An ninh mạng - Chương 6: An toàn thư điện tử

Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 144
Chương 6
AN TOÀN THƯ ĐIỆN TỬ 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 145
Giới thiệu
• Thư điện tử là dịch vụ mạng phổ dụng nhất
• Hiện nay các thông báo không được bảo mật
– Có thể đọc được nội dung trong quá trình thông báo di 
chuyển trên mạng
– Những người dùng có đủ quyền có thể đọc được nội 
dung thông báo trên máy đích
– Thông báo dễ dàng bị giả mạo bởi một người khác 
– Tính toàn vẹn của thông báo không được đảm bảo
• Các giải pháp xác thực và bảo mật thường dùng
– PGP (Pretty Good Privacy)
– S/MIME (Secure/Multipurpose Internet Mail Extensions)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 146
PGP
• Do Phil Zimmermann phát triển vào năm 1991
• Chương trình miễn phí, chạy trên nhiều môi 
trường khác nhau (phần cứng, hệ điều hành)
– Có phiên bản thương mại nếu cần hỗ trợ kỹ thuật
• Dựa trên các giải thuật mật mã an ninh nhất
• Chủ yếu ứng dụng cho thư điện tử và file
• Độc lập với các tổ chức chính phủ
• Bao gồm 5 dịch vụ : xác thực, bảo mật, nén, 
tương thích thư điện tử, phân và ghép
– Ba dịch vụ sau trong suốt đối với người dùng 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 147
Xác thực của PGP
Nguồn A Đích B
So sánh
M = Thông báo gốc EP = Mã hóa khóa công khai
H = Hàm băm DP = Giải mã khóa công khai
║ = Ghép KRa = Khóa riêng của A
Z = Nén KUa = Khóa công khai của A
Z-1 = Cởi nén
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 148
Bảo mật của PGP
Nguồn A Đích B
EC = Mã hóa đối xứng
DC = Giải mã đối xứng
Ks = Khóa phiên
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 149
Xác thực và bảo mật của PGP
Nguồn A Đích B
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 150
Nén của PGP
• PGP nén thông báo sử dụng giải thuật ZIP
• Ký trước khi nén
– Thuận tiện lưu trữ và kiểm tra, nếu ký sau khi nén thì
• Cần lưu phiên bản nén với chữ ký, hoặc
• Cần nén lại thông báo mỗi lần muốn kiểm tra
– Giải thuật nén không cho kết quả duy nhất
• Mỗi phiên bản cài đặt có tốc độ và tỷ lệ nén khác nhau
• Nếu ký sau khi nén thì các chương trình PGP cần sử dụng 
cùng một phiên bản của giải thuật nén
• Mã hóa sau khi nén
– Ít dữ liệu sẽ khiến việc mã hóa nhanh hơn
– Thông báo nén khó phá mã hơn thông báo thô
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 151
Tương thích thư điện tử của PGP
• PGP bao giờ cũng phải gửi dữ liệu nhị phân
• Nhiều hệ thống thư điện tử chỉ chấp nhận văn 
bản ASCII (các ký tự đọc được)
– Thư điện tử vốn chỉ chứa văn bản đọc được
• PGP dùng giải thuật cơ số 64 chuyển đổi dữ liệu 
nhị phân sang các ký tự ASCII đọc được
– Mỗi 3 byte nhị phân chuyển thành 4 ký tự đọc được
• Hiệu ứng phụ của việc chuyển đổi là kích thước 
thông báo tăng lên 33%
– Nhưng có thao tác nén bù lại
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 152
Bảng chuyển đổi cơ số 64
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 153
Phân và ghép của PGP
• Các giao thức thư điện tử thường hạn chế độ 
dài tối đa của thông báo
– Ví dụ thường là 50 KB
• PGP phân thông báo quá lớn thành nhiều thông 
báo đủ nhỏ
• Việc phân đoạn thông báo thực hiện sau tất cả 
các công đoạn khác
• Bên nhận sẽ ghép các thông báo nhỏ trước khi 
thực hiện các công đoạn khác 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 154
Sơ đồ xử lý PGP
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 155
Khóa phiên PGP
• Cần sử dụng một khóa phiên cho mỗi thông báo
– Độ dài 56 bit với DES, 128 bit với CAST-128 và 
IDEA, 168 bit với 3DES
• Cách thức sinh khóa phiên cho CAST-128
– Sử dụng chính CAST-128 theo phương thức CBC
– Từ một khóa 128 bit và 2 khối nguyên bản 64 bit sinh 
ra 2 khối bản mã 64 bit tạo thành khóa phiên 128 bit
– Hai khối nguyên bản đầu vào được sinh ngẫu nhiên 
dựa vào chuỗi các phím gõ từ người dùng
– Khóa đầu vào được sinh từ các khối nguyên bản đầu 
vào và khóa phiên đầu ra trước đó
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 156
Khóa công khai/khóa riêng PGP
• Người dùng có thể có nhiều cặp khóa công 
khai/khóa riêng 
– Nhu cầu thay đổi cặp khóa hiện thời
– Giao tiếp với nhiều nhóm đối tác khác nhau
– Hạn chế lượng thông tin mã hóa với mỗi khóa để nâng 
cao độ an toàn
• Cần chỉ ra khóa công khai nào được sử dụng để 
mã hóa khóa phiên
• Cần chỉ ra chữ ký của bên gửi tương ứng với 
khóa công khai nào
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 157
Định danh khóa công khai PGP
• Để chỉ ra mã công khai nào được sử dụng có 
thể truyền khóa công khai cùng với thông báo
– Không hiệu quả
• Khóa công khai RSA có thể dài hàng trăm chữ số thập phân
• Định danh gắn với mỗi khóa công khai là 64 bit 
trọng số nhỏ nhất của nó
– ID của KUa = KUa mod 2
64
– Xác suất cao là mỗi khóa công khai có một định danh 
duy nhất
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 158
Khuôn dạng thông báo PGP
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 159
Vòng khóa PGP
• Mỗi người dùng PGP có hai vòng khóa
– Vòng khóa riêng chứa các cặp khóa công khai/khóa 
riêng của người dùng hiện thời
• Có thể được chỉ mục bởi định danh khóa công khai (Key ID) 
hoặc định danh người dùng (User ID)
• Khóa riêng được mã hóa sử dụng khóa là giá trị băm của mật 
khẩu nhập trực tiếp từ người dùng
– Vòng khóa công khai chứa các khóa công khai của 
những người dùng quen biết với người dùng hiện thời
• Có thể được chỉ mục bởi định danh khóa công khai hoặc định 
danh người dùng
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 160
Cấu trúc các vòng khóa PGP
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 161
Sơ đồ tạo thông báo PGP
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 162
Sơ đồ nhận thông báo PGP
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 163
Quản lý khóa PGP
• Thay vì dựa trên các CA (cơ quan chứng thực), 
đối với PGP mỗi người dùng là một CA
– Có thể ký cho những người dùng quen biết trực tiếp
• Tạo nên một mạng lưới tin cậy
– Tin các khóa đã được chính bản thân ký
– Có thể tin các khóa những người dùng khác ký nếu 
có một chuỗi các chữ ký tới chúng
• Mỗi khóa có một chỉ số tin cậy
• Các người dùng có thể thu hồi khóa của họ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 164
Mô hình tin cậy PGP (1)
• Với mỗi khóa công khai người dùng ấn định độ 
tin cậy vào chủ nhân của nó trong trường 
Owner trust
– Giá trị ultimate trust được tự động gán nếu khóa công 
khai có trong vòng khóa riêng
– Giá trị người dùng có thể gán là unknown, untrusted, 
marginally trusted, hay completely trusted
• Giá trị các trường Signature trust được sao 
chép từ các trường Owner trust tương ứng 
– Nếu không có thì được gán giá trị unknown user
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 165
Mô hình tin cậy PGP (2)
• Xác định giá trị của trường Key legitimacy
– Nếu khóa công khai có ít nhất một chữ ký với giá trị 
Signature trust là ultimate thì Key legitimacy là 
ultimate
– Nếu không, Key legitimacy được tính bằng tổng có 
trọng số các giá trị Signature trust
• Các chữ ký completely trusted có trọng số là 1/X
• Các chữ ký marginally trusted có trọng số là 1/Y
• X và Y là các tham số do người dùng xác định
• Nếu tổng số đạt hoặc vượt ngưỡng 1 thì Key legitimacy
được gán giá trị complete
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 166
Ví dụ mô hình tin cậy PGP
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 167
Thu hồi khóa công khai
• Lý do thu hồi khóa công khai
– Địch thủ biết nguyên bản khóa riêng
– Địch thủ biết bản mã khóa riêng và mật khẩu
– Tránh sử dụng cùng một khóa trong một thời gian dài
• Quy trình thu hồi khóa công khai
– Chủ sở hữu phát hành chứng thực thu hồi khóa
• Cùng khuôn dạng như chứng thực bình thường nhưng bao 
gồm chỉ dấu thu hồi khóa công khai
• Chứng thực được ký với khóa riêng tương ứng khóa công 
khai cần thu hồi
– Mau chóng phát tán chứng thực một cách rộng rãi để 
các đối tác kịp thời cập nhật vòng khóa công khai
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 168
S/MIME
• Nâng cấp từ chuẩn khuôn dạng thư điện tử 
MIME có thêm tính năng an ninh thông tin
• MIME khắc phục những hạn chế của SMTP 
(Simple Mail Transfer Protocol)
– Không truyền được file nhị phân (chương trình, ảnh,...)
– Chỉ gửi được các ký tự ASCII 7 bit
– Không nhận thông báo vượt quá kích thước cho phép
– ...
• S/MIME có xu hướng trở thành chuẩn công 
nghiệp sử dụng trong thương mại và hành chính
– PGP dùng cho cá nhân
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 169
Các chức năng của S/MIME
• Bao bọc dữ liệu
– Mã hóa nội dung thông báo và các khóa liên quan
• Ký dữ liệu
– Chữ ký số tạo thành nhờ mã hóa thông tin tổng hợp 
thông báo sử dụng khóa riêng của người ký
– Thông báo và chữ ký số được chuyển đổi cơ số 64
• Ký và để nguyên dữ liệu
– Chỉ chữ ký số được chuyển đổi cơ số 64
• Ký và bao bọc dữ liệu
– Kết hợp ký và bao bọc dữ liệu
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nguyễn Đại Thọ An ninh Mạng 170
Xử lý chứng thực S/MIME
• S/MIME sử dụng các chứng thực khóa công 
khai theo X.509 v3
• Phương thức quản lý khóa lai ghép giữa cấu 
trúc phân cấp CA theo đúng X.509 và mạng lưới 
tin cậy của PGP
• Mỗi người dùng có một danh sách các khóa của 
bản thân, danh sách các khóa tin cậy và danh 
sách thu hồi chứng thực
• Chứng thực phải được ký bởi CA tin cậy
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt