An ninh mạng - Quản lí khóa trong mật mã

Giáo viên: Nguyễn Hiếu Minh 
10/28/2012 1 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Các vấn đề trình bày 
1. Phân phối khoá cho các mật mã khóa bí mật 
2. Phân phối khoá cho mật mã khóa công khai 
3. Phân phối khóa bí mật sử dụng mật mã khóa 
công khai 
4. Hạ tầng khóa công khai (PKI) 
5. Một số đánh giá về các mô hình phân phối khóa 
10/28/2012 2 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
1. Phân phối khóa cho mật mã 
khóa bí mật 
 Với mật mã đối xứng, hai đối tượng tham gia vào 
việc trao đổi số liệu cần: 
 Phải sử dụng cùng một khoá. 
 Khóa phải được bảo vệ chống lại sự sử dụng của các đối 
tượng khác. 
 Thay đổi khóa thường xuyên, làm cho dữ liệu ít bị tổn 
thương với tấn công. 
 Độ tin cậy của một hệ thống mật mã phụ thuộc vào công nghệ 
phân phối khóa (key distribution technique). 
10/28/2012 3 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Khái niệm phân phối khóa 
 Phương pháp chuyển giao khóa đến hai thực thể 
muốn trao đổi dữ liệu, và không cho phép phía thứ ba 
biết được khóa. 
1. Khoá có thể được lựa chọn bởi A và vận chuyển vật 
lý đến B. 
2. Khoá có thể được lựa chọn bởi phía thứ 3 và vận 
chuyển vật lý đến cả hai phía A và B. 
10/28/2012 4 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
3. Nếu các phía A và B đã sử dụng một khoá chung 
nào đấy, một phía có thể phát sinh khoá và 
truyền nó về phía kia. Khóa mới được mã hoá 
nhờ khoá chung cũ. 
4. Nếu cả hai phía tham gia A và B có một kênh 
được mã hóa với phía thứ ba C, C có thể truyền 
khoá trên kênh mã hóa đến A và B. 
10/28/2012 5 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Nhận xét 
 Phương án 1 và 2 được cho là truyền khoá thủ 
công. 
 Đối với mã hóa kênh (link encryption) đây là 
các phương án khả thi. 
 Đối với mã hóa xuyên suốt (end-to-end 
encryption), không sử dụng. 
10/28/2012 6 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Mã hóa thông qua một chuyển 
mạch gói 
10/28/2012 7 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
Trong các hệ thống phân tán, một đầu cuối 
có thể thực hiện đồng thời trao đổi số liệu 
với nhiều nút khác → cần một số khóa 
được cung cấp động → sẽ là vấn đề rất khó 
trong các mạng lớn. 
10/28/2012 8 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Đánh giá 
Phạm vi của vấn đề phụ thuộc số các cặp 
truyền thông cần hỗ trợ. 
Nếu thực hiện mã hóa xuyên suốt, trên 
mạng có N nút → số lượng khóa cần thiết là 
N(N-1)/2. 
10/28/2012 9 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Số lượng khóa yêu cầu hỗ trợ số lượng kết nối 
bất kỳ giữa các đầu cuối 
10/28/2012 10 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Phương án 3 
Có khả năng ứng dụng cho mã hóa kênh 
hoặc xuyên suốt. 
Nhưng nếu đối phương thành công trong 
việc đột nhập để nhận được một khoá, thì 
đối phương có khă năng nhận tất cả các 
khoá tiếp theo. 
10/28/2012 11 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Phương án 4 
 Thường được sử dụng cho mã hóa xuyên suốt. 
 Trong sơ đồ này, sự phân phối khoá cho cặp người 
sử dụng được thực hiện bởi một trung tâm phân 
phối khoá (KDC-Key Distribution Center). 
 Mỗi nguời phải chia xẻ khóa bí mật với KDC để 
phân phối khóa. 
10/28/2012 12 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
Việc sử dụng một KDC dựa trên một cấu 
trúc phân cấp khóa (hierarchy of keys). 
Yêu cầu tối thiểu, cần sử dụng hai mức 
phân cấp khóa. 
10/28/2012 13 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Sử dụng một cấu trúc phân cấp 
khóa 
10/28/2012 14 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Mô tả 
Việc truyền thông giữa hai thực thể sử dụng 
khóa tạm thời (khóa phiên-session key). 
Mỗi khóa phiên được phân phối trong dạng 
mã hóa, sử dụng khóa chủ (master key) chia 
xẻ giữa KDC và đầu cuối. 
10/28/2012 15 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
Mỗi đầu cuối có một khóa chủ chia xẻ với 
KDC. Và được phân phối theo một số cách 
→ phạm vi vấn đề đã được đơn giản hóa. 
10/28/2012 16 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
1.1. Một kịch bản phân phối khóa 
10/28/2012 17 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Mô tả 
Kịch bản giả thiết rằng mỗi đầu cuối chia xẻ 
một khóa chủ duy nhất với KDC. 
10/28/2012 18 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Các giả thiết 
A muốn thiết lập một liên kết logic với B để 
truyền dữ liệu. 
A có khóa chủ Ka chỉ A và KDC biết. 
B có khóa chủ Kb chỉ B và KDC biết. 
10/28/2012 19 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Các bước tạo khóa phiên 
1. A gửi yêu cầu đến KDC để nhận được khoá phiên 
nhằm thực hiện truyền thông với B. 
 Bản tin gồm định danh của A, B và một định danh duy 
nhất N1 cho phiên truyền gọi là nonce (nhãn thời 
gian, biến đếm, số ngẫu nhiên). 
 Đối phương rất khó để xác định nonce. 
10/28/2012 20 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
2. KDC trả lời yêu cầu bằng một tin tức, 
được mã hoá với việc sử dụng khoá Ka. 
Người duy nhất có thể nhận và đọc được 
tin tức này đó chính là A và bởi vậy A có 
thể tin tưởng rằng tin tức đã được gửi từ 
KDC. 
10/28/2012 21 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
 Tin tức có hai thông tin được chờ đợi với A. 
 Khoá phiên dùng một lần Ks, nó sẽ được sử dụng làm 
khoá phiên để liên lạc. 
 Tin tức nguyên bản đã gửi bao gồm nonce để A có khă 
năng đối chiếu câu trả lời phù hợp với câu đã hỏi . 
10/28/2012 22 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
 Trong tin tức, cũng bao gồm hai thông tin chờ đội với 
B: 
 Khoá phiên dùng một lần Ks, nó sẽ được sử dụng làm 
khoá phiên để liên lạc. 
 Định danh của A (IDA). 
10/28/2012 23 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
3. A lưu giữ khoá phiên Ks để dùng cho phiên liên lạc, 
và gửi về phía B một thông tin đã nhận được từ 
trung tâm (đó là thông tin EKb [Ks║IDA]). 
 Người sử dụng B biết được khoá phiên Ks và biết 
được thông tin nhận được đã được gửi từ KDC (bởi 
vì thông tin đó đã được mã hoá bằng Kb). 
10/28/2012 24 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
(tiếp) 
4. Phía B gửi cho phía A một nonce mới N2, nó 
được mã hoá bằng khoá phiên vừa nhận được. 
5. Nhờ khoá phiên KS, A trả lời lại f(N2) cho B, ở 
đây là hàm được thực hiện bằng biến đổi nào đó 
của N2 (chẳng hạn bổ sung thêm đơn vị). 
10/28/2012 25 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Nhận xét 
Các bước 4, 5 đảm bảo với B, tin tức là 
nguyên bản mã không bị tái tạo lại. 
Bước 1, 2, 3 → phân phối khóa. 
Bước 3, 4, 5 → Xác thực. 
10/28/2012 26 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
1.2. Quản lý phân cấp khóa 
 Hoàn toàn không giới hạn chức năng phân phối 
khoá cho một KDC. 
 Với các mạng lớn → không thực tế. 
 Một cấu trức phân cấp của KDC có thể được xây 
dựng. 
 Làm tối thiểu hóa việc phân phối khóa chủ. 
10/28/2012 27 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
1.3. Thời gian tồn tại của khóa 
phiên 
Càng thường xuyên thay đổi khoá phiên, thì 
càng nâng cao độ tin cậy. 
Việc trao đổi khóa phiên thường xuyên → 
chậm việc mã hóa, tăng lưu lượng mạng → 
lựa chọn thích hợp. 
10/28/2012 28 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Giao thức hướng kết nối 
 Sử dụng một khoá phiên chỉ cho một phiên liên lạc và 
sẽ sử dụng khoá mới cho một phiên liên lạc mới. 
 Nếu kết nối logic quá dài, thì có thể thay đổi chu kì 
khoá phiên một cách khôn khéo. 
 Chẳng hạn sau khi gia công một số lượng xác định đơn 
vị số liệu PDU (PDU-Protorcol data Unit). 
10/28/2012 29 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Giao thức không liên kết 
Giải pháp độ an toàn cao nhất là sử dụng 
khoá phiên mới cho các cuộc trao đổi số liệu 
mới. 
10/28/2012 30 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
1.4. Một lược đồ quản lý khóa 
trong suốt 
10/28/2012 31 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Nhận xét 
 Phương án được áp dụng cho mật mã xuyên suốt 
ở mức mạng hoặc ở mức vận chuyển (không thấy 
được (trong suốt) đối với mỗi người sử dụng cụ 
thể). 
 Giả thiết sử dụng của phương án với các giao thức 
hướng kết nối (ví dụ, TCP). 
10/28/2012 32 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Mô tả các bước thực hiện 
1. Truyền 1 gói tin yêu cầu kết nối (bước 1). 
2. FEP nhận được gói tin và chuyển đến KDC. Liên 
lạc giữa chúng được mã háo nhờ khóa chủ. 
3. KDC sinh ra khóa phiên và chuyển đến FEP. 
4. Giải phóng liên lạc của các gói tin yêu cầu và 
thiệt lập liên lạc giữa hai đầu cuối. 
10/28/2012 33 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
1.5. Phân phối khóa không tập 
trung 
 Sử dụng phân phối khóa bằng KDC yêu cầu KDC 
phải tin cậy và an toàn từ các phá hoại. 
 Các yêu cầu được loại bỏ khi sử dụng phân phối 
khóa hoàn toàn không tập trung. 
 Có thể không hữu ích trong các mạng lớn, nhưng 
hữu ích trong một mạng cục bộ nào đó. 
10/28/2012 34 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Yêu cầu 
 Khi phân quyền đòi hỏi để cho mỗi một hệ thống 
đầu cuối có khả năng trao đổi số liệu ở dạng an 
toàn với tất cả các đầu cuối khác với mục đích 
phân phối khoá. 
 Khi trong mạng có n hệ thống đầu cuối có thể cần 
đến [n(n-1)]/2 khoá chủ. 
10/28/2012 35 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Phân phối khóa không tập trung 
10/28/2012 36 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Các bước thiết lập khóa phiên 
1. A gửi yêu cầu cho B để nhận được khoá phiên, 
bao gồm cả nonce N1. 
2. B trả lời bằng bản tin được mã hoá nhờ sử dụng 
khoá chủ chung (MKm). Bao gồm khoá phiên Ks, 
được lựa chọn bởi B, định danh của B, giá trị 
f(N1) và nonce N2 khác. 
3. Sử dụng khoá phiên nhận được, A gửi lại cho B 
giá trị f(N2). 
10/28/2012 37 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
Nhận xét 
 Như vậy, mặc dù mỗi nút cần phải lưu giữ (n-1) 
khoá chủ, nhưng đồng thời có thể phát sinh bao 
nhiêu khoá phiên tuỳ ý. 
 Bởi vì tin tức được mã bằng khoá chủ có độ dài 
ngắn, cho nên sự thám mã chúng là một vấn đề 
khó khăn. 
10/28/2012 38 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS 
1.6. Cách sử dụng khóa điều khiển 
Giải pháp phân cấp khóa và các công nghệ 
phân phối khóa tự động → giảm đáng kể số 
lượng khóa được quản lý và phân phối thủ 
công. 
10/28/2012 39 Bộ môn An ninh mạng - Khoa CNTT - HVKTQS