢌ ≥ (ꢍ × ꢎ)/ꢏ
G: Tốc độ kẻ tấn công dò thử
T: Thời gian kẻ tấn công dò thử
N: Số mật khẩu hệ thống có thể tạo ra
Giảm thiểu:
Tăng độ dài của mật khẩu
Quy định số lần thử xác thực tối đa trong một khoảng thời gian
15
15
Tấn công dạng off-line
• Kẻ tấn công biết:
Tập thông tin C hệ thống dùng để xác thực
Tập các hàm biến đổi F
• Mục tiêu: tìm các thông tin ꢊ ∈ ꢂ
• Đặc điểm: không tương tác với hệ xác thực
• Ví dụ: kẻ tấn công biết có cơ sở dữ liệu chứa mã băm
của mật khẩu và hàm băm sử dụng
• Nguy cơ: người dùng sử dụng các mật khẩu dễ đoán, kẻ
tấn công có một bộ từ điển chưa mã băm tương ứng
• Giảm thiểu nguy cơ: Hash(Password, Salt)
16
16
8
Băm mật khẩu với “salt”
• Lưu trữ [salt,Hash(password || salt)
• Ví dụ: Hệ điều hành Linux
username
hash
salt
bkcs:$1$J54g/weK$aAVR2Nd6opPl9kcUuTTgk.:17422:0:99999:7:::
Lần cuối thay đổi(tính từ ngày 1/1/1970)
Số ngày tối thiểu trước khi đổi
Số ngày tối đa trước khi đổi
Số ngày trước khi hết hạn sẽ cảnh báo
Ngày hết hạn (tính từ 1/1/1970)
algorithm
1: MD5-based
2: Blowfish
5: SHA-256
6: SHA-512
• Lưu trữ trong CSDL
username
levn
tungbt
salt
iU9KjTeD
r.PhJ0HG
hash
5myyo4W7zppTOEdVUeP8/E6Km…
Y.xOpTBqJbWpc3f0uri.g8ErCu4wIiUGq
17
17
Băm mật khẩu với “salt” – Nâng cao an toàn
• Kẻ tấn công có thể tạo ra từ điển mới với các giá trị “salt”
• Băm nhiều lần: hash(hash(…..hash(password || salt)))))
Mục đích: làm chậm thời gian tính toán giá trị xác thực làm
chậm thời gian tấn công dò tìm…
…nhưng kẻ tấn công có thể kiên nhẫn hơn nữa tạo ra từ điển mới
• Băm mật khẩu với một giá trị “pepper” bí mật
Mục đích: ngăn chặn kẻ tấn công tạo ra từ điển mới
• Sử dụng một trong thuật toán bcrypt, scrypt, PBKDF2
thay cho các hàm băm thông thường
18
18
9
Khôi phục mật khẩu
• Làm thế nào để người dùng có thể khôi phục mật
khẩu khi họ quên?
Gửi trực tiếp qua email
Reset qua email
Câu hỏi bí mật
Sử dụng tin nhắn SMS
...
• Lưu ý: xây dựng giao thức an toàn
19
19
Sử dụng câu hỏi bí mật còn an toàn?
• Năm 2008, ứng viên Phó Tổng thống Hoa Kỳ Sarah Palin
bị đánh cắp tài khoản Yahoo Mail
• Năm 2012, ứng viên Tổng thống Mitt Romney bị đánh cắp
tài khoản Hotmail
20
20
10
Một số chính sách sử dụng mật khẩu
• Mục đích: tăng cường an toàn cho hệ xác thực dựa trên
mật khẩu
• Quy định độ dài tối thiểu
• Quy định các ký tự bắt buộc phải sử dụng
• Thay đổi mật khẩu định kỳ
• Hạn chế sử dụng lại mật khẩu cũ trong một khoảng thời
gian nhất định
• Hạn chế số lần thử xác thực
• Tăng thời gian chờ thử xác thực lại
• Yêu cầu đổi mật khẩu sau lần đăng nhập đầu tiên
• Tuy nhiên, luôn phải cân nhắc sự trả giá cho tính tiện lợi
21
21
3. MỘT SỐ GIAO THỨC XÁC THỰC
22
22
11
Giao thức PAP
• Password Authentication Protcol
• Được sử dụng trong giao thức mạng PPP trước đây
• Nội dung:
(1) U S: ID || Password
(2) Server kiểm tra trong CSDL
S U: ACK/NAK
• Không an toàn
23
23
Xác thực 1 chiều dựa trên hệ mật mã KĐX
• Giả sử 2 bên đã trao đổi một giá trị khóa bí mật KS
(1) U S: Request
(2) S U: Challenge
(3) U S: f(Pass, Challenge)
Hàm f: có thể là các hàm mã hóa KĐX, hàm băm
Pass : mật khẩu
• Bài tập: Phân tích các điểm yếu của sơ đồ này
24
24
12
Xác thực 1 chiều dựa trên hệ mật mã KCK
ISO/IEC 9798-3 / FIPS-196
(1) A B: Request
(2) B A: TokenID || NB
(3) A B: TokenID || CertA || TokenAB
TokenID: chứa thông tin của phiên
TokenAB = NA || NB || E(KRA, NA || NB)
25
25
Giao thức CHAP
• Challenge Handshake Authentication Protocol
(1) U S: Request
(2) S U: Challenge
(3) U S: ID || Hash(ID || Hash(Password) || Challenge)
(4) Server kiểm tra
S U: ACK / NAK
• Challenge: chuỗi ký tự ngẫu nhiên
• Hash: MD5
26
26
13
Giao thức EAP
• Extensible Authentication Protocol
• Có khoảng 40 biến thể kết hợp thêm nhiều cơ chế khác
nhau:
EAP-MD5: tương tự CHAP
EAP-TLS, EAP-TTLS, PEAP: kết hợp TLS
EAP-POTP: kết hợp One-Time-Password
EAP-PSK: kết hợp pre-shared key
...
27
27
Xác thực 2 chiều sử dụng hệ mật mã KĐX
• Giả sử A và B đã chia sẻ khóa KS
(1) A B: IDA
(2) B A: NB
(3) A B: f(KS, NB) || NA
(4) B A: f(KS, NA)
Hàm f: có thể là các hàm mã hóa KĐX, hàm băm
KS : khóa hoặc mật khẩu
28
28
14
Bài tập
• Xem xét tính an toàn của giao thức xác thực sau:
(1) A B: IDA || NA
(2) B A: f(KS, NA) || NB
(3) A B: f(KS, NB)
• Nhận xét: người bắt đầu giao dịch phải là người chứng
minh trước
29
29
Xác thực 2 chiều sử dụng hệ mật mã KCK
ISO/IEC 9798-3 / FIPS-196
(1) A B: Request
(2) B A: TokenID || NB
(3) A B: TokenID || CertA || TokenAB
(4) B A: TokenID || CertB || TokenBA
TokenAB = NA || NB || E(KRA, NA || NB)
TokenBA = NA || NB || E(KRB, NA || NB)
30
30
15
Giao thức dạng zero-knowledge (ZKP)
• Giữa hai hành lang có một cánh
cửa bị khóa
• Peggy biết mật khẩu để mở cánh
cửa (VD. “Vừng ơi, mở ra!” )
• Victor muốn bỏ tiền để mua lại
mật khẩu
• Làm thế nào để Peggy chứng
minh với Victor có thể đi qua hành
lang mà không làm lộ mật khẩu?
31
31
Giao thức ZKP
• Là các giao thức cho phép một bên chứng minh được thông
tin của mình mà không làm lộ nội dung thông tin đó cho các
bên còn lại (bên thứ 2 hoặc kẻ tấn công)
• Các bên tham gia giao thức:
Peggy-Người chứng minh: Peggy nắm được một số thông tin nào đó
và muốn chứng minh cho Victor nhưng không muốn để lộ thông tin
này
Victor-Người thẩm tra: Được quyền hỏi một số câu hỏi đến khi chắc
chắn Peggy nắm thông tin. Victor không thể đoán thông tin từ câu trả
lời của Peggy, hoặc do cố tình lừa Peggy tiết lộ thông tin
Eve-Kẻ nghe lén: Giao thức cần chống lại việc Eve nghe lén thông tin
Mallory: có nhiều quyền hơn Eve, có thể nghe lén, sửa đổi bản tin
hoặc phát lại bản tin
32
32
16
Một ví dụ - Giao thức Feige–Fiat–Shamir
• Khởi tạo: Peggy chọn p, q là 2 số nguyên tố:
Tính ꢐ = ꢑ × ꢒ
Chọn s sao cho UCLN(s, n) = 1, ꢓ sao cho ꢓ = ꢋꢔ ꢕꢖꢗ ꢐ
Công bố (n,v). Peggy cần chứng minh cho Victor biết mình nắm
giữ giá trị s
• Giao thức:
(1) P V: ꢘ = ꢇꢔ ꢕꢖꢗ ꢐ
r: số ngẫu nhiên
(2) V chọn ngẫu nhiên ꢙ ∈ {0, 1}
V P: b
(3) P V: ꢚ = ꢇ × ꢋꢛ ꢕꢖꢗ ꢐ
(4) V kiểm tra phương trình đồng dư ꢚꢔ ≡ ꢘ × ꢓꢛ (ꢕꢖꢗ ꢐ)
Hoặc viết dưới dạng khác ꢚꢔ ꢕꢖꢗ ꢐ = ꢘ × ꢓꢛ ꢕꢖꢗ ꢐ
33
33
Giả mạo
• Mallory có thể giả mạo bằng 2 cách:
(1) Bắt các cặp giá trị (x, y) và phát lại
(2) Phán đoán giá trị của bit b mà Victor thử thách:
Đoán b = 0, Mallory gửi ꢘ = ꢇꢔ ꢕꢖꢗ ꢐ và ꢚ = ꢇ ꢕꢖꢗ ꢐ
Đoán b = 1, Mallory chọn y trước và tính x sao cho
ꢚꢔ ≡ ꢘ × ꢓ (ꢕꢖꢗ ꢐ)
• Xác suất thành công của Mallory là bao nhiêu?
• Làm thế nào để giảm xác suất thành công của
Mallory trong 1 vòng kiểm tra?
34
34
17
Nhận xét
• Vì Peggy nắm được giá trị của s nên có thể qua được vô
số vòng kiểm tra (Tính đầy đủ - Completeness)
• Nếu Mallory không biết s, thì xác suất giả mạo thành công
lớn nhất là 2−n với n là số vòng kiểm tra (Tính vững chãi-
Soundness)
• Mallory không thể sử dụng lại bộ số (x,y) để lừa Victor
• Victor không biết gì về s vì bài toán tính căn bậc 2 rời rạc
là khó
• Tương tự, Eve nghe trộm được mọi bộ số (x,y,b) cũng
không thể đoán được s
35
35
Các nguy cơ
• Peggy không thay đổi r sau mỗi vòng kiểm tra
• Chess Grandmaster Problem
• Mafia Problem
• Terrorist Problem
36
36
18
Giao thức ZKP dựa trên hệ mật mã RSA
(Một ví dụ khác)
• Peggy có khóa công khai KU = (e,n) cần chứng minh anh
ta có bí mật m
• Khởi tạo: Peggy tính c = me mod n
• Giao thức:
(1) P V: ꢘ = ꢇꢜ ꢕꢖꢗ ꢐ
r: số ngẫu nhiên
(2) V chọn ngẫu nhiên ꢙ ∈ {0, 1}
V P: b
(3) P V: ꢚ = ꢇ × ꢕꢛ ꢕꢖꢗ ꢐ
(4) V kiểm tra phương trình đồng dư ꢚꢜ ≡ ꢘ × ꢝꢛ ꢕꢖꢗ ꢐ
Tự kiểm tra tính đầy đủ và bền vững của giao thức.
Hãy đọc thêm lý thuyết tổng quan về ZKP trong tài liệu.
37
37
4. ONE TIME PASSWORD (OTP)
38
38
19
Xác thực đa yếu tố
• Phương pháp xác thực sử dụng mật khẩu không đủ an
toàn (Nguyên nhân chủ yếu từ người dùng!)
• Sử dụng mật khẩu một cách an toàn:
Đủ dài và khó đoán
Không dùng chung cho nhiều tài khoản
Thay đổi thường xuyên
… hầu hết người dùng không thực hiện được
cần thêm các yếu tố xác thực an toàn hơn, không phụ
thuộc vào thói quen của người dùng
• Xác thực đa yếu tố (thông thường là 2 yếu tố)
Cái người dùng biết: mật khẩu
Cái người dùng có: (thường) thiết bị phần cứng
39
39
One Time Password
• Mật khẩu chỉ dùng để xác thực cho 1 phiên hoặc 1 giao
dịch
• Phân loại:
S/Key OTP
Event-based OTP
Hash-based OTP (HOTP)
Time-based OTP (TOTP)
• Cách thức phân phối:
SMS
Ứng dụng
Email
Token
40
40
20
Tải về để xem bản đầy đủ
37 trang
21400
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng An toàn an ninh thông tin - Chương 6: Xác thực danh tính - Bùi Trọng Tùng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_an_toan_an_ninh_thong_tin_chuong_6_xac_thuc_danh_t.pdf
