An ninh mạng máy tính - Bài 1: Tổng quan về an toàn an ninh thông tin

1BÀI 1.
TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN AN NINH 
THÔNG TIN
Bùi Trọng Tùng,
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
Đại học Bách khoa Hà Nội
1
Nội dung
• An toàn an ninh thông tin (security) là gì?
• Chính sách và các cơ chế an toàn an ninh
• Lỗ hổng an toàn bảo mật, nguy cơ an toàn an ninh
• Nguyên lý xây dựng hệ thống an toàn an ninh
2
1
2
21. MỞ ĐẦU
Bùi Trọng Tùng,
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
Đại học Bách khoa Hà Nội
3
1. Mở đầu
• Báo cáo về an toàn an ninh thông tin:
IBM X-Force Threat Intelligence Index 2019
Symantec Internet Security Threat Report 2019
Verizon 2018 Data Breach Investigations Report
Cisco 2019 Annual Security Report
• 
4
3
4
3An toàn an ninh thông tin là gì?
Bảo vệ tài nguyên hệ thống thông tin trước các hành vi gây 
tổn hại
• Tài nguyên hệ thống:
Phần cứng: máy tính, đường truyền, thiết bị mạng...
Phần mềm
Dữ liệu
Người dùng
• Các hành vi gây tổn hại: phần lớn là các hành vi tấn công
cố ý
Tấn công vật lý: tấn công vào phần cứng
Tấn công logic: sử dụng các chương trình phá hoại để can thiệp
vào quá trình xử lý và truyền dữ liệu
5
An toàn an ninh thông tin là gì?
• Hoạt động của hệ thống: yêu cầu tính đúng đắn là thực 
hiện đầy đủ và chính xác với mọi giá trị đầu vào
Có thể không phát hiện được tình huống đáp ứng một giá trị đầu 
vào độc hại sẽ dẫn đến một kết quả đầu ra nằm ngoài mong đợi
• AT-ANTT: là một dạng của tính đúng đắn
Hệ thống có khả năng phát hiện và ngăn chặn các giá trị đầu vào 
không mong muốn
Đạt được tính đúng đắn ngay cả khi có sự hiện diện của kẻ tấn 
công
6
5
6
4Tại sao AT-ANTT là quan trọng?
Các hành vi tấn công AT-ANTT tác động tiêu cực tới:
• An toàn thân thể của mỗi cá nhân
• Sự bí mật của thông tin cá nhân và tổ chức
• Tài sản của cá nhân và tổ chức
• Sự phát triển của một tổ chức
• Nền kinh tế của một quốc gia
• Tính an toàn của một quốc gia
• 
7
Nguy cơ với an toàn thân thể
8
7
8
5Đánh cắp thông tin cá nhân
9
10
Đánh cắp tài sản
9
10
6Tác động tới nền kinh tế
11
Báo cáo khảo sát Tội phạm kinh tế tại Việt 
Nam năm 2018 – PWC Vietnam
Tác động tới nền kinh tế
12
11
12
7Xâm phạm chủ quyền quốc gia
13
Về môn học này
• Mã học phần: IT4015
• Tên học phần: Nhập môn An toàn thông tin
• Khối lượng: 3(3-1-0-6)
• Đánh giá:
Quá trình: 40% (2 bài thi giữa kỳ: 30% + 10%)
Cuối kỳ: 60%
• Website: 
https://users.soict.hust.edu.vn/tungbt/it4015
14
13
14
8Thông tin giảng viên
Bùi Trọng Tùng,
Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính
Email: tungbt@soict.hust.edu.vn
Địa chỉ: phòng 405, nhà B1
FB: https://www.facebook.com/tungbui.hust
Group: https://www.facebook.com/groups/FAQ.TungBT
Nội dung học phần
• Mở đầu: Các khái niệm và nguyên lý cơ bản
• Phần 1: Các hệ mật mã và ứng dụng
Hệ mật mã khóa đối xứng
Hệ mật mã khóa công khai
Xác thực thông điệp
• Phần 2: Kiểm soát truy cập
Xác thực danh tính
Ủy quyền
• Phần 3: An toàn-an ninh phần mềm
16
15
16
9Tài liệu tham khảo
[1] TS. Nguyễn Khanh Văn (2015). Giáo trình Cơ Sở An 
Toàn Thông Tin. Nhà xuất bản Bách Khoa Hà nội.
[2] Matt Bishop (2004). Introduction to Computer Security. 
Addison-Wesley
[3] Tài liệu đọc thêm theo từng bài
17
Chúng ta học gì?
• Suy nghĩ về hệ thống thông tin như một kẻ tấn công
Xác định mối đe dọa và điểm yếu của hệ thống
• Làm cách nào để thực hiện một số kỹ thuật tấn công
Khai thác lỗ hổng phần mềm
• Suy nghĩ về hệ thống như người thiết kế giải pháp AT-
ANTT
Cách thức ngăn chặn và giảm thiểu tấn công
Hiểu và ứng dụng các nguyên lý AT-ANTT
Hiểu và ứng dụng các cơ chế, công cụ AT-ANTT
18
17
18
10
2. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AT-ANTT
Bùi Trọng Tùng,
Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
Đại học Bách khoa Hà Nội
19
AT-ANTT là gì? - CIA
• Confidentiality (Bí mật): tài nguyên chỉ được tiếp cận bởi 
các bên được ủy quyền
• Integrity (Toàn vẹn): tài nguyên chỉ được sửa đổi bởi các 
bên được ủy quyền
• Availability (Sẵn sàng): tài nguyên sẵn sàng khi có yêu 
cầu
Thời gian đáp ứng chấp nhận được
Tài nguyên được định vị trí rõ ràng
Khả năng chịu lỗi
Dễ dàng sử dụng
Đồng bộ khi đáp ứng yêu cầu
20
19
20
11
AT-ANTT là gì? – AAA
• Assurance (Đảm bảo): hệ thống cung cấp sự tin cậy và 
quản trị được sự tin cậy
Ví dụ: tính tin cậy trong hệ thống thanh toán trực tuyến
Bao gồm khía cạnh kỹ thuật phần mềm: Làm thế nào chắc chắn 
rằng mã nguồn phần mềm được viết theo đúng thiết kế?
• Authenticity (Xác thực): khẳng định được danh tính của 
chủ thể trong hệ thống
• Anonymity (Ẩn danh): che giấu được thông tin cá nhân 
của chủ thể
21
Chính sách và cơ chế AT-ANTT
• Chính sách AT-ANTT(security policy): tuyên bố về các 
mục tiêu/yêu cầu AT-ANTT của hệ thống
Chủ thể
Hành vi phải thực hiện/được phép/không được phép
Tài nguyên
• Là cơ sở để xây dựng hạ tầng AT-ANTT
• Phục vụ cho quản trị AT-ANTT
22
21
22
12
Cơ chế AT-ANTT
• Là các kỹ thuật, thủ tục để thi hành và đảm bảo chính 
sách AT-ANTT được thi hành
• Phân loại:
Ngăn chặn (Prevention): ngăn chặn chính sách bị xâm phạm
Phát hiện (Detection) và Ứng phó(Response): phát hiện chính sách 
bị xâm phạm
False positive rate: Tỉ lệ cảnh báo sai
False negative rate: Tỉ lệ bỏ sót tấn công
23
Một số cơ chế AT-ANTT(tiếp)
• Bảo vệ vật lý (Physical protection)
• Mật mã học (Cryptography)
• Định danh (Identification)
• Xác thực (Authentication)
• Ủy quyền (Authorization)
• Nhật ký (Logging)
• Kiểm toán(Auditting)
• Sao lưu và khôi phục (Backup and Recovery)
• Dự phòng (Redundancy)
• Giả lập, ngụy trang (Deception)
• Gây nhiễu, ngẫu nhiên(randomness)
24
23
24
13
3. Lỗ hổng và tấn công AT-ANTT
• Mối đe dọa (Threat): các hành vi tiềm ẩn khả năng gây 
hại cho hệ thống
• Tấn công (Attack): thực thi nguy cơ
Thường lợi dụng, khai thác lỗ hổng
Kẻ tấn công là ai? Kẻ tấn công có gì?
• Độ rủi ro (Risk): xác suất hệ thống bị tổn hại bởi mối đe 
dọa
• Lỗ hổng (Vulnerability): là những điểm yếu trong hệ thống 
có thể bị khai thác, lợi dụng để gây tổn hại cho hệ thống
https://www.cvedetails.com/
Tầm soát lỗ hổng định kỳ là một trong những giải pháp phòng 
chống tấn công
25
Mô hình đe dọa
• Threat Model: mô tả những mối đe dọa kẻ tấn công có 
thể gây ra cho hệ thống và hậu quả
Cái gì cần bảo vệ?
Ai có thể tấn công vào hệ thống? Chúng có gì?
Hệ thống có thể bị tấn công như thế nào?
26
Security
Policiy
Mechan
ism
Threat 
model
25
26
14
Ai có thể tấn công bạn?
• Tội phạm vì động cơ tiền bạc
• Tội phạm vì động cơ phá hoại
• Chính phủ các nước
Nếu bạn đủ quan trọng và đáng giá :D
• Người thân quen:
Kẻ tấn công nguy hiểm nhất
27
Những giả định về tấn công
• Những giả định này là bi quan nhưng là sự cận trọng cần 
thiết
• Kẻ tấn công có thể tương tác với hệ thống mà không gây 
ra sự khác biệt rõ rang
• Kẻ tấn công có thể dễ dàng thu thập các thông tin thông 
thường của hệ thống(Ví dụ: hệ điều hành, phần mềm, 
dịch vụ,)
• Kẻ tấn công có thể truy cập vào hệ thống tương tự để xác 
định được cách thức hệ thống hoạt động như thế nào
28
27
28
15
Những giả định về tấn công(tiếp)
• Kẻ tấn công có khả năng tự động hóa các hành vi tấn 
công
• Kẻ tấn công có khả năng phối hợp, điều phối các hệ 
thống/thành phần khác nhau
• Kẻ tấn công có nguồn tài nguyên tính toán rất lớn
• Kẻ tấn công có thể có một số quyền truy cập nhất định 
nào đó
29
Tại sao tấn công AT-ANTT là phổ biến?
• Thứ gì có thể hack được?
30Symatec Internet Security Threat Report 2019
29
30
16
Tại sao tấn công AT-ANTT là phổ biến?
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
2015 2016 2017 2018 2019
M
ill
io
n
s
Users attacked
%computer Number of attacks
31Kaspersky Security Bulletin 2019
Tại sao tấn công AT-ANTT là phổ biến?
• Đánh cắp thông tin cá nhân
32
IBM X-Force Threat Intelligence Index 2019
31
32
17
Tại sao tấn công AT-ANTT là phổ biến?
33
IBM X-Force Threat Intelligence Index 2019
Cuộc đua giữa tấn công và bảo vệ
34
33
34
18
Tại sao tấn công AT-ANTT là phổ biến?
• Công cụ có sẵn
35
Top 10 Web attack toolkits
Symatec Internet Security Threat Report 2017
Tại sao tấn công AT-ANTT là phổ biến?
• Công cụ có sẵn
36
35
36
19
Động cơ tấn công 
• Tiền bạc
37
Kaspersky Security Bulletin 2019
Ransomware(2018)
38Kaspersky Security Bulletin 2019
37
38
20
WannaCry (05/2017)
39
Coinminer(2018)
40
Symatec Internet Security Threat Report 2019
Kaspersky Security Bulletin 2019
39
40
21
Động cơ tấn công
• Gián điệp, tình báo: Tấn công có chủ đích
41
Động cơ tấn công 
• Mục đích chính trị
42
41
42
22
Động cơ tấn công
• Đùa cợt
• Thú vui phá hoại
43
Một số dạng tấn công phổ biến
• Nghe lén(Eavesdropping)
• Sửa đổi(Alteration)
• Từ chối dịch vụ (Denial of Service)
• Giả danh(Masquerading)
• Chối bỏ (Repudiation)
• Thống kê(Correlation) và truy vết(Traceback)
44
43
44
23
4. Xây dựng hệ thống AT-ANTT
45
Quy trình xây dựng 
46
Các giai đoạn được thực hiện tuần tự
Luôn có sự phản hồi của giai đoạn sau tới giai đoạn trước
Chia để trị
4 giai đoạn:
Phân tích yêu cầu
Thiết kế
Triển khai
Kiểm thử và bảo trì
Xây dựng chính sách AT-ANTT
Xác định các tình huống lạm quyền
Xây dựng mô hình nguy cơ
Thiết kế hướng bảo mật
Duyệt mã nguồn (Code review)
Kiểm thử theo nguy cơ ATBM
Kiểm thử xâm nhập
45
46
24
Quy trình xây dựng
• Xây dựng chính sách: có thể mô tả ban đầu bằng ngôn 
ngữ tự nhiên:
Hành vi phải thực hiện/được phép/ không được phép
Chủ thể của hành vi
Đối tượng hành vi tác động tới
Điều kiện
• Xây dựng các tình huống lạm quyền minh họa cho sự 
xâm phạm chính sách
• Chính sách AT-ANTT phải phù hợp với quy định luật pháp
47
Quy trình xây dựng
• Xây dựng mô hình đe dọa(Threat model):
1. Xác định, phân vùng tài nguyên cần bảo vệ
2. Xác định các luồng dữ liệu, hành vi tương tác tới tài nguyên
3. Phân tích các hoạt động diễn ra trên tài nguyên
4. Xác định các mối đe dọa có thể có, phân loại và đánh giá
5. Xác định các lỗ hổng liên quan
Mô hình đe dọa tồi(bad model) Giải pháp AT-ANTT tồi 
(bad security)
48
47
48
25
Xây dựng mô hình đe dọa
• AT-ANTT trên thực tế khác với lý thuyết
49
Hiểu biết về mô hình đe dọa với hệ thống
• Ví dụ: Phần lớn két sắt chỉ có khả năng chống cháy
Bảo vệ tài sản ở nhiệt độ bên trong < 177oC trong thời gian tối 
thiểu 30 phút khi nhiệt độ bên ngoài > 1000oC
Bảo vệ tài sản ở nhiệt độ bên trong < 55oC trong thời gian tối thiểu 
30 phút khi nhiệt độ bên ngoài > 1000oC
 Chọn mua két sắt loại nào?
50
49
50
26
Quy trình xây dựng
• Thiết kế các thành phần theo mô hình nguy cơ: lựa chọn
cơ chế AT-ANTT
Ngăn chặn: Loại bỏ hoàn toàn nguy cơ
Giảm thiểu
Chấp nhận nguy cơ
Chuyển nhượng rủi ro
• Triển khai
Chú ý: đào tạo người dùng
• Vận hành và bảo trì:
Chú ý: cần liên tục giám sát hệ thống
51
Một số nguyên tắc
• AT-ANTT là bài toán kinh tế: để tăng mức độ an 
toàn phải tăng chi phí
Giá trị tài nguyên cần bảo vệ/ Chi phí để bảo vệ
Mức tổn thương mà tấn công gây ra / Chi phí để chống 
lại các kỹ thuật tấn công
Chi phí thực thi tấn công / Giá trị thu lại
 Xây dựng hệ thống là an toàn nhất trong các điều kiện 
ràng buộc
 KISS: Keep It Simple, Sir!
52
51
52
27
AT-ANTT là bài toán kinh tế
53
TL-15 TL-30
TXTL-60TRTL-30
Một số nguyên tắc(tiếp)
• Tối thiểu hóa quyền (Least privilege ): không cấp quyền 
nhiều hơn những gì mà đối tượng cần để hoàn thành 
nhiệm vụ.
54
53
54
28
Tối thiểu hóa quyền
• Ứng dụng này cần những quyền gì?
• Có thể:
Truy cập màn hình hiển thị
Truy cập thư mục chứa file đã download
Truy cập vào các file của ứng dụng
Thiết lập kết nối
Chấp nhận kết nối
55
Tối thiểu hóa quyền
• Trên thực tế, ứng dụng này có thể làm 
những gì?
Rò rỉ file ở đâu đó?
Có thể xóa hết file?
Gửi thư rác?
Thực thi một tiến trình khác
56
55
56
29
Tối thiểu hóa quyền
• Phân chia quyền (Privilege separation): Phân chia hệ 
thống sao cho các thành phần được cấp quyền nhỏ nhất 
có thể.
57
Big
Component
A
B
C
Small 
Compponent 1
Small 
Compponent 2
Small 
Compponent 3
A
B
C
Big
Component
Resource
X
Resources Resources
Right 1
Right n
?
Tối thiểu hóa quyền
• Chia sẻ trách nhiệm(Separation of responsibility): quyền 
chỉ được thực thi khi có sự phối hợp của nhiều thành 
phần
58
57
58
30
Một số nguyên tắc(tiếp)
• Chia sẻ tối thiểu(Least common mechanism): Tài 
nguyên cần được chia sẻ tới ít bên nhất có thể
• Dễ hiểu, dễ sử dụng cho người dùng:
Người dùng sẽ tuân thủ cơ chế an toàn bảo mật hay 
quyết định phá vỡ nó?
Nếu bạn không làm hệ thống dễ sử dụng và an toàn thì 
người dùng sẽ làm cho nó dễ sử dụng và không an 
toàn.
59
Dễ hiểu, dễ sử dụng cho người dùng
60
59
60
31
Dễ hiểu cho người dùng – Ví dụ
• Phần lớn người dùng không hiểu “revocation information”
• Lựa chọn không rõ ràng, người dùng không biết điều gì 
sẽ xảy ra khi chọn Yes/No
61
Báo lỗi xác thực chứng thư số HTTPS trên IE6
Dễ hiểu cho người dùng – Ví dụ
• Trên IE8
62
Source
Risk
Choices
Process
61
62
32
Dễ hiểu cho người dùng – Ví dụ
• Google Chrome
63
Risk
Choices
Explanation
Dễ hiểu cho người dùng – Ví dụ
• Google Chrome
64
Choices
Process
63
64
33
Một số nguyên tắc(tiếp)
• Mặc định an toàn (Fail-safe default): nếu có ngoại lệ xảy 
ra, hệ thống cần xử lý mặc định sao cho đầu ra là an toàn
Sử dụng danh sách trắng(white list) thay vì danh sách đen (black 
list)
Sử dụng cơ chế mặc định từ chối (default-deny policies)
Khi một đối tượng được khởi tạo, mặc định quyền truy cập của nó 
là rỗng
Sao lưu (backup)

65
Một số nguyên tắc(tiếp)
• Kiểm tra tất cả truy cập
66
Mọi truy cập cần phải được kiểm 
tra tính xác thực, tính toàn vẹn và 
thẩm quyền truy cập
65
66
34
Kiểm tra tất cả truy cập
• Time Of Check To Time Of Use: TOCTTOU
Lỗ hổng tranh đua điều kiện (Race Condition)
67
procedure withdrawal(w)
// contact central server to get balance
1. let b := balance
2. if b < w, abort
// balance could have decreased at this point
// contact server to set balance
3. set balance := b - w
4. dispense $w to user 
Điều gì xảy ra nếu thủ tục trên được gọi trên các luồng thực thi song song?
Một số nguyên tắc (tiếp)
• Bảo vệ theo chiều sâu (Defense in depth): tạo ra nhiều 
lớp bảo vệ khác nhau cho tài nguyên
• Kẻ tấn công cần phải phá vỡ tất cả các lớp bảo vệ
• Tuy nhiên, sẽ làm gia tăng chi phí và ảnh hưởng tới hiệu 
năng của hệ thống
68
67
68
35
Một số nguyên tắc (tiếp)
• Mức độ an toàn của hệ thống tương đương mức độ an 
toàn ở thành phần yếu nhất
• Thiết kế mở: Không phụ thuộc vào các giải pháp an toàn 
bảo mật dựa trên việc che giấu mọi thứ (“security through 
obsecurity”)
Shannon's Maxim: "The Enemy Knows the System"
• Phát hiện những kỹ thuật tấn công không thể ngăn chặn
69
Một số nguyên tắc (tiếp)
• Security is process, not service
• AT-ANTT là quá trình, không phải dịch vụ
Thiết kế AT-ANTT ngay từ đầu
70
69
70
36
5. CƠ SỞ TÍNH TOÁN ĐƯỢC TIN CẬY 
(TRUSTED COMPUTING BASE)
71
Trusted Computing Base(TCB)
• TCB: Là một tập con của hệ thống, bao gồm phần cứng, 
phần mềm, mà hệ thống dựa vào nó để đạt được các 
mục tiêu AT-ANTT
Các thành phần của TCB luôn tuân thủ chính sách AT-ANTT của 
hệ thống
• TCB được xây dựng để đảm bảo chính sách AT-ANTT 
được giữ vững ngay cả khi các thành phần ngoài TCB 
xâm phạm chính sách
 TCB phải đủ lớn để không có thành phần nào ngoài nó 
có thể xâm phạm AT-ANTT của hệ thống
• Trusted Path: là một kênh truyền thông mà các thành 
phần trên kênh đó có thể tin cậy lẫn nhau
72
71
72
37
TCB – Ví dụ
• Giả sử mục tiêu AT-ANTT là những người dùng được cấp 
quyền có thể sử dụng Teamviewer để điều khiển máy tính 
từ xa.
• TCB có thể gồm những gì?
73
Trusting trust?
• “Reflections on Trusting Trust” – Ken. Thompson
Nếu tin tưởng vào các chương trình thực thi?
Ví dụ: #login
RedHat có đáng tin không?
Mật khẩu của người dùng có gửi đi đâu không?
Nếu không tin tưởng
Kiểm tra mã nguồn hoặc tự viết lại mã nguồn
Vấn đề đã được giải quyết?
• Chúng ta tin cậy vào cái gì?
• Có thể lấy rất nhiều ví dụ khác...
74
73
74
38
Thiết kế theo TCB
• Thiết kế AT-ANTT cho hệ thống luôn phải chỉ ra được các 
thành phần trong TCB
• Yêu cầu với TCB:
Đúng đắn
Đầy đủ (Không thể vòng tránh - bypass)
Chống sửa đổi
 Thiết kế TCB sao cho đơn giản là rất quan trọng
Simple = Small
• Cô lập TCB và các thành phần khác
75
Thiết kế theo TCB – Ví dụ
• Bài toán: Xây dựng một hệ thống lưu trữ bản sao của thư 
điện tử (email) được gửi đi từ các nhân viên
• Yêu cầu: Các bản lưu trữ không thể bị xóa (append-only)
76
75
76
39
Bài giảng có sử dụng hình ảnh từ các khóa học:
• Computer and Network Security, Stanford University
• Computer Security, Berkeley University
77
77