Các thủ tục nhận thức và bảo mật trong mạng CDMA

le Phone System Hệ thống điện thoại di động tiên tiến AMPS Analog Mobile Phone Systems Hệ thống điện thoại di động tương tự ANSI American National Standards Institude Viện tiêu chuẩn Hoa Kỳ API Application Program Interface Giao diện chương trình ứng dụng ASPECT Advanced Security for Personal Communications Technology An ninh cải tiến cho công nghệ truyền thông cá nhân AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực AUTN Authentication token Dấu hiệu nhận thực mạng AV Authentication Vector Véc tơ nhận thực B BS Base Station Trạm gốc BSS Base Statiom Subsystem Phân hệ trạm gốc BSSGP Base Station System GPRS Protocol Giao thức GPRS hệ thống trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc C CA Certificate Authority Thẩm quyền chứng nhận CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CLR Certificate Revocation Lists Danh sách huỷ bỏ chứng nhận CM Connection Management Quản lý kết nối D DECT Digital European Cordless Telephone Điện thoại không dây số châu Âu DECT IN DECT Indentification Number Số nhận dạng thuê bao DECT cá nhân DES Data Encyption Standard Tiêu chuẩn mật mã hoá số liệu E ECC Elliptic Curve Cryptography Mã đường cong ellip EDGE Enhanced Data Rates for Global Evolution Nâng cao tốc độ dữ liệu cho sự phát triển toàn cầu EIR Equipment Identity Register Bộ nhận dạng thiét bị ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu ESP Encapsulating Security Payload Tải tin an ninh đóng bao F FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file G GMM/SM GPRS Mobility Management Giao thức quản lý di động GPRS GMSC Gateway MSC MSC cổng GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung H HE Home Environment Môi trường thường trú HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú HSCSD High Speed Circuit-Switched Data Dữ liệu chuyển mạch tồc độ cao HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức chuyển giao siêu văn bản I IDEA International Data Encryption Algorithms IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng kỹ thuật Internet IK Integrity key Khoá toàn vẹn IMAP Internet Message Access Protocol Giao thức truy nhập bản tin Internet IMEI International Mobile Equipment Indentifier Nhận dạng thiết bị di động Quốc tế IMSI International Mobile Subscriber Identity Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế IMT-2000 International Mobile Telecommunication 2000 Tiêu chuẩn viễn thông di động Quốc tế 2000 IMUN International Mobile User Number Chỉ số người sử dụng thuê bao di động quốc tế IP Internet Protocol Giao thức Internet IPSec Internet Protocol Security An ninh IP ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp nhiều dịch vụ ITU International Telecommunications Union Liên minh viễn thông Quốc tế L LAI Location Area Indentifier Nhận dạng vùng định vị LLC Logical Link Control Giao thức điều khiển liên kết logic M MAC Message authentication code Mã nhận thực bản tin MAC-A MAC used for authentication and key agreement MAC sử dụng để nhận thực và thống nhất khoá MAC-I MAC used for data integrity of signalling messages MAC sử dụng để bảo vệ tính toàn vẹn số liệu báo hiệu MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MD Message Degest Tóm tắt bản tin MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MTP Message Transfer Protocol Giao thức truyền bản tin N NMT Nordic Mobile Telephony Điện thoại di động bắc Âu p PC Personal Computer Máy tính cá nhân PDA Personal Digital Assistant Thiết bị hỗ trợ cá nhận số PDC Personal Digital Communications Truyền thông số cá nhân PIN Personal Identification Code Mã nhận dạng cá nhân PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khoá công cộng PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng R RSA Rivest-Shamir-Adlemen Thuật toán mật mã hóa và kiểm chứng quyền tiếp nhận S SA Security Association SAD Security Association Database Cơ sở dữ liệu liên kết an ninh SCCP Signaling Connection and Control Part Kết nối báo hiệu và phần điều khiển SCK Static Cipher Key Khóa mã hóa tĩnh SGSN Serving GPRS Support Node Node hỗ trợ GPRS phục vụ SIM GSM Subscriber Identity Module Môdun nhận dạng thuê bao GSM SNDCP Sub-Network Dependent Convergence Protocol Giao thức hội tụ phụ thuộc mạng con SPD Security Policy Database Cơ sở dữ liệu chính sách an ninh SSL Secure Sockets Layer Lớp ổ cắm an toàn T TACS Total Access Communication Systems Hệ thống truyền thông truy nhập toàn cầu TDM Time Division Multiplexing Phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TMSI Tempoary Mobile Subscriber Identity Số nhận dạng thuê bao di động tạm thời TLS Transport Layer Security An ninh lớp truyền tải U UAK User Authentication Key UDP User Datagram Protocol Giao thức bó số liệu người sử dụng UMI UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu URL UWC Universal Wireless Communication Truyền thông vô tuyến toàn cầu V VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo W WAP Wireless Application Protocol Giao thức ứng dụng vô tuyến WCDMA Wideband Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WEP Wired Equivalent Privacy WLAN WTLS Wireless Transport Layer Security X XRES EXpected user RESponse Đáp ứng người sử dụng mong đợi LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp viễn thông đã có những bước phát triển mạnh mẽ trong những năm vừa qua, đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến và di động. Sự phát triển của các công nghệ mới kéo theo là rất nhiều dịch vụ tiện ích mới ra đời đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Trong đó phải kể đến các dịch vụ truyền bản tin như email, SMS, EMS, MMS, IM… đã góp phần không nhỏ trong việc nâng cao các ứng dụng hiện có, đồng thời đưa ra một phương tiện truyền tin mới khi cần có thể thay thế cho các cuộc gọi thoại truyền thống vốn không phải lúc nào cũng tiện lợi mà cước phí lại cao. Các công nghệ truyền bản tin cũng tạo ra một giải pháp hữu hiệu trong việc gắn kết hai hệ thống lớn là viễn thông di động và Internet. Bằng phương pháp này, người dùng có thể gửi các bản tin, nhạc chuông, logo, hình ảnh… cho điện thoại di động từ Internet. Ngoài ra, người dùng có thể tra cứu thông tin thị trường chứng khoán, thời tiết, chương trình truyền hình…. ở mọi nơi, mọi thời điểm và ở các thiết bị khác nhau. Điều này tạo những chuyển biến tích cực trong đời sống kinh tế xã hội trên toàn thế giới, thay đổi cách sống của con người. Cùng với sự phát triển của thông tin di động mang lại nhiều lợi ích cho xã hội thì những nguy cơ và thách thức đối với các nhà cung cấp dịch vụ cũng tăng.Thông tin của người dùng truyền trong môi trường vô tuyến có thể bị tấn công hay bị nghe trộm bởi người khác, các dịch vụ của nhà nhà cung cấp có thể bị đánh cắp hay bị phá hoại. Điều này gây thiệt hại lớn cả về kinh tế và chất lượng dịch vụ cho cả người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Những thách thức này đặt ra các yêu cầu cho các nhà cung cấp dịch vụ về vấn đề nhận thực và bảo mật cho thông tin vô tuyến và di động để bảo vệ quyền lợi của người dùng và lợi ích của chính bản thân các nhà cung cấp. Với sự phát triển của thông tin và công nghệ máy tính người ta đã đưa ra các giải pháp về nhận thực và bảo mật khác nhau. Một số công nghệ nhận thực và bảo mật hiện nay cho phép tạo nên các giải pháp truyền tin di động được đảm bảo từ đầu cuối tới đầu cuối. Các công nghệ này cần phải được hợp nhất vào trong ứng dụng từ lúc bắt đầu thiết kế cho tới khi thực hiện xong. Thế hệ đầu tiên của các hệ thống thông tin di động tổ ong có rất ít các phương pháp an ninh bảo vệ những người dùng và nhà khai thác hệ thống. Hệ thống thế hệ thứ hai nhìn chung đã thực hiện điều này tốt hơn nhiều, và bảo vệ được tính bí mật và nhận thực thực thể. Mặc dù đã được cải thiện một cách đáng kể, an ninh thông tin trong thế hệ hai vẫn còn nhiều vấn đề cần phải khắc phục. Hệ thống thông tin di động 3G ra đời đã tạo dựng một kiến trúc an ninh chắc chắn, nhờ đó cung cấp được những đặc tính an ninh cần thiết. Hiện nay, hệ thống thông tin di động thế hệ 3 UMTS đã được ITU chấp thuận và dự kiến đưa ra thương mại vào đầu thế kỷ 21. Hiện tại, hệ thống này đã được triển khai tại Nhật và một số nước kác trên thế giới, dự kiến sẽ đưa vào thử nghiệm tạị Việt Nam vào các năm tới. Do đó việc nghiên cứu an ninh thông tin trong hệ thống này là một điều hết sức cần thiết. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, em đã chọn dề tài nghiên cứu “Các thủ tục nhận thực và bảo mật trong mạng CDMA” để làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung đồ án gồm 5 chương: Chương I: Tổng quan về thông tin di động Chương II: Tổng quan về anh ninh trong thông tin di động Chương III: Các kỹ thuật an ninh dùng trong thông tin di động Chương IV: Nhận thực trong mạng tổ ong số thế hệ hai Chương V : Thế hệ 3 – Nhận thực và bảo mật trong UMTS Do hạn chế về kinh nghiệm, trình độ nghiên cứu và thời gian có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được thầy cô và các bạn góp ý để đồ án của em được hoàn thiện hơn. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 Mở đầu Thông tin di động bắt đầu từ những năm 1920, khi các cơ quan an ninh ở Mỹ bắt đầu sử dụng điện thoại vô tuyến, dù chỉ là ở các căn cứ thí nghiệm. Công nghệ vào thời điểm đó đã có những thành công nhất định trên các chuyến tàu hàng hải, nhưng nó vẫn chưa thực sự thích hợp cho thông tin trên bộ. Các thiết bị còn khá cồng kềnh và công nghệ vô tuyến vẫn còn gặp khó khăn trước những toà nhà lớn ở thành phố. Vào năm 1930 đã có một bước tiến xa hơn với sự phát triển của điều chế FM, được sử dụng ở chiến trường trong suốt thế chiến thứ hai. Sự phát triển này kéo dài đến cả thời bình, và các dịch vụ di động bắt đầu xuất hiện vào những năm 1940 ở một số thành phố lớn. Tuy vậy, dung lượng của các hệ thống đó rất hạn chế, và phải mất nhiều năm thông tin di động mới trở thành một sản phẩm thương mại. Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động được trình bày tóm tắt trong hình vẽ 1.1 Hình 1.1: Lộ trình phát triển các thế hệ thông tin di động 1.2 Công nghệ vô tuyến thế hệ một Thế hệ đầu tiên của thông tin di động dựa trên truyền tín hiệu analog. Hệ thống analog, đã từng được triển khai ở Bắc Mĩ được biết đến với tên gọi AMPS (Analog Mobile Phone Systems), hoạt động ở dải tần 800Mhz. Hệ thống di động đầu tiên ở Châu Âu được triển khai năm 1981 ở Thụy Điển, Nauy, Đan Mạch và Phần Lan sử dụng công nghệ NMT (Nordic Mobile Telephony) hoạt động ở dải tần 450Mhz. Phiên bản sau của NMT hoạt động ở tần số 900MHz và được biết đến với tên gọi NMT900. Không thua kém, Anh giới thiệu một công nghệ khác vào năm 1985, TACS (Total Access Communication Systems). Các hệ thống thông tin di động thế hệ một đã giải quyết những hạn chế đầu tiên về dung lượng, mặc dù chỉ là hệ thống tương tự, sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh và chỉ được thiết kế cho truyền tiếng. 1.3 Công nghệ vô tuyến thế hệ hai Thế hệ hai của mạng di động dựa trên truyền dẫn tín hiệu số băng thấp. Công nghệ vô tuyến 2G thông dụng nhất được biết đến là GSM (Global Systems for Mobile Communication). Các hệ thống GSM, được triển khai lần đầu tiên vào năm 1991, hiện nay đang hoạt động ở khoảng 140 nướcvà lãnh thổ trên thế giới, với khoảng 248 triệu người sử dụng. GSM kết hợp cả hai kỹ thuật TDMA và FDMA. Các hệ thống GSM đầu tiên sử dụng phổ tần 25MHz ở dải tần 900MHz. FDMA được sử dụng để chia băng tần 25MHz thành 124 kênh tần số vô tuyến (độ rộng kênh là 200kHz). Với mỗi tần số lại sử dụng khung TDMA với 8 khe thời gian. Ngày nay các hệ thống GSM hoạt động ở băng tần 900MHz và 1.8GHz trên toàn thế giới (ngoại trừ Mỹ hoạt động trên băng tần 1.9GHz) Cùng với GSM, một công nghệ tương tự được gọi là PDC (Personal Digital Communications), sử dụng công nghệ TDMA nổi lên ở Nhật. Từ đó, một vài hệ thống khác sử dụng công nghệ TDMA đã được triển khai khắp thế giới với khoảng 89 triệu người sử dụng. Trong khi GSM được phát triển ở Châu Âu thì công nghệ CDMA được phát triển mạnh ở Bắc Mĩ. CDMA sử dụng công nghệ trải phổ và đã được thực hiện trên khoảng 30 nước với ước tính khoảng 44 triệu thuê bao. Trong khi GSM và các hệ thống sử dụng TDMA khác trở thành công nghệ vô tuyến 2G vượt trội, công nghệ CDMA cũng đã nổi lên với chất lượng thoại rõ hơn, ít nhiễu hơn, giảm rớt cuộc gọi, dung lượng hệ thống và độ tin cậy cao hơn. Các mạng di động 2G trên đây chủ yếu vẫn sử dụng chuyển mạch kênh. Các mạng di động 2G sử dụng công nghệ số và có thể cung cấp một số dịch vụ ngoài thoại như fax hay bản tin ngắn ở tốc độ tối đa 9.6 kbps, nhưng vẫn chưa thể duyệt web và các ứng dụng đa phương tiện. Hình vẽ dưới đây thể hiện tổng quan về ba công nghệ TDMA, FDMA và CDMA. Hình 1.2: Các phương pháp đa truy nhập 1.4 Các công nghệ tiến tới 3G Sự bùng nổ của mạng Internet đã có những ảnh hưởng to lớn đến nhu cầu đối với các dịch vụ vô tuyến băng rộng. Tuy nhiên, tốc độ của các hệ thống vô tuyến chuyển mạch kênh tương đối thấp. Vì thế, GSM, PDC và các hệ thống sử dụng TDMA khác đã phát triển công nghệ 2G+, dựa trên chuyển mạch gói và và tăng tốc độ truyền số liệu lên tới 384kbps. Các hệ thống 2G+ dựa trên các công nghệ: HSCSD (High Speed Circuit-Switched Data), GPRS (General Packet Radio Service) và EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution). i/ HSCSD là một bước tiến tới các mạng di động 3G băng rộng. Công nghệ chuyển mạch kênh này cải tiến tốc độ đạt tới 57.6kbps bằng cách kết hợp 4 khe thời gian 14.4kbps. ii/ GPRS là bước trung gian cho phép GSM cung cấp các dịch vụ Internet. Công nghệ này sử dụng chuyển mạch gói và được thiết kế để làm việc song song với 2G GSM, PDC và các hệ thống TDMA khác, sử dụng kết hợp từ 1 đến 8 khe thời gian kênh vô tuyến ở dải tần 200kHz được cấp cho sóng mang để tăng tốc độ lên tới 115kbps. Số liệu được đóng gói và truyền dẫn qua PLMN (Public Land Mobile Networks) sử dụng đường trục IP, vì thế thuê bao di động có thể truy nhập các dịch vụ Internet như ftp, các dịch vụ Web dựa trên HTTP, email trên nền SMTP/POP. Ngoài các thành phần cơ bản đã có ở mạng GSM như BSS, MS và MSC, mạng GPRS còn có mạng di động mặt đất công cộng PLMN, điểm hỗ trợ GPRS dịch vụ SGSN và điểm hỗ trợ GPRS cổng GGSN. Chuyển vùng (roaming) được điều tiết qua các PLMN. SGSN và GGSN lấy các thông tin về người sử dụng từ HLR để quản lý và thực hiện cuộc gọi. GGSN cung cấp các kết nối tới các mạng ngoài như mạng Internet hay mạng X.25. BTS thu và phát tín hiệu qua giao diện vô tuyến, cung cấp các kết nối số liệu và tiếng với MS. BSC định tuyến các phiên giao dịch dữ liệu tới PLMN qua liên kết Frame Relay (FR) và các cuộc gọi thoại thông thường tới MSC. MSC sẽ chuyển mạch các cuộc gọi tới các mạng chuyển mạch kênh như PSTN và ISDN. MSC điều tiết VLR để lưu giữ thông tin của thuê bao chuyển mạng. Đối với các phiên giao dịch dữ liệu, nó được BSC định tuyến tới SGSN, sau đó được chuyển mạch tới PDN qua GGSN hoặc tới thuê bao khác. Dưới đây là cấu trúc mạng GPRS: Hình 1.3: Kiến trúc mạng GPRS Hình vẽ 1.4 dưới đây chỉ ra các giao thức được sử dụng ở BTS, BSC, GGSN, SGSN và các máy cầm tay khác. Sub-Network Dependent Convergence Protocol (SNDCP): Giao thức hội tụ phụ thuộc mạng con, giao thức này nằm giữa LLC và lớp mạng. SNDCP cũng cung cấp các chức năng khác như nén, phân đoạn và dồn các bản tin lớp mạng vào một kết nối ảo đơn nhất. Logical Link Control (LLC): Giao thức điều khiển kết nối logic, đây là giao thức lớp liên kết dữ liệu cho GPRS, hoạt động như Link Access Protocol – D (LAPD). Lớp này đảm bảo truyền dữ liệu người sử dụng một cách tin cậy qua mạng vô tuyến. GPRS Tunnel Protocol (GTP): Giao thức tuyến đường hầm GPRS. GTP hoạt động trên TCP/UDP qua IP. Hình 1.4: Các giao thức sử dụng ở GPRS Base Station System GPRS Protocol (BSSGP): Giao thức GPRS hệ thống trạm gốc. Giao thức này xử lý định tuyến và thông tin QoS cho BSS. BSSGP sử dụng giao thức lõi Frame Relay Q.922 làm cơ chế hoạt động. GPRS Mobility Management (GMM/SM): Giao thức quản lý lưu động GPRS. Giao thức này hoạt động trên mặt phẳng bảo hiệu của GPRS, quản lý các yếu tố lưu động như: chuyển vùng, nhận thực, chọn thuật toán mã hoá và duy trì PDP context. Network Service: Giao thức dịch vụ mạng. Giao thức này quản lý sự hội tụ của các lớp con hoạt động giữa BSSGP và Frame Relay Q.922 bằng cách ánh xạ các yêu cầu dịch vụ BSSGP tới các dịch vụ Frame Relay thích hợp. BSSAP+: Giao thức cho phép tìm gọi đối với kết nối thoại từ MSC qua SGSN. Giao thức này cho phép tìm gọi cho kết nối thoại từ MSC qua SGSN, do đó tối ưu hoá tìm gọi cho thuê bao di động. BSSAP+ cũng có chức năng định vị và định tuyến cập nhật cũng như cảnh báo MS. SCCP, MTP3, MTP2: Là các giao thức sử dụng để hỗ trợ cho MAP và BSSAP+ trong các mạng chuyển mạch kênh PLMN. Mobile Application Part (MAP): Hỗ trợ báo hiệu giữa SGSN/GGSN và HLR/AuC/EIR. iii/ EDGE sử dụng các hệ thống điều chế nhiều trạng thái hơn so với GPRS/GSM cho phép cung cấp tốc độ tới 48kbps trên mỗi khe thời gian tương ứng của GSM. Với việc phân bổ khe thời gian động, EDGE có thể cung cấp tốc độ tối đa theo lý thuyết là 384kbps (thậm chí là 473kbps trong tương lai khi sử dụng điều chế 16QAM). Do vậy nó cung cấp được hầu hết các dịch 3G, đây là lý do mà đôi khi EDGE được coi là mạng 2.75G. 1.5 Tổng quan các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 Công nghệ vô tuyến 3G là sự hội tụ của nhiều hệ thống viễn thông vô tuyến 2G trong một hệ thống toàn cầu bao gồm cả các thành phần vệ tinh và mặt đất. Một trong những đặc điểm quan trọng của 3G là khả năng thống nhất các tiêu chuẩn ô như CDMA, GSM, TDMA. Có ba phương thức đạt được kết quả này là WCDMA, CDMA2000 và UWC136 (Universal Wireless Communication) i/ CDMA2000 tương thích với CDMA thế hệ hai IS-95 phần lớn đã được sử dụng ở Mỹ. ii/ UWC, còn được gọi là IS-136 HS, đã được đề xuất bởi TIA và thiết kế theo chuẩn ANSI-136, một tiêu chuẩn TDMA Bắc Mỹ. iii/ WCDMA tương thích với mạng 2G GSM phổ biến ở châu Âu và đa phần châu Á. WCDMA sử dụng băng tần 5Mhz và 10 Mhz, tạo nên một nền tảng thích hợp cho các nhiều ứng dụng. Nó có thể đặt trên các mạng GSM, TDMA hay IS-95 sẵn có. Mạng WCDMA sẽ được sử dụng cho các ứng dụng tốc độ cao và các hệ thống 2G được sử dụng cho các cuộc gọi thoại thông thường. 1.6 So sánh giữa các mạng 2G và 3G Như đã trình bày ở trên, mặc dù có nhiều điểm tương đồng giữa các mạng vô tuyến 2G và 3G (và nhiều thành phần 2G và 3G được chia sẻ qua các chức năng tương tác), vẫn có rất nhiều điểm khác biệt giữa hai công nghệ này. Bảng dưới đây so sánh sự khác biệt về mạng lõi, phần vô tuyến và một số khía cạnh khác của các mạng di động thế hệ 2; thế hệ 2.5 và thế hệ 3. Đặc điểm 2G 2G+ 3G Mạng lõi MSC/VLR, GMSC, HLR/AuC/EIR MM, CM, BSSAP, SCCP, ISUP,TCAP, MAP, MTP3, MTP2, MTP1 TDM transport MSC/VLR, GMSC, SGSN, GGSN, HLR/AuC/EIR, CGF GMM/SM/SMS, MM, CM, GTP, SNDCP,NS, FR, LLC, BSSGP, BSSAP, BSSAP+, SCCP, TCAP, MAP, ISUP, MTP3, MTP2, MTP1 TDM, Frame Relay transport 3G MSC/VLR (thêm các tính năng tương tác và chuyển mã), GMSC, HLR/AuC/EIR, 3G-SGSN, GGSN, CGF GMM/SM,MM,CM,BSSAP, RANAP,GTP,SCCP, MTP3B, M3UA, SCTP, Q.2630.1 (NNI), TCAP, MAP, ISUP, MTP3, MTP2, MTP1, Q.2140, SSCOP ATM, IP transport Truy nhập vô tuyến BTS, BSC, MS FDMA, TDMA, CDMA MM, CM, RR, LAPDm,LAPD, BSSAP,SCCP, MTP3, MTP2, MTP1 BTS, BSC, MS TDMA, CDMA, EDGE MAC, RLC, GMM/SM/SMS,LLC, SNDCP, BSSGP, NS, FR,RR,BSSAP, SCCP, MTP3, MTP2, MTP1 Node B, RNC, MS W-CDMA, CDMA2000, IWC-136 GMM/SM, MAC, RLC, PDCP,RRC,Q.2630.1(UNI+ NNI),NBAP, RNSAP, RANAP, SCCP, MTP3B, M3UA, SCTP, GTP-U, Q.2140, Q.2130, SSCOP, CIP Thiết bị cầm tay Đầu cuối chỉ phục vụ thoại Loại thiết bị mới cho TDMA và CDMA, các thiết bị thoại và số liệu. Hỗ trợ WAP, chưa hỗ trợ đa dịch vụ Loại thiết bị mới, đa chủng loại cho thoại, dữ liệu, truyền hình Hỗ trợ WAP và đa dịch vụ Cơ sở dữ liệu HLR, VLR, EIR, AuC HLR, VLR, EIR, AuC HLR, VLR, EIR,AuC tăng cường Tốc độ dữ liệu 9.6 Kbps 57.6 Kbps (HSCSD) 115Kbps (GPRS) 384 Kbps (EDGE) 2Mbps Ứng dụng Thoại và bản tin ngắn (SMS) SMS, Internet Internet, đa dịch vụ Chuyển vùng Bị giới hạn Bị giới hạn Toàn cầu Bàng 1.1: So sánh giữa 2G, 2.5G và 3G CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ AN NINH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG Mở đầu Một trong những vấn đề đáng quan tâm khi thực hiện các giải pháp di dộng và vô tuyến là an ninh số liệu. Việc đảm bảo an toàn và bảo mật số liệu hãng trong môi trường vô tuyến là một điều tương đối khó, thêm vào đó việc truyền dẫn số liệu qua mạng vô tuyến và lưu trữ số liệu di động làm nhiệm vụ trở nên khó khăn hơn. Một số công nghệ an toàn và bảo mật hiện nay cho phép tạo nên các giải pháp truyền tin di động được đảm bảo từ đầu cuối tới đầu cuối. Các công nghệ này cần phải được hợp nhất vào trong ứng dụng từ lúc bắt đầu thiết kế cho tới khi thực hiện xong. Việc chủ yếu là phải đảm bảo an ninh toàn bộ mọi mặt của hệ thống, bởi vì những kẻ ác ý sẽ luôn tấn công vào những phần yếu nhất của hệ thống. Thế nên rõ ràng việc tồn tại một liên kết yếu là rất nguy hiểm. Để có thể thực hiện được một một môi trường thực sự an ninh cần phải có cả công nghệ chuẩn và chính sách an ninh cộng đồng. Điều này sẽ giúp đảm bảo rằng mọi mặt của hệ thống được an toàn. Phần này này sẽ giới thiệu một cách tổng quan về các khái niệm an ninh chung, trước tiên là các yếu tố cần thiết để có xây dựng một môi trường đảm bảo an ninh, sau đó là các nguy cơ an ninh chính và những thách thức gặp phải khi xây dựng kiến trúc an ninh trong môi trường vô tuyến và di động. Các giải pháp nhằm đảm bảo an ninh thông tin sẽ được đề cập ở chương 3 Các yếu tố cần thiết để tạo một môi trường an ninh Để đảm bảo an ninh từ đầu cuối tới đầu cuối cần phải thực hiện trên toàn bộ môi trường bao gồm truy nhập hãng, các thành phần thuộc lớp trung gian,và các ứng dụng Client. An ninh từ đầu cuối tới đầu cuối có nghĩa là số liệu được an toàn trong toàn bộ tuyến hành trình từ người gửi đến người nhận, thường là từ ứng dụng Client tới Server hãng. Điều này không đơn giản chỉ là mật mã hoá số liệu. Trong phần này sẽ nghiên cứu năm vấn đề cần để tạo một môi trường di động an toàn. Việc hiểu được các vấn đề này và tác động của chúng trên ứng dụng di động có tính chất quyết định để tạo nên các ứng dụng an ninh. Nhận thực Nhận thực là việc xử lý xác nhận những người đó và tổ chức đó là ai và họ cần cái gì. Đối với mạng di động nhận thực được thực hiện tại hai mức: Mức mạng và mức ứng dụng. Mức mạng yêu cầu người dùng phải được nhận thực trước khi người đó được phép truy nhập. Điều này hoàn toàn có thể được thực hiện dựa trên thiết bị hay modem đang sử dụng, hoặc rõ ràng hơn là sử dụng các cơ chế khác nhau. Tại lớp ứng dụng, nhận thực được thực hiện ở cả hai ứng dụng: Client và Server hãng. Để có thể truy nhập vào số liệu hãng, Client cần phải chứng minh với Server rắng nó được phép. Đồng thời, trước khi Client cho phép một Server bên ngoài được kết nối với nó, ví dụ trong trường hợp Server cần đẩy một vài nội dung nào đó tới Client, thì Server đó phải tự nhận thực tới ứng dụng Client. Phương pháp nhận thực đơn giản nhất và cũng kém an toàn nhất là một tổ hợp mật khẩu hay tên người dùng, các phương pháp tiện ích hơn là sử dụng chứng nhận số hoặc chữ ký số. Tính toàn vẹn dữ liệu Tính toàn vẹn dữ liệu là sự đảm bảo dữ liệu trong câu hỏi không bị biến đổi hoặc bị xuyên tạc theo một cách nào đó trong suốt quá trình truyền dẫn từ người gửi tới người nhận. Điều này có thể thực hiện bằng cách mật mã hoá số liệu phối hợp với một tổng kiểm tra mật mã hoặc với mã nhận thực bản tin (MAC – Message Authentication Code). Thông tin này được mã hoá vào chính bên trong bản tin đó bằng cách áp dụng một thuật toán đối với bản tin. Khi người nhận nhận được bản tin, họ sẽ tính toán MAC và so sánh với MAC được mã hoá trong bản tin để xem các mã này có giống nhau không. Nếu giống, người nhận có thể tin tưởng rằng bản tin đó không bị sửa đổi. Còn nếu các mã này không giống nhau, người nhận có thể loại bỏ bản tin này. Tính bí mật Tính bí mật là một trong những mặt quan trọng nhất của an ninh và thường được đề cập đến nhiều nhất. Bí mật có nghĩa là duy trì tính riêng tư của số liệu, đảm bảo số liệu không bị người khác xem. Bình thường, khi người dùng lo lắng về độ an toàn của một hệ thống, họ thường lo lắng về độ an toàn của các thông tin nhạy cảm như số thẻ tín dụng, giấy ghi sức khoẻ, những thông tin này có thể bị người khác có chủ tâm xấu xem trộm. Cách chung nhất để ngăn ngừa sự xâm phạm này là mật mã hoá số liệu. Việc xử lý này bao gồm mật mã hoá nội dung của bản tin thành một dạng mà những người khác không thể đọc được trừ người nhận đã được chỉ định. Phân quyền Phân quyền là công việc xử lý định ra mức độ truy nhập của người sử dụng, rằng người đó được phép hay không được phép thực hiện một hoạt động nào đó. Phân quyền thường luôn đi kèm với nhận thực. Khi một người dùng đã được nhận thực, hệ thống sẽ cân nhắc xem người đó được phép làm những gì. Danh sách điều khiển truy nhập (ACLs: Access Control Lists) thường được sử dụng để thực hiện điều này. Chẳng hạn, mọi người dùng chỉ có thể được phép truy nhập và đọc một tập số liệu trong khi nhà quản trị hoặc một số đối tượng đáng tin cậy nào đó có thể được phép ghi trên số liệu đó. 2.2.5 Tính không thể phủ nhận Tính không thể phủ nhận có nghĩa là khiến một số người phải chịu trách nhiệm đối với các phiên giao dịch mà họ đã tham dự. Nó bao gồm việc nhận dạng ra những người này theo một cách nào đó mà họ không thể phủ nhận sự dính dáng của họ trong phiên giao dịch. Tính không thể phủ nhận có nghĩa là cả người gửi lẫn người nhận một bản tin đều có thể chứng minh được với một người thứ ba rằng người gửi thực sự là đã gửi bản tin và người nhận đã nhận được chính bản tin đó. Để thực hiện được điều này, mỗi một phiên giao dịch cần phải được đóng dấu bằng một chữ ký số mà chữ ký này có thể được một người dùng thứ ba thẩm tra và gán tem thời gian. 2.3 Các nguy cơ an ninh mạng Việc xây dựng một giải pháp an ninh sẽ là khó nếu như không có sự nhận biết nào về các mối nguy cơ an ninh mạng. Do vậy, sau khi xem xét những vấn đề cần thiết đối với một môi trường an ninh, phần này sẽ xem xét bốn nguy cơ an ninh mạng: Làm giả, thăm dò, làm sai lệch số liệu, và đánh cắp. Bất kể dữ liệu đang truyền hay không, bất kể môi trường truyền là môi trường hữu tuyến hay vô tuyến đều cần phải đề phòng các mối nguy hiểm này. Chú ý: Để đơn giản hoá thuật ngữ, các truy nhập vào dũ liệu hoặc các hệ thống thông qua kẽ hở an ninh sẽ coi như là truy nhập trái phép. 2.3.1 Giả mạo (Spoofing) Giả mạo là âm mưu của một người nào đó nhằm đạt được sự truy nhập trái phép tới một ứng dụng hoặc hệ thống bằng cách giả mạo thành một người nào đó. Sau khi kẻ giả mạo truy nhập vào được, họ có thể sẽ tạo các câu trả lời giả cho các bản tin để có thể thu thập nhiều thông tin hơn và truy nhập tới các phần khác của hệ thống. Sự giả mạo là một vấn đề chính đối với an ninh Internet do đó cũng là vấn đề đối với an ninh mạng Internet không dây, bởi vì một kẻ giả mạo có thể làm cho các người dùng ứng dụng tin rắng họ đang thông tin với đối tượng đáng tin cậy chẳng hạn như ngân hàng của họ, nhưng sự thực họ lại đang thông tin với một tổ chức tấn công. Một cách vô tình, những người dùng lại thường xuyên cung cấp thêm thông tin hữu ích cho kẻ tán công có thể truy nhập tới các phần khác hoặc người dùng khác của hệ thống Thăm dò, sẽ được mô tả dưới đây, thường được sử dụng kết hợp với giả mạo nhằm lấy được đủ thông tin để có thể truy nhập tới hệ thống. Cũng chính bởi lí do này, cần phải thực hiện cả nhận thực và mật mã hoá để chống lại sự giả mạo. 2.3.2 Thăm dò (Sniffing) Thăm dò là kỹ thuật được sử dụng để giám sát lưu lượng số liệu trên mạng. Ngoài mục đích sử dụng đúng dắn, thăn dò thường được sử dụng kết hợp với bản sao trái phép số liệu mạng. Thăm dò về bản chất là nghe trộm điện tử. Bằng cách nghe ngóng số liệu trên mạng, những người dùng trái phép có thể có được các thông tin nhạy cảm giúp họ có thể tấn công mạnh hơn vào các người dùng ứng dụng, các hệ thống hãng, hoặc cả hai. Thăm dò rất nguy hiểm bởi việc thực hiện nó đơn giản lại khó bị phát hiện. Hơn nữa các công cụ thăm dò dễ kiếm lại dễ định hình. Thực tế các phương pháp thăm dò Ethernet xuất hiện cùng với các phần mềm Microsolf Windown NT và Windown 2000, rất may là các phương pháp này dễ phát hiện. Để có thể chống lại các phương pháp thăm dò khác tinh vi hơn thì mật mã hoá sô liệu là công cụ bảo vệ tốt nhất, nếu một người dùng trái phép truy nhập được vào nguồn số liệu đã được mật mã hoá thì họ cũng không có cách nào giải mã được số liệu. Điều này đòi hỏi giao thức mật mã hoá đang được sử dụng phải gần như không thể phá vỡ. Nhiều người dùng mạng WLAN đã phát hiện ra rằng mật mã hoá WEP (Wired Equivalent Privacy) thường không đủ khả năng bảo vệ số liệu của họ. 2.3.3 Làm sai lệch số liệu (Tampering) Làm sai lệch số liệu có thể gọi là sự tấn công vào tính toàn vẹn của số liệu, bao gồm việc sửa đổi ác ý số liệu khỏi dạng ban đầu, thường xảy ra đối với số liệu đang được truyền, mặc dù nó vẫn xảy ra đối với số liệu lưu trữ trên thiết bị Server hoặc Client. Sau đó số liệu đã bị sửa đổi đưa trở lại vị trí ban đầu. Việc thực hiện mật mã hoá số liệu, nhận thực, phân quyền là những phương pháp để chống lại các tấn công làm sai lệch số liệu. 2.3.4 Đánh cắp (Theft) Đánh cắp thiết bị là một vấn đề cố hữu trong tính toán di động, nó không chỉ làm người dùng mất chính thiết bị đó mà còn cả số liệu bí mật nào đó có thể được lưu trên thiết bị này. Đây có thể là một nguy cơ khá lớn đối với các ứng dụng Client thông minh khi chúng thường lưu trữ dữ liệu cố định, mang bản chất bí mật. Chính bởi các lí do trên, cần phải tuân thủ các nguyên tắc sau khi cần bảo vệ thiết bị di động của mình. Khoá các thiết bị b._.ằng một tổ hợp tên người dùng/mật khẩu nhằm tránh sự truy nhập dễ dàng. Yêu cầu nhận thực để truy nhập tới một ứng dụng nào đó có trên máy di động. Không lưu trữ các mật khẩu trên thiết bị. Mật mã hoá tất cả những nơi lưu trữ số liệu cố định. Thực hiện các chính sách an ninh đối với các người dùng di động. Nhận thực và mã hoá, cùng vói chính sách an ninh đều cần thiết để tránh sự truy nhập số liệu ác ý từ thiết bị bị đánh cắp hoặc bị mất. Rất may vấn dề này không nghiêm trọng đối với các ứng dụng Internet không dây khi chúng lưu trữ số liệu bên ngoài bộ nhớ đệm của trình duyệt. 2.4 Những thách thức trong môi trường nối mạng vô tuyến Các mạng vô tuyến đã mở rộng phạm vi và tính linh loạt trong truyền thông và tính toán bằng nhiều phương tiện giúp cho việc thông tin liên lạc trở nên cực kì thuận lợi. Tuy nhiên, môi trường nối mạng vô tuyến lại luôn biến động, độ tin cậy thấp và là môi trường hở dẫn đến có nhiều nguy cơ bị xâm phạm và bị lừa gạt hơn là cơ sở hạ tầng mạng cố định. Tập các nhân tố này tác động đến vấn đề an ninh thông tin và nhận thực trong các môi trường nối mạng vô tuyến, chúng tạo nên các thử thách thật sự mà các nhà thiết kế hệ thống và kiến trúc an ninh cần phải vượt qua. Đó là: Việc truy nhập tới tài nguyên từ xa thường chậm và đôi lúc lại bị gián đoạn tạm thời, tính di động của người sử dụng làm tăng độ biến động của thông tin, tính di chuyển được của thiết bị dẫn đến tính sẵn sàng của tài nguyên bị hạn chế khi cần xử lý trong môi trường tính toán di động. Thử thách đặt ra đối với nhà thiết kế tính toán di động là thích ứng hệ thống với môi trường nối mạng vô tuyến sao cho nó vẫn hoạt động tốt với những yếu tố này. 2.4.1 Thách thức thứ nhất: Các liên kết mạng vô tuyến Như định nghĩa, mạng vô tuyến phụ thuộc vào các liên kết truyền thông vô tuyến, điển hình sử dụng tín hiệu vô tuyến để thực hiện truyền thông tin qua ít nhất một phần quan trọng trong cơ sở hạ tầng mạng. Lợi thế lớn nhất của công nghệ truyền thông vô tuyến là nó có thể hỗ trợ sự truyền thông liên tục với một thiết bị có thể di chuyển được, chẳng hạn đó là một máy điện thoại di động tổ ong hay là một thiết bị hỗ trợ cá nhân số, đó chính là sự di động. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, việc sử dụng các liên kết vô tuyến lại làm nảy sinh ra nhiều vấn đề hơn so với những mạng chỉ sử dụng dây đồng, cáp sợi quang hoặc một vài sự kết hợp của cơ sở hạ tầng cố định. 2.4.1.1 Băng thông thấp Tốc độ trong các mạng vô tuyến tăng khi công nghệ được cải tiến. Tuy nhiên, nhìn chung các liên kết vô tuyến hỗ trợ tốc độ chuyển giao số liệu thấp hơn nhiều tốc độ chuyển giao số liệu qua cơ sở hạ tầng cố định. Chẳng hạn, các mạng thông tin di động tổ ong thế hệ 2 cho phép truyền dữ liệu trên một kênh xấp xỉ 10 Kbit/s. Tốc độ này sẽ tăng lớn hơn 350 Kb/s một chút trong mạng tổ ong 3G. Hiện nay các hệ thống mạng LAN vô tuyến sử dụng các chuẩn 802,11b có thể đạt tốc độ lên tới 11Mb/s. Tuy nhiên, cần chú ý rằng đây là tốc độ trên toàn bộ mạng chứ không phải là tốc độ trên một kênh thông tin tới một máy riêng lẻ, và chỉ hoạt động trong một phạm vi nhỏ. Còn trong thông tin hữu tuyến, các mạng Fast Ethernet hoạt động tại tốc độ 100 Mb/s là tốc độ bình thường trong các mạng của một toà nhà, trong khi đó tốc độ tại các kênh đường trục mạng Internet đường dài lên tới hàng Gb/s. 2.4.1.2 Nguy cơ mất số liệu thường xuyên So với các mạng hữu tuyến, thông tin số thường bị mất hoặc bị sai lệch khi truyền qua một liên kết vô tuyến. Các giao thức lớp mạng sử dụng các cơ chế kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu có thể nhận biết những trường hợp này và yêu cầu thông tin cần được phát lại, nhưng việc phát lại này sẽ ảnh hưởng tới tính hiệu quả do băng thông thấp. Cùng với việc làm giảm tốc độ chuyển giao số liệu, mất số liệu còn làm cho lượng thời gian cần thiết để truyền một khối số liệu biến động (gây ra biến động trễ), hoặc làm chấm dứt một phiên giao dịch. 2.4.1.3 Tình trạng “mở” của sóng vô tuyến Trong mạng hữu tuyến, có thể sử dụng cáp đồng hoặc cáp sợi quang, đều có thể bị xâm phạm, đó có thể là một thách thức mang tính kỹ thuật, tuy nhiên sự xâm phạm này có thể thường được phát hiện bởi thiết bị giám sát mạng. Ngược lại khi một mạng vô tuyến gửi số liệu qua không trung bằng cách sử dụng tín hiệu vô tuyến, một người nào đó có thể nghe trộm, ngay cả khi họ sử dụng một thiết bị rẻ tiền. Hơn nữa các xâm phạm này vốn thụ động và khó bị phát hiện. Trường hợp này dẫn đến một nguy cơ an ninh cơ bản đối với mạng vô tuyến. Trong chương 3 chúng ta sẽ thấy các nhà thiết kế mạng vô tuyến di động đã khắc phục được nguy cơ an ninh này, nảy sinh khi truyền một cuộc hội thoại hoặc số liệu nhạy cảm qua liên kết vô tuyến một cách công khai, bằng cách sử dụng kỹ thuật mật mã hoá. Tuy nhiên không thể kiểm soát được mọi trường hợp. 2.4.2 Thách thức thứ hai: Tính di động của người dùng Như chúng ta đã biết, lợi ích lớn nhất mà công nghệ nối mạng vô tuyến đem lại đó là người sử dụng có thể tự do di chuyển trong khi vẫn duy trì một liên kết tới mạng. Tuy nhiên, đặc tính này lại làm suy yếu và làm mất một số lợi thế cơ bản giúp đảm bảo an ninh thông tin trong mạng hữu tuyến. Chẳng hạn trong một mạng hữu tuyến điển hình của một cơ quan, một máy tính để bàn (destop computer) của người sử dụng sẽ được gắn với cùng một cổng trong cùng một bộ tập trung mạng (hoặc một bộ phận tương đương của thiết bị nối mạng) ngày này qua ngày khác. Hơn nữa, tập hợp các máy tính, máy in, và các thiết bị thành phần mạng khác kết nối tới mạng tại bất kỳ một điểm nào sớm hay muộn cũng nằm trong tầm kiểm soát của nhà quản trị hệ thống. Trong môi trường nối vô tuyến, những người sử dụng, chứ không phải là nhà quản trị hệ thống, sẽ xác định cổng mạng nào hay thậm chí là mạng nào, họ kết nối với thiết bị di động của họ. Tương tự, tập hợp các thiết bị kết nối tới mạng vô tuyến tại một điểm nào đó cuối cùng vẫn phụ thuộc vào sự di chuyển và hoạt động của cá nhân người sử dụng, và nằm ngoài tầm kiểm soát của nhà khai thác mạng. 2.4.2.1 Mất kết nối và tái kết nối Những người sử dụng của các mạng thông tin vô tuyến đều phải đối mặt với những rủi ro xảy ra bất thình lình, chẳng hạn như mất kết nối đột ngột từ mạng. Hiện tượng mất kết nối xảy ra do các nguyên nhân sau: trước hết là do sự di chuyển của người sử dụng cùng với thiết bị di động của họ ra khỏi vùng phủ sóng của trạm gốc mà họ đạng liên lạc, thứ đến là do sự di chuyển của người sử dụng dẫn đến một chướng ngại vật lý, chẳng hạn như một toà nhà hoặc một đường hầm giao thông xen vào giữa thiết bị di động và trạm gốc, hoặc chỉ đơn giản là chỉ do độ tin cậy vốn đã thấp của liên kết vô tuyến. Ngoài ra trong một phiên liên lạc bình thường của mạng thông tin tổ ong, khi người sử dụng di chuyển từ vùng phủ sóng của một trạm gốc này sang vùng phủ sóng của một trạm gốc khác, khi đó mạng phải thực hiện chuyển giao sự điều khiển của phiên truyền thông, hoạt động này được gọi là “chuyển giao (hand off)”. Điều này làm tăng trễ và tiềm ẩn nguy cơ mất kết nối. 2.4.2.2 Kết nối mạng không dồng nhất Trong một mạng hữu tuyến điển hình, một máy tính luôn gắn liền với cùng một mạng nhà. Những đặc trưng của mạng này là đã rất rành rọt. Do đó khi có sự thay đổi, chẳng hạn khi cần bổ sung server file hay tường lửa để nâng cấp mạng, sẽ được quy hoạch và giám sát cẩn thận. Tuy nhiên trong môi trường nối mạng vô tuyến, một trạm di động, chẳng hạn đó là một máy điện thoại di động hoặc là một thiết bị hỗ trợ cá nhân số thường liên tục chuyển mạng giữa các mạng chủ khác nhau. Những đặc trưng của các mạng này và cả cách mà chúng tương tác với mạng nhà của người sử dụng có thể rất khác nhau. 2.4.2.3 Chuyển đổi địa chỉ Trong các mạng hữu tuyến thông thường, các máy tính và các thiết bị khác được kết nối tới cùng một mạng và sử dụng cùng một địa chỉ mạng (địa chỉ IP trong mạng internet toàn cầu) trong một khoảng thời gian dài. Nếu thiết bị này di chuyển giữa các mạng, các nhà quản trị mạng có thể thực hiện thao tác cập nhật địa chỉ mạng. Còn trong môi trường nối mạng vô tuyến, địa chỉ mạng, hoặc ít nhất là các mạng có liên quan, cần phải được quản lí trong môi trường có độ rủi ro và phức tạp hơn nhiều. 2.4.2.4 Thông tin phụ thuộc vào vị trí Tình huống xảy đối với vấn đề thông tin định vị cũng tương tự như tình huống xảy ra trong trường hợp chuyển đổi địa chỉ. Trong mạng hữu tuyến, vị trí của các thiết bị tính toán thường khá ổn định và được kiểm soát bởi các nhà quản trị hệ thống. Còn trong môi trường vô tuyến, vị trí của các thiết bị truyền thông và tính toán thay đổi thường xuyên. Khi cung cấp dich vụ cho người sử dụng, không chỉ cần phải bám theo cơ sở hạ tầng mạng vô tuyến và đáp lại những thay đổi vị trí này mà còn phải thực hiện các giải pháp an ninh để bảo vệ thông tin định vị. Trong môi trường mạng vô tuyến, việc bảo vệ tính bí mật của người sử dụng bao gồm cả việc bảo vệ nội dung bản tin và cuộc hội thoại khỏi sự xâm phạm, nhưng cũng yêu cầu hệ thống phải giữ tính bí mật của thông tin định vị về người sử dụng hệ thống. 2.4.3 Thách thức thứ 3: Tính di chuyển được của thiết bị Để có thể khai thác được tiềm năng của các mạng vô tuyến, người sử dụng yêu cầu các thiết bị truyền thông và tính toán của họ có thể di chuyển một cách dễ dàng. Một cơ sở hạ tầng thông tin và tính toán di động sẽ không được sử dụng nhiều nếu như người sử dụng phải mang theo cả một máy tính để bàn (desttop computer) để có thể khai thác nó. Chính bởi lí do đó mà các sản phẩm điện tử nói chung ngày nay như máy điện thoại tổ ong, thiết bị hỗ trợ cá nhân số (PDA), các máy tính xách tay, các máy quay phim số với các khả năng nối mạng và những thiết bị tương tự được thiết kế để mọi người có thể dễ dàng mang theo khi di chuyển. Các máy tính để bàn ngày nay được thiết kế với ý định ban đầu không phải để mang đi, do đó những thiết kế của nó có phần thông thoáng về không gian, công suất, khả năng đấu nối cáp. Ngược lại, việc thiết kế của các máy tính di động cầm tay cần phải đạt được các đặc tính sau đây: Nhỏ, nhẹ, bền, chịu nước, tiêu thụ năng lương ít. Một nguy cơ an ninh hiển nhiên liên quan chặt chẽ với tính di chuyển được của thiết bị là: Bất cứ một sản phẩm nào được thiết kế để có thể mang và sử dụng khi vận chuyển đều dễ bị đánh cắp. Không chỉ là từ phía máy điện thoại di động tổ ong mà ngay cả về phía hệ thống, không hề có một sự hoài nghi nào về thực tế thiết bị đang di chuyển từ nơi này sang nơi khác, mặc dù bây giờ nó có thể nằm trong tay một người khác chứ không phải là chính chủ. Tính di động được của thiết bị cũng đưa ra những khó khăn khác đối với các nhà thiết kế các sản phẩm tính toán và thông tin di động về mặt an ninh thông tin và nhận thực, bao gồm: 2.4.3.1 Tốc độ bộ xử lý Năng lực xử lý được quyết định bởi các mạch tích hợp trong các thiết bị như máy điện thoại di động và thiết bị phụ trợ cá nhân số (PDA). Các thuật toán mật mã hoá và các thủ tục nhận thực đều yêu cầu sự tính toán và đôi khi còn yêu cầu một khối lượng tính toán khổng lồ. Trong một vài ứng dụng an ninh trong môi trường vô tuyến, như mật mã hoá và giải mật mã một cuộc hội thoại điều khiển qua một máy điện thoại tổ ong. Các thủ tục an ninh cần phải được thực thi trong một thời gian thực. Do đó năng lực xử lý trên thiết bị di động quyết định sự lựa chọn của các nhà thiết kế hệ thống an ninh cho các môi trường vô tuyến. 2.4.3.2 Khả năng lưu trữ hạn chế Vì những lí do tương tự, lượng số liệu có thể được lưu trữ trong một thiết bị tính toán và truyền thông di động nhỏ hơn nhiều khả năng lưu trữ số liệu của một máy để bàn hay một server. Cùng với hạn chế về tốc độ xử lý, nhân tố này cũng ảnh hưởng đến sự lựa chọn trong việc thiết kế hệ thống an ninh cho các mạng vô tuyến. 2.4.3.3 Hoạt động công suất thấp Các sản phẩm điện tử hoạt động được đều nhờ nguồn năng lượng. Bất cứ một hoạt động nào của bộ xử lý trong máy điện thoại tổ ong hay PDA đều phải tiêu thụ công suất và do đó làm giảm nguồn năng lượng sống trong các thiết bị này. Đứng từ quan điểm của người sử dụng sản phẩm, việc đảm bảo an ninh thông tin là một đặc tính rất cần thiết, nhưng trước hết là phải đảm bảo năng lượng cho thiết bị hoạt động, nếu như hết năng lượng thì ngay cả khi năng lực của bộ xử lý cho phép thực hiện những giải pháp an ninh và những thủ tục nhận thực mạnh thì việc thực hiện sẽ không thể tiến hành được. Trên đây đã đưa ra những thách thức mà các nhà thiết kế hệ thống và kiến trúc an ninh cho các mạng vô tuyến phải đối mặt. Các nhân tố này đã giải thích tại sao việc nghiên cứu an ninh thông tin trong môi trường vô tuyến lại khác với những nghiên cứu tương đương trong mạng hữu tuyến. Khi mà sự truy nhập mạng Internet không dây trở nên phổ biến, đồng thời các mạng nhà và mạng của các tổ chức cùng phối hợp hoạt động trong một thành phần mạng vô tuyến thì những nhân tố kể trên sẽ trở nên có tác động rất lớn đến việc thiết kế các hệ thống an ninh cho môi trường hoàn toàn vô tuyến. CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT AN NINH SỬ DỤNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3.1 Mở đầu Việc xem xét các nguy cơ mạng chỉ là mới bắt đầu, các công ty cần phải hiểu biết về các công nghệ hiện có để có thể tối thiểu hoá các nguy cơ an ninh mạng. Mặc dù yêu cầu đối với mỗi công ty là khác nhau, nhưng tất cả các công ty đều thuận lợi nếu có một kế hoạch an ninh vững chắc. Phần sau đây sẽ đưa ra các khái niệm và các kỹ thuật chính cần thiết để thực hiện an ninh từ đầu cuối tới đầu cuối cho các ứng dụng thương mại di động (m-business). 3.2 Kỹ thuật mật mã Mục tiêu cơ bản của mật mã hoá là để cho phép hai người thông tin với nhau qua một kênh thông thông tin không an toàn mà bất kỳ một người thứ ba nào khác cũng không thể hiểu được những gì đang được truyền đi. Khả năng này là một trong những yêu cầu cốt lõi của một môi trường an ninh. Xem xét tất cả các phương pháp để chuyển giao số liệu an toàn gồm có nhận thực, chữ ký số, và mật mã hoá. Bề ngoài thì mật mã là một khái niệm đơn giản, nhưng thực sự nó tương đối phức tạp, đặc biệt là đối với các việc thực hiện di động quy mô lớn. 3.2.1 Các thuật toán và các giao thức Mật mã thực hiện ở nhiều mức, ở mức thấp nhất là các thuật toán mật mã. Các thuật toán này mô tả các bước cần thiết để thực hiện một tính toán cụ thể, xoay quanh việc biến đổi dữ liệu từ dạng này sang dạng khác. Xây dựng lên trên các thuật toán này là một giao thức. Giao thức này mô tả quá trình thực hiện một hoạt động mật mã hoàn chỉnh, bao gồm các thông tin cụ thể chỉ dẫn cách điều khiển bất kỳ tình huống nào đó có thể xảy ra. Việc tạo nên sự phân biệt các mức này là rất quan trọng bởi vì một thuật toán mật mã hoá hoàn hảo không nhất thiết chuyển đổi thành một giao thức mạnh. Giao thức này sẽ chịu trách nhiệm không chỉ là mã hoá số liệu, mà truyền số liệu và trao đổi khoá cũng là những thuộc tính của một giao thức. Cuối cùng, phía trên giao thức là các ứng dụng. Một lần nữa, một giao thức mạnh cũng không đảm bảo an ninh tốt bởi chính bản thân ứng dụng có thể dẫn đến các vấn đề khó khăn hơn. Do đó, để tạo một giải pháp an toàn cần có một giao thức mạnh cũng như cần thực hiện một ứng dụng thông minh. 3.2.2 Mật mã số liệu Công việc chủ yếu của một hệ thống mật mã là mật mã hoá số liệu, quá trình xử lý một tập số liệu thông thường, gọi là bản rõ (plaintext) và biến đổi nó thành dạng không thể đọc được, gọi là bản mật mã (ciphertext). Mật mã hoá cho phép duy trì tính bí mật của các số liệu nhạy cảm, ngay cả khi số liệu này bị truy nhập bởi những người sử dụng trái phép. Chỉ có một cách để có thể đọc được dữ liệu là biến đổi nó trở lại dạng ban đầu bằng cách sử dụng một phương pháp gọi là giải mật mã số liệu. Phương pháp mật mã hoá và giải mật mã hoá được gọi là một thuật toán hay là một hệ mật mã. Hình 3.1 mô tả khái niệm mật mã hoá. Khi dữ liệu được truyền tải qua một kênh thông tin công cộng không an toàn thì nó được mật mã hoá nhằm ngăn ngừa việc một người nào đó nghe trộm trên đường truyền có thể hiểu được dữ liệu đang được gửi. Hình 3.1. Gửi bản tin sử dụng mật mã hoá Các thuật toán hiện đại sử dụng các khoá để điều khiển việc mật mã hoá và giải mật mã số liệu. Khi một bản tin đã được mật mã hoá, nó chỉ có thể được giải mật mã bởi chính những người có khoá thích hợp. Khoá dựa trên các thuật toán hình thành hai loại: Đối xứng và không đối xứng. Các thuật toán đối xứng tỏ ra rất hiệu quả: Chỉ cần sử dụng một khoá dể mật mã hoá và giải mật mã tất cả các bản tin. Người gửi sử dụng một khoá để mật mã hoá bản tin, sau đó gửi bản tin đến cho người nhận mong muốn. Khi nhận được bản tin đó, người nhận sẽ sử dụng cùng khóa đó để giải mật mã bản tin. Kiểu thuật toán này hoạt động tốt khi có một cách an toàn để truyền khoá giữa những người sử dụng, chẳng hạn gặp nhau trước khi truyền số liệu. Vấn đề thực sự nảy sinh khi tiến hành trao đổi số liệu giữa những người có quan hệ lỏng lẻo, chẳng hạn giữa một Web site thương mại điện tử và một khách hàng. Trao đổi khoá là một vấn đề mà tự bản thân mật mã hoá đối xứng không thể giải quyết, và khi không có một phương pháp an toàn để trao đổi khoá thì phương pháp này chỉ hữu ích với những tổ chức riêng lẻ. Mật mã hoá đối xứng cũng có thể được xem là mật mã hoá khoá bí mật. Dạng thông thường nhất của phương pháp này là chuẩn mật mã hoá số liệu (DES – Data Encryption Standard) được phát triển trong những năm 1970, sau đó các dạng mật mã hoá đối xứng an toàn hơn được phát triển. Các phương pháp chính bao gồm tiêu chuẩn mật mã hoá tiện ích (AES - Advanced Encyption Standard) dựa trên thuật toán Rijndael, Striple DES, thuật toán mật mã hoá số liệu quốc tế (IDEA – International Data Encryption Algorithms), Blowfish và tập các thuật toán Rivest RC2, RC4, RC5 và RC6. Mật mã hóa không đối xứng tập trung vào vấn đề chính mà các hệ thống khoá đối xứng mắc phải: Đó là việc các hệ thống này chỉ sử dụng một khoá. Nhiều năm nay, những chuyên gia về mật mã đã nghiên cứu để tìm ra một giải pháp cho vấn đề phân loại khoá nhưng đem lại ít thành công. Nhiều nhà toán học đã bắt đầu nghĩ rằng giải pháp này không thể thực hiện được. Whitfield Diffie và Martin Hellman đã chứng minh rằng điều đó là sai lầm. Năm 1975 Diffie và Hellman đã phát triển một giải pháp sử dụng hai khoá riêng biệt nhưng lại có quan hệ với nhau: Một để mật mã hoá số liệu và cái còn lại để giải mật mã số liệu. Khoá được sử dụng để mật mã hoá số liệu được gọi là khoá công cộng (public key). Khoá này có thể được phân bổ rộng qua các tuyến không an toàn. Khoá được sử dụng để giải mật mã hoá số liệu tương ứng được gọi là khoá riêng hay khoá bí mật (private key). Khoá này không bao giờ được truyền đi, nó chỉ cần đến khi người dùng muốn giải mật mã số liệu. Các khoá này có quan hệ không rõ ràng với nhau, kỹ thuật này làm cho việc tính toán ra khoá bí mật dựa vào khoá công cộng là không thể thực hiện được. Khoá càng rộng thì việc bẻ gãy hệ thống lại càng khó. Đối với hệ thống khoá 64 bít, chẳng hạn như là DES vẫn còn khả năng bị tấn công bởi tổ chức tấn công lớn mạnh, các tổ chức này sẽ thử từng khoá một cho đến khi tìm ra được đúng chính xác khoá đó. Còn đối với hệ thống lớn hơn 128 bit chẳng hạn như là ECC có thể đủ sức chống lại sự tấn công của các tổ chức lớn mạnh. Sau đây là ví dụ để có thể hiểu được không đối xứng, khoá công cộng, mật mã hoá là như thế nào: A muốn gửi một bản tin an toàn tới B, A có thể sử dụng khoá công cộng của B để mật mã hoá bản tin này (nếu khoá này chưa sử dụng), sau đó gửi bản tin tới B. Khi B nhận được bản tin này, anh ta sẽ sử dụng khoá riêng của mình, tất nhiên là sau khi B đã truy nhập, để giải mật mã hoá bản tin. Bây giờ A có thể gửi một bản tin an toàn tới B mà không phải thực hiện trao đổi khoá. Nếu thông tin được trao đổi theo cả hai hướng có sử dụng mật mã hoá không đối xứng thì yêu cầu mỗi người phải có riêng một tổ hợp khoá công cộng và khoá riêng. Ngoài ra, vẫn có thể sử dụng khoá riêng để mật mã hoá và khoá công cộng để giải mật mã hoá nhưng với mục đích khác. Nó được sử dụng đối với các số liệu ít nhạy cảm đơn thuần chỉ để chứng minh rằng người đã mật mã hoá số liệu đó thực tế đã truy cập tới khoá riêng. Thuật toán khoá không đối xứng đầu tiên và nổi tiếng nhất được ra đời năm 1977 do Ron Rivest, Adil Shamir và Leonard Adelman, những người này đã được biết thông qua cái tên RSA. Các thuật toán thông dụng khác bao gồm mật mã đường cong elip (ECC - Elliptic Curve Cryptography) và DH (Diffie-Hellman). Tuy nhiên, các hệ mật mã không đối xứng không phải là một giải pháp hoàn hảo. Việc lựa chọn một khoá riêng là một điều không đơn giản, nếu lựa chọn không tốt có thể dễ dàng làm hỏng kế hoạch. Ngoài ra, các hệ mật mã không đối xứng còn đưa ra một giải pháp cho vấn đề phân loại khoá bằng cách sử dụng một khoá riêng và một khoá công cộng. Điều này làm cho hệ mật mã không đối xứng trở nên phức tạp hơn nhiều và do đó mà việc tính toán cũng chậm hơn các hệ mật mã đối xứng, dẫn đến khó có thể giải quyết đối với các tập số liệu lớn. Trong nhiều trường hợp, việc kết hợp các hệ thống đối xứng và không đối xứng lại là một giải pháp lí tưởng. Điều này cho phép đạt được ưu điểm về hiệu năng cao hơn của các thuật toán đối xứng, bằng cách gửi khoá bí mật qua các kênh truyền thông không an toàn sử dụng hệ thống khoá công cộng. Khi mà tất cả người dùng (người gửi và người nhận) đều có khoá bí mật, phần số liệu còn lại trong phiên đó sẽ được mật mã hoá và giải mật mã sử dụng các thuật toán đối xứng. Điều này là cơ sở cho mật mã khoá công cộng hiện đang được nhiều giao thức chính hiện nay sử dụng. 3.2.3 Chữ ký số Một ứng dụng điển hình của phương pháp mật mã khoá công cộng chính là chữ ký số trong đó khoá riêng được sử dụng để ký các bản tin và người nhận sử dụng khoá công cộng tương ứng để giải mật mã các bản tin trên. Chữ ký số được sử dụng để kiểm tra một bản tin có thực sự đến từ người gửi được mong đợi hay không, nó được hình thành dựa trên quan điểm rằng chỉ người tạo ra chữ ký mới có khoá riêng và nó có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng khoá công cộng tương ứng. Chữ ký số dược tạo bằng cách tính toán tóm tắt bản tin (MD: Message Degest) của một tài liệu, sau đó kết hợp với các thông tin về người ký, tem thời gian và một vài các thông tin cần thiết khác. Mỗi MD là một hàm lấy số liệu đầu vào có kích cỡ tuỳ ý (chính là bản tin) và tạo thành đầu ra có kích cỡ cố định gọi là bản tóm tắt. Tập hợp thông tin này sau đó được mật mã hoá sử dụng khoá bí mật của người gửi có sử dụng một thuật toán không đối xứng thích hợp. Kết quả sau khi mật mã hoá khối thông tin là chữ ký số. MD đựoc tính toán là một giá trị bit nhằm để mô tả tình trạng hiện thời của tài liệu. Nếu tài liệu thay đổi, MD cũng sẽ thay đổi. Bằng cách hợp nhất MD vào chữ ký số, khi chữ ký số đã được tạo thành nó cho phép người nhận tài liệu có thể dễ dàng phát hiện ra tài liệu có bị biến đổi hay không. Mục đích sử dụng của chữ ký số cũng tương tự như chữ ký thông thường, bao gồm: Nhận thực: Nếu người nhận thành công trong việc giải mã thông tin với một khóa công cộng xác định thì người đó có thể chắc chắn rằng bản tin đó đã được ký bởi chính người sử dụng khoá bí mật tương ứng. Còn một vấn đề nữa là phải kiểm tra xem khoá công cộng này có thực sự là của người gửi đích thực hay không. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các chứng nhận số sẽ được xét ở phần sau. Tính toàn vẹn: Nếu một bản tin đã được ký mà thay đổi trong quá trình truyền dẫn, người nhận sẽ không thể giải mã được với khoá công cộng. Đây là một cách dễ dàng để phát hiện ra những thay đổi cố ý hoặc vô ý trong thông tin được phát. Tính không thể phủ nhận: Trong các phiên giao dịch điện tử, một yêu cầu rất quan trọng đối với mỗi bên tham gia là phải đảm bảo rằng bên còn lại không thể từ chối việc phải thực thi một số hành động nào đó. Chữ ký số cũng rất thích hợp với yêu cầu này do một tài liệu điện tử chỉ có thể được ký bởi chính người sở hữu khoá bí mật. 3.2.3.1 Hàm Hash Các bản tin mà được tạo ra bởi một ứng dụng thông thường thường quá dài để có thể có thể được ký bằng cách sử dụng mật mã hoá khoá công cộng. Do đó, thay vì phải ký cho toàn bộ bản tin, ngưòi gửi sử dụng một thuật toán Hash (thuật toán làm mới) để tính toán một tóm tắt bản tin (MD: Message Degest), bản tóm tắt này trong thực tế là một phiên bản số liệu gốc đã được nén, sau đó người gửi ký bản tóm tắt này bằng khóa riêng của họ. Các tóm tắt bản tin được tính bằng một thuật toán Hash cụ thể luôn có chiều dài cố định (thường là 128 bit hoặc 160 bit) và chiều dài này không phụ thuộc vào chiều dài của bản tin được ký. Ngoài ra, không thể tìm lại bản tin ban đầu từ một tóm tắt bản tin, và mỗi thay đổi dù nhỏ nhất trong số liệu được ký sẽ làm cho thuật toán tạo ra một giá trị đầu ra hoàn toàn khác biệt. Một thuật toán Hash được thiết kế tốt sẽ có đủ khả năng chống lại những tổ chức tấn công lớn mạnh lẫn kiểu tấn công tìm ra hai bản tin tuỳ ý có cùng MD. Các đầu ra 64 bit được xem là quá nhỏ để có thể chống được lại những tấn công này. Để bảo vệ những điểm yếu trước những tấn công trên, các đầu ra được khuyến nghị mạnh có chiều dài ít nhất là 128 bít. Với chiều dài này thì những tấn công trở nên vô hiệu với công nghệ hiện nay. Tuy nhiên sự phát triển năng lực tính toán trong máy tính cho thấy một yêu cầu rằng trong tương lai vẫn cần phải tạo ra các MD có chiều dài lớn hơn để có thể đảm bảo một mức an ninh có thể chấp nhận được. Việc lựa chọn một hàm Hash thích hợp là một quyết định cần thiết khi thiết kế một cơ sở hạ tầng khoá công cộng (PKI: Public Key Infrastructure), bởi nếu sử dụng một thuật toán không đảm bảo sẽ làm tổn hại đến tính an ninh của toàn bộ hệ thống mật mã hoá. Các hàm Hash thông dụng nhất là MD2, MD4, MD5, SHA, RIPEMD-160 và HAVAL. 3.2.3.2 Thủ tục ký và kiểm tra Các bước cần thiết để ký và kiểm tra một mẫu thông tin được mô tả ở hình 3.2. Các thành phần cần thiết của một hệ thống như vậy là các thuật toán khoá công cộng và thuật toán Hash mà sẽ được lựa chọn một cách cẩn thận theo yêu cầu. Số liệu gốc trước tiên sẽ được làm mới lại bằng cách sử dụng hàm một chiều Hash, sau đó được mật mã hoá bằng khoá bí mật của người gửi. Như đã đề cập ở phần trước, mục đích của thủ tục này là giảm thời gian mật mã hoá do các thuật toán không đối xứng thực thi chậm hơn nhiều các thuật toán đối xứng. Cả số liệu gốc lẫn chữ ký đều được gửi qua kênh thông tin không an toàn đến người nhận. Hình 3.2. Thủ tục ký và kiểm tra chữ ký Để kiểm tra tính toàn vẹn của số liệu, người nhận rút khoá công cộng của người gửi từ chứng nhận số của nó và sử dụng khoá công cộng này để giải mật mã chữ ký số. Sau đó áp dụng hàm Hash mà đã được người gửi sử dụng cho số liệu gốc nhận được. Các tóm tắt bản tin thu được sẽ được so sánh với nhau để thẩm định rằng bản tin không bị sửa đổi trong quá trình truyền dẫn và nó thực sự được gửi từ người gửi mong đợi. Chú ý rằng người nhận phải lấy chứng nhận số của người gửi từ một server chứng nhận, đây chính là bước kiểm tra giá trị chứng nhận. 3.2.3.3 Tấn công của kẻ xen giữa (the Man-in-the-Midle) Tự bản thân các chữ ký số làm nảy sinh một vấn đề về tính toàn vẹn khi thông tin được gửi qua các mạng không tin cậy, nhưng chúng yêu cầu các cơ chế bổ sung cũng phải đảm bảo các thuộc tính nhận thực và không thể phủ nhận được phù hợp. Dựa vào việc nhận được một chữ ký số, thực thể nhận phải chắc chắn rằng khoá công cộng được sử dụng trong quá trình xử lý thực sự thuộc về người ký được mong đợi. Nếu không, phiên truyền thông rất dễ bị tấn công bởi kẻ xen giữa. Khi hai thực thể (bên gửi và bên nhận) muốn truyền thông một cách an toàn bằng cách sử dụng các chữ ký số, người gửi trước tiên phải gửi khoá công cộng của họ tới người nhận để đảm bảo rằng các bản tin đã được ngưòi gửi ký có thể được giải mã. Nếu sự trao đổi khóa này được thực hiện qua một kênh không an toàn, một kẻ xâm nhập có thể dễ dàng chặn khoá công cộng lại và thực hiện những hành động sau để có thể truy nhập tới những thông tin bí mật đang được phát. Kẻ xâm nhập tạo ra cặp khoá của riêng nó. Khoá công cộng của kẻ xâm nhập được gửi tới người nhận thay cho khoá công công của người gửi thực sự, khoá này được giữ lại để giải mật mã hoá bản tin. Tất cả các bản tin được gửi đều bị chặn bởi kẻ xâm nhập, người này sẽ sử dụng khoá công cộng của người gửi để giải mật mã hoá các bản tin trên. Kết quả là các bản rõ có thể bị sửa đổi và được ký lại bằng khoá bí mật giả. Sau đó, chúng được gửi tới người nhận. Người nhận giải mật mã bản tin này với khoá công cộng giả mạo. Như vậy kẻ xâm nhập đã chặn và sửa đổi thông tin mà cả người gửi lẫn người nhận đều không hay biết sự lừa gạt này. 3.3 Chứng nhận số Các khóa công cộng đã được mô tả trong phần trước và được sử dụng trong nối mạng số liệu để kiểm tra các chữ ký số, bản thân chúng không mang bất cứ thông tin nào về các thực thể cung cấp các chữ ký. Công nghệ nối mạng số liệu thừa nhận vấn đề này và tiếp nhận các chứng nhận an ninh để ràng buộc khóa công cộng và nhận dạng thực thể phát hành khóa. Chứng nhận số đảm bảo rằng một khoá công cộng là sở hữu của thực thể mà nó thể hiện. Để thực hiện được điều này, thì chính chứng nhận này cũng phải được kiểm tra để đảm bảo rằng nó đại diện cho đối tượng cần mong muốn (đối tượng này có thể là một cá nhân hoặc một tổ chức). Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một tổ chức thứ ba đáng tin cậy được gọi là thẩm quyền chứng nhận (CA - Certificate Authority) gồm có VeriSign, Entrust, và Certicom. Các thẩm quyền này được phép cung cấp các dịch vụ này cho các thực thể được nhận dạng hợp lệ khi chúng yêu cầu. Để thực hiện chức năng của mình, một CA (Certificate Authority) phải được tin tưởng bởi các thực thể (các thành viên cuả PKI) dựa trên các dịch vụ của nó. Người dùng có thể mua chứng nhận số từ CA và sử dụng chứng nhận này để nhận thực và để lưu hành khoá riêng của họ. Một chứng nhận số điển hình chứa những thông tin sau: Tên của người đang nắm giữ chứng nhận số, cũng như thông tin khác mà có thể nhận dạng duy nhất người này, thông tin phụ thêm có thể là URL của một Web Server đang sử dụng chứng nhận hay một địa chỉ email. Khoá công cộng của người đang nắm giữ chứng nhận số. Tên của CA lưu hành chứng nhận này. Thời hạn sử dụng của chứng nhận (thường là ngày bắt đầu và ngày hết hạn). Một chữ ký số của CA để có thể nhận ra chứng nhận số đề phòng trường hợp phiên truyền dẫ._.h những khuyết điểm trong thế hệ 2, trong các giao thức an ninh kiểu GSM, những khuyết điểm này UMTS phải lưu tâm. Danh sách này được đưa ra như sau: Những tác động tích cực vào một trạm gốc có thể bị bắt trước( sự thiếu hụt của nhận thực mạng đối với handset di động). Những khoá phiên và dữ liệu nhận thực vừa phải dữ bí mật trên liên kết vô tuyến, vừa phải truyền một cách công khai trên mạng. Sự mã hoá không kéo dài đủ xa tới lõi của mạng, kết quả trong việc truyền văn bản gốc của người sử dụng và thông tin tín hiệu qua liên kết sóng ngắn. Một sự thiếu hụt về các hình thức mã hoá và các chính sách nhận thực tồn tại qua mạng nhà cung cấp dịch vụ, tạo nên những cơ hội cho kẻ lừa đảo. Cơ cấu hoạt động bảo toàn dữ liệu còn thiếu. Vì vậy, phải đưa thêm cơ cấu vào để tăng sự tin cậy của hệ thống và cung cấp sự bảo vệ chống lại kẻ bắt trước trạm gốc. IMEI ( International Mobile Equipment Indentifier) là một số nhận dạng không an toàn. Trò lừa đảo và “sự xen vào một cách hợp lệ” (việc nghe trộm bởi những người lão luyện thông thạo nguyên tắc) bị xử lý chậm hơn là trong giai đoạn thiết kế GSM đầu tiên. Có một sự thiếu xác nhận mạng thường trú và kiểm soát một mạng dịch vụ như thế nào khi sử dụng các thông số nhận thực cho các thuê bao mạng thường trú để thự hiện chuyển vùng trong miền phục vụ của mạng. Tính mềm dẻo để nâng cấp và thêm chức năng an ninh theo thời gian đều bị thiếu đối với việc duy trì các giao thức an ninh hệ thống hiện tại. Do đó, yêu cầu đối với nhà thiết kế là phải đưa ra một bộ các thủ tục và giao thức để nâng cao an ninh thế hệ 2, các thủ tục và giao thức này duy trì những điểm mạnh của an ninh thế hệ 2, những điểm yếu lưu ý ở trên về thế hệ 2 và các giao thức và thủ tục đó sẽ cho phép có thể vận hành liên hợp giữa 2 mạng vào những năm tới. 5.4 Lĩnh vực nâng cao an ninh đối với UMTS Một bài luận vào tháng 3-2000 ở hội thảo LAB về liên mạng không dây, M.Asokan của trung tâm nghiên cứu Nokia đã đưa ra sự tổng kết về lĩnh vực khoá dưới đây, lĩnh vực UMTS sẽ giới thiệu sự nâng cao chế độ an ninh đối với GSM. Nhận thực chung: mạng dịch vụ được nhận thực đối với thuê bao di động, cũng giống như thuê bao di động nhận thực đối với mạng. Tăng sự hỗ trợ đối với an ninh và mã hoá dữ liệu trong mạng lõi. Tăng chiều dài khoá để chống lại sự công kích mạng trái phép, các thuật toán mã hoá dữ liệu GSM thế hệ hiện tại có một khoá dài hiệu qủa chỉ với 40 bít và có thể bị bẻ gãy trong một thời gian ngắn, các khoá mã hoá tín hiệu trong UMTS sẽ là 128 bít. Sự bí mật nhận dạng người sử dụng sẽ được nâng cao thông qua việc sử dụng nhóm các khoá. Các thuật toán mật mã UMTS cơ bản sẽ được làm chung, lưu ý về sự chỉ chích thường xuyên của GSM. Sự hỗ trợ bảo toàn tốt dữ liệu cũng như sự bí mật sẽ được cung cấp. Một khái niệm đi tới trong lĩnh vực nhận thực thuê bao cho UMTS là: mạng tạm trú quan tâm về việc đang được thanh toán tiền hơn là sự nhận dạng người sử dụng. Đây là đặc điểm nổi bật của mạng tạm trú, sự nổi bật này là dựa vào sự trao quyền để cung cấp các dịch vụ hơn là nhận thực. Hệ thống của nhận thực thuê bao đạt được thúc đẩy tương tác giữa thuê bao di động và mạng thường trú bằng việc cho phép thông tin truyền tới mạng sẽ cung cấp dịch vụ tới thuê bao di động (mạng khách). Theo cách này, sự nhận thực có thể đạt được không làm hại sự bí mật nhận dạng người dùng. 5.5 Các lĩnh vực an ninh của UMTS Một yêu cầu cao đối với sự thiết kế cấu trúc an ninh cho UMTS là tạo một hệ thống cơ sở mà hệ thống này có thể mở rộng được sau này. giống như trong trường hợp sự thiết kế về Internet, một phương pháp tiếp cận khoá là đơn vị hoá cấu trúc an ninh bằng cách tạo một bộ các lớp và tiếp theo để kết hợp một tập các nguyên tố, cùng với sự thiết kế hệ thống và các mục đích thực hiện, đối với những lớp này. Những đơn vị này gọi là “Domains” bởi các nhà thiết kế UMTS, và trong thiết kế thực tế sẽ có 5 domains như sau: 5.5.1 An ninh truy nhập mạng Bó những đặc trưng an ninh cung cấp cho người sử dụng di động sự truy nhập an toàn tới cơ sở hạ tầng UMTS, và việc bảo vệ người sử dụng khỏi sự tấn công vào liên kết vô tuyến không dây tới mạng mặt đất. Các thành phần khoá này bao gồm: Bí mật nhận dạng người dùng: IMUI và thông tin nhận dạng thường xuyên khác liên hệ với người sử dụng không bị tiết lộ cho kẻ nghe trộm. Nhận thực chung: Cả thiết bị đầu cuối di động và BS của mạng dịch vụ nhận thực được với nhau, điều này đã ngăn chặn được kẻ giả dạng tấn công vào cả 2 bên của phiên truyền thông. Bí mật của người sử dụng và dữ liệu báo hiệu: Cả nội dung của phiên truyền thông của thuê bao và thông tin báo hiệu liên kết được bảo vệ trong việc truyền qua liên kết không dây. Bảo toàn dữ liệu và nhận thực gốc: Thực thể nhận trong một phiên truyền thông có thể xác minh rằng bản tin đã nhận không thay đổi trong khi truyền và bản tin đó xuất phát thực tế từ bên yêu cầu. 5.5.2 An ninh lĩnh vực mạng Tập các đặc trưng an ninh trong cho phép các node trong cơ sở hạ tầng mạng nhà cung cấp trao đổi dữ liệu báo hiệu được đảm bảo về an ninh và bảo vệ chống lại sự xâm phạm cơ sở hạ tầng hữu tuyến. Nhận thực nguyên tố mạng: Khả năng các thành phần của cơ sở hạ tầng mạng thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau, để nhận thực mỗi thành phần trước khi dữ liệu nhạy cảm được trao đổi. Bí mật của dữ liệu trao đổi: Sự bảo vệ của dữ liệu trao đổi giữa các nguyên tố mạng khỏi kẻ nghe trộm tấn công. điều này đạt được điển hình thông qua mã hoá. Bảo toàn dữ liệu và nhận thực gốc: Điều này tương đương với khía cạnh bảo toàn dữ liệu và nhận thực gốc của an ninh truy nhập mạng, nhưng áp dụng đối với sự liên hệ giữa các nguyên tố mạng. Khi một nguyên tố mạng truyền dữ liệu báo hiệu tới phần tử khác, node nhận dữ liệu có thể xác nhận rằng dữ liệu đã không bị biến đổi trong khi truyền, và dữ liệu sinh ra thực tế cùng với nguyên tố mạng được trình diện như bản gốc. một lần nữa, những đặc tính này phải áp dụng qua mạng của nhà cung cấp dịch vụ UMTS khác nhau. 5.5.3 An ninh lĩnh vực người sử dụng Tập các đặc trưng áp dụng cho sự tương tác giữa một người sử dụng và handset UMTS của họ. Một mục đích khoá trong lĩnh vực này là để tối thiểu hoá sự thiệt hại và sự lừa đảo có thể xảy ra khi một handset bị đánh cắp. Nhận thực người sử dụng tới USIM: Nhận thực trong lĩnh vực nhỏ này áp dụng cho mối liên hệ giữa một thuê bao cá nhân và phương thức nhận dạng thuê bao bằng Smart-card trong handset UMTS của thuê bao. Để hạn chế việc sử dụng handset đối với chủ nhân của nó, hoặc một nhóm cá nhân được trao quyền, người sử dụng có thể cần cung cấp một PIN mục đích để mở đầu một phiên truyền thông. Liên kết đầu cuối USIM: Giống như Smart-card hỗ trợ USIM đã ghi có thể thay đổi , USIM còn cần thiết để bảo vệ mối liên hệ giữa USIM và handset UMTS. Điều này sẽ nhận được một cách điển hình thông qua một bí mật chung trong cả USIM và thiết bị đầu cuối bởi nhà cung cấp dịch vụ khi dịch vụ được khơi mào. Liên kết đầu cuối UMTS ngăn chặn một USIM card của người sử dụng khỏi bị chèn vào một handset khác và sử dụng không có sự cho phép. 5.5.4 An ninh lĩnh vực ứng dụng Các đặc trưng an ninh cho phép trao đổi an toàn bản tin ở mức ứng dụng giữa handset và hệ thống của một phần nhà cung cấp dịch vụ thế hệ 3. Trong cấu trúc UMTS, sự cung cấp nhu cầu làm cho nhà vận hành mạng hoặc nhà cung cấp khác để tạo sự ứng dụng thường trú trong USTM hoặc trong handset. Bản tin an toàn: Bản tin an toàn sẽ cung cấp một kênh an toàn cho việc truyền bản tin giữa USIM và một Server mạng. Bí mật lưu lượng người sử dụng băng rộng: Sự bảo vệ bản tin chống lại những kẻ tấn công nghe trộm, điển hình qua mã hoá trên đường dây cũng như những phần không dây của cơ sở hạ tầng. 5.5.5 Visibility và Configurability trong an ninh Những khả năng người sử dụng có thể nhận biết các đặc trưng an ninh gì trong sự vận hành và kiểm soát những dịch vụ gì được sử dụng cho một bộ các dịch vụ an ninh chắc chắn. Visibility: Thông qua cơ cấu hoạt động cung cấp bởi cơ sở hạ tầng UMTS, hệ thống người sử dụng có thể quyết định những đặc trưng an ninh trong sự vận hành ở bất kỳ thời điểm nào và mức độ của an ninh như thế nào. Configurability: Thông qua cơ cấu hoạt động cung cấp bởi cơ sở hạ tầng UMTS, người dùng có thể yêu cầu nhóm các dịch vụ an toàn phải ở trong sự vận hành trước khi người dùng sử dụng một dịch vụ chắc chắn. Ví dụ như trường hợp hợp lý này có thể áp dụng để cho phép hoặc làm tê liệt việc sử dụng mã PIN cá nhân đối với USIM trong handset của nó, hoặc đối với sự quyết định từ chối những cuộc gọi không mã hoá. Mạng dịch vụ (SN) Ứngdụng người dùng Ứng dụng nhà cung cấp dich vụ Mức ứng dụng Thiết bị đầu cuối (Handset) Đơn vị nhận dạng cac dich vụ người dùng (USIM) Môi trường thường trú(HE) Mức Thường trú/dịch vụ Đầu cuối di động Mạng truy nhập Mức truyền tải ADS UDS NAS NAS NAS NDS NAS NAS Hình 5.1: Biểu đồ minh họa 5 lĩnh vực hoạt động an ninh UMTS trong mối liên hệ giữa các thành phần của toàn bộ hệ thống UMTS. Chú ý: Các mã dưới đây được sử dụng cho các lĩnh vực an ninh UMTS trong hình 5.1. NAS: Network Access Security – An ninh truy nhập mạng NDS: Network Domain Security – An ninh lĩnh vực mạng USD: User Domain Security – An ninh lĩnh vực người dùng ADS: Application Domain Security – Anh ninh lĩnh vực ứng dụng Chia toàn bộ lĩnh vực an ninh thành nhiều miền trong sự thể hiện này có một vài bước. Đầu tiên, nó biểu diễn sự phức tạp bởi sự chia nhỏ toàn bộ khoảng không vấn đề thành các phần nhỏ riêng rẽ. Hơn nữa, bằng việc tạo các đơn vị an ninh với các giao diện được đưa ra, nó có khả năng nâng cấp hoặc thay thế các thành phần của cấu trúc an ninh không cần làm lại toàn công việc. 5.6 Nhận thực thuê bao UMTS trong giai đoạn nghiên cứu Cấu trúc an ninh UMTS đã thu hút nặng nề những dự án nghiên cứu tài trợ bởi nhóm Châu Âu và một vài nước thành viên. Trong phần này chú tâm đến các giao thức nhận thực thuê bao phát triển tương đối sớm trong quá trình phát triển của UMTS, thông qua dự án ASPECT (Advanced Security for Personal Communications) dưới chương trình ACT. Dự án ASPECT xem xét sự khác nhau của các phương pháp tiếp cận tới nhận thực thuê bao trong UMTS, nhưng bản báo cáo đầu tiên đệ trình vào tháng 2 năm 1996. Công việc này có thể được nhìn tổng quát như sự thăm dò, nổi bật sự chấp nhận đề xuất các giao thức nhận thực thuê bao từ tất cả các tổ chức quan tâm và phân tích những thứ chống lại các yêu cầu UMTS. Tháng 2 năm 1996, bản báo cáo ASPECT diễn tả 3 đề xuất đối với nhận thực thuê bao và sự sinh ra khoá phiên trong UMTS, đệ trình bởi Royal Hollowing, Siemens và KPN. Đề xuất Royal Hollowing được dựa trên một cơ cấu hoạt động Challenge-response đối xứng, tương tự đã thấy trong GSM. Giao thức này thực đưa ra nhận thực chung giữa trạm di động và trạm gốc mạng, và nâng cao an ninh định vị người dùng ( sau khi nhận được bằng cách sử dụng chỉ các nhận dạng người dùng tạm thời, và tránh sự truyền của nhận dạng người dùng thường xuyên của thuê bao di động trong văn bản rõ dàng qua liên kết vô tuyến ). Hai giao thức được đề xuất từ Siemens và KPN có khác nhau quan trọng, trong đó chúng xuất phát từ các kỹ thuật khoá công cộng. Phần dưới đây diễn tả phương thức tiếp cận đề xuất bởi Siemens. 5.6.1 Diễn tả về giao thức khoá chung của Siemens cho UMTS Giao thức cơ bản khoá chung cho nhận thực và sự phát sinh khoá phiên đề xuất bởi Siemens sử dụng các nhóm nhân của một lĩnh vực giới hạn hoặc các tiểu nhóm đường cong elip như phương pháp tiếp cận khoá cơ bản. Trong cả hai trường hợp, an inh của mã hoá phụ thuộc vào thực tế rằng vấn đề thuật toán riêng rẽ là khó. Đề xuất giao thức Siemens yêu cầu một sự trao quyền chứng nhận tin cậy (CA) và một dịch vụ xác nhận an toàn (CS) chúng có thể thực hiện xác nhận chứa đựng khoá chung sẵn có đối với cả thuê bao và với các nhà vận hành mạng, thích hợp với các phương thức tiếp cận cơ sở hạ tầng khoá chung (PKI) cổ điển. Một phần khác của cơ sở hạ tầng là một “nevocation list”, nó ghi những số nhận dạng của thuê bao, những số này không dài hơn tiêu chuẩn để nhận dịch vụ. Đề xuất Siemens thực tế có 3 nét đặc trưng, mang tên các giao thức con A,B và C. Ba giao thức này chứa đựng sự khác nhau đôi chút. Giao thức con- A : chú tâm đến trường hợp nhận thực các bản sao của các khoá chung của mỗi trạm gốc và mạng phục vụ, những khoá này có sẵn trong máy chủ mạng phục vụ và handset di động tương ứng và do đó các khoá này không cần trao đổi trong tiến trình của phiên truyền thông. Giao thức con-B : chú tâm đến trường hợp một sự xác nhận có hiệu lực của trạm di động là có sẵn trong handset trạm di động, nhưng không có sẵn trong máy chủ mạng phục vụ, và sự xác nhận tính hợp lý của khoá thoả hiệp chung của nhà vận hành mạng là có sẵn trên máy chủ mạng phục vụ,nhưng không có trong handset mạng di động. Giao thức con-C : chú tâm trường hợp không được nhận thực bản sao của khoá chung của thuê bao di động có sẵn trên máy chủ mạng phục vụ, và không nhận thực bản sao khóa chung của nhà vận hành mạng có sẵn trong handset trạm động. Trong sự diễn tả này,chúng ta sẽ tìm ra dấu hiệu giao thức con C. Sự diễn tả này cho sự sáng suốt nhất vào khía cạnh của các giao thức khoá chung và cơ sở hạ tầng bao hàm trong đề xuất Siemens. 5.6.1.1 Điều kiện bắt buộc để thực hiện giao thức Siemens Mục đích đối với giao thức con C Siemens do đề xuất cho nhận thực thuê bao thực hiện hiệu quả một số điều kiện bắt buộc phải được thoả mãn. Những điều kiện đáng chú ý này là: Nhận dạng của nhà vận hành mạng trên mạng phục vụ được biết rõ bởi trạm di động. Trạm di động là chủ một hệ thống chữ ký bất đối xứng với khả năng thay đổi chữ ký bí mật. Máy chủ xác minh(CS) giữa “revocation list” hiện đại đối với khoá chung của nhà vận hành mạng và các thuê bao di động. Cả Server của nhà phát minh và Sencer của nhà vận hành mạng phục vụ có thể tạo và xác minh các con dấu tạm thời. Cả Server của nhà vận hành mạng phục vụ và trạm di động giữ khoá chung của Server xác minh, khoá này là cần thiết để xác minh sự hợp lý của những tấm thẻ ban hành bởi CS. Server xác nhận có quyền sở hữu một cặp khóa chung và khoá riêng, bao gồm khoá chung gs và khoá riêng UMTS Trạm di động giữ một bản sao hợp lý về khoá chung của Sencer xác minh. Server xác minh chiếm giữ khoá xác minh chung PK-NO cần thiết để xác minh các chữ ký tạm bởi Sencer của nhà vận hành mạng sử dụng khoá chữ ký riêng SK-NO. 5.6.1.2 Sự vận hành của giao thức con Siemens C. Giao thức con Siemens C bao gồm 5 giai đoạn trao đổi bản tin trạm gốc (handset của thuê bao). Server của nhà vận hành mạng phục vụ và Server xác minh (CS). CS đã truy nhập tới một khoá chung xác minh đối với trạm di động. Một khía cạnh thiết yếu của giao thức Siemens đề xuất là : Trong khi nhà vận hành mạng đệ trình một sự xác minh chứa đưựn khoá chung của nhà vận hành với trạm di động, trạm di động không cần thiết đệ trình một xác minh tương đương tới Server của mạng phục vụ. Nhà vận hành mạng có thể thu được thông tin cần thiết thông qua CS. Giao thức con C của Siemens bày tỏ như minh hoạ trong hình 5.2. Ở đây là một sự tổng quan các bước : Trạm di động bắt đầu phiên truyền thông. Đầu tiên sinh ra một số ngẫu nhiên g (RN DV). Sau đó ,trạm di động tĩnh L=gv (RN DV), sử dụng khoá chung gv của Server xác minh, và mã hoá chuỗi Enc(L,IMUI), ở đây IMUI là số nhận dạng duy nhất của trạm di động. MS gửi g(RN DV), IDsc và Enc(L,IMUI) tới Server của nhà vận hành mạng. Chú ý rằng, IDcs là số nhận dạng của Server xác minh, ở đây khoá chung nhận dạng của MS có thể được bảo vệ (nó có thể phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ thường chú của thuê bao di động). Điều này tạo thành bản tin 1. Server của nhà vận hành mạng lấy lại khoá chung gs của và tạo một time-stamp TS1. Sau đó Server sử dụng hàm hash (h3), cùng với thuật toán chữ ký SigNO và khoá riêng của nó SK_NO để đăng ký chuỗi (TS1 || gs || g(RNDV) || Enc (L,IMUI)). Server của nhà vận hành mạng gửi chuỗi dưới đây qua mạng hữu tuyến, tới Server xác minh : TS1, gs, g(RNDV), Enc (L,IMUI), Sig No (h3(TS1 || gs || g(RNDV) || Enc (L,IMUI)).Điều này tạo thành bản tin 2. Server xác minh : sử dụng thuật toán xác minh Ver NO và khoá chung của nhà vận hành mạng PK_NO để xác nhận bản tin; kiểm tra time-stamp TS1 để sử dụng phổ biến; tính toán L sử dụng khoá chung của thuê bao di động, L= (g(RNDV)v); giải mã Enc (L,IMUI) sử dụng thuật toán Dec và khoá L; lấy lại Cert U, xác nhận đối với thuê bao di động từ cơ sở dữ liệu thuê bao của nó ; (6) , kiểm tra khóa chung gs của nhà vận hành mạng và giấy xác nhận của thuê bao đối với revocation list, (7). Tạo một Cert N xác mínhử dụng khoá chung của nhà vận hành mạng, và ký xác minh này (8),tạo một time-stamp TS2; và (9) tính toán một chữ ký trên chuỗi TS||IDNO||Cert U. Cert Nhận thực thuê bao bao gồm Sig CS (H3(credentials)), ở đây sự uỷ nhiệm là g(RNDV),gs, IDNO, và dữ liệu 3. Dữ liệu 3 không được lựa chọn. Server xác minh gửi một bản tin bao gồm Cert N,TS2||IDNO||Cert U,SigCS(TS2||IDNO||Cert U) tới Server của nhà vận hành mạng. Điều này thể hiện trong bản tin 3. Server của nhà vận hành mạng sử dụng thuật toán xác minh Ver CS và khoá công cộng của Server xác minh PK_CS để xác minh bản tin 3. Sau đó Server của nhà vận hành mạng : Tính một Cert N làm ngắn đi, yêu cầu Cert N*, Cert N* bao gồm gs||Sig CS(h3(credentials)) Tính chuỗi ngẫu nhiên (g(RNDV)s), sử dụng khoá riêng của nhà vận hành mạng. Sinh ra khoá phiên Ks, ở đây Ks=h1(g(RNDV)s||RNDV) Sinh ra khoá nhận thực AVTHN=h2(Ks),ở đây h2 là một hàm hast thứ hai,và c5)sinh ra chuỗi mã hoáEnc(Ks,data1||data3),ở đây data1 là một nonce được sinh ra bởi Server của nhà vận hành mạng. Server của nhà vận hành mạng gửi tới MS qua liên kết không dây RVDN,AUTHN,Cert N*,và Enc (Ks,data1,data3). Điều này tạo thành bản tin 4. Bây giờ MS đi tới thực hiện xác nhận sự truyền đivà sinh ra các nguyên tố dữ liệu,các nguyên tố này yêu cầu tiến hành phiên truyền thông. Ban đầu, MS sử dụng thuật toán xác minh chữ ký trên Cert N và xây dựng lại credentials. Sau đó MS tính : (1) gs(RNDV) sử dụng khóa công cộng của nhà vận hành mạng, (2) khoá phiên Ks, bây giờ ở đây Ks=h1(gs(RNDV)||RNDV); (3) khoá nhận thực AVTHN, ở đây AVTHN =h2(Ks); và (4) chuỗi data1||data3 sử dụng thuật toán giải mã Dec và khoá phiên Ks. Tiếp theo MS sử dụng thuật toán mã hoá Enc cùng với khoá phiên như là dữ liệu vào để sinh ra : (1) Enc (Ks,Sig U(h3(Ks||data1||data2)) và (2) Enc (Ks,data2). MS gửi Enc (Ks,Sig U(h3(Ks||data1||data2)) và Enc (Ks,data2) quay trở lại Server của nhà vận hành mạng qua liên kết vô tuyến. Sự truyền này thể hiện bản tin 5,bản tin cuối cùng trong giao thức trao đổi Siemens. Sau đó Server của nhà vận hành mạng thực hiện một vài phép tính cuối cùng và so sánh để hoàn thành thủ tục nhận thực và bắt đầu phiên truyền thông. Đầu tiên Server của nhà vận hành mạng sử dụng khoá phiên Ks để giải mã tất cả các phần của bản tin nhận được từ MS. Các bản tin Server nhận ra là :Ks, data1, data2, Server tiến hành tính toán h3(Ks||data1||data2) có sự đúng đắn của riêng Server. Tiếp theo Server sử dụng thuật toán xác minh Vert U và khoá công cộng của MS PK_U để rút ra h3(Ks||data1||data2) từ Sig U(h3(Ks||data1||data2)). Server so sánh giá trị tính được với giá trị được rút ra. Theo cách này nhận thực MS nếu tồn tại một kết quả tương đương. Trạm di động Server mạng dịch vụ Server giấy chứng nhận (M1) gRNDu, IDcs, Enc(L,IMUI) (M2)TS1, gRNDu, IDcs, Enc(L,IMUI) SigN0(h3(TS1|| g 4 ||gRNDu || Enc(L,IMUI))) (M3) CertN, TS2|| IDN0||CertU, SigN0(TS2|| IDN0||CertU) (M4) RNDn, AUTHN, CertN*, Enc(Ks , data1||data3) (M5) Enc(Ks, SigU(Ks||data1||data2)), Enc(Ks, data2) Hình 5.2:Biểu đồ minh họa sự trao đổi bản tin trong giao thức nhận thực Sienens đề xuất cho UMTS, giao thức con – C Trong các ưu diểm của giao thưc con C của Siemens khẳng định bởi các nhà nghiên cứu dự án ASPECT là duy trì sự bí mật của nhận dạng người dùng :IMUI chỉ được gửi trong dạng mã hoá từ lúc bắt đầu của giao thức. Mặt khác điều quan trọng là sử dụng time_Stamps để đảm bảo sự phổ biến của giấy chứng nhận, và cản trở sự tấn công trở lại. Ngoài ra, đáng chú ý rằng các trường hợp như data1, data2 và data3 đã nhận biết trong sựdiễn tả ở trên. 5.6.1.3 Nhận xét về giao thức nhận thực do Siemens đề xuất Sự diễn tả rõ ràng của giao thức con C do Siemens đề xuất tiếp cận tới sự nhận thực thuê bao và sự phát sinh khoá phiên ,giao thức này rấtkhác biệt so với những gì chúng ta thấy trong các mạng thế hệ 2. Đề xuất của Siemens được dựa trên một cấu trúc an ninh khoá công cộng đang phát triển mạnh, bao gồm một Server xác minh quản lý bởi một nhà cầm quyền xác nhận có tín nhiệm. Sự tiếp cận bao gồm những phát minh số đối với cả thuê bao di động và các nhà vận hành mạng, caùng với sử dụng chữ ký số và các thuật toán hash. Giao thức được đề xuất là phức tạp nhưng sẽ cung cấp một mức an ninh cao. Như chúng ta sẽ thấy, giao thức này không gần với nhận thực thuê bao mà các nhà thiết kế của UMTS đã lựa chọn như sơ sở thực tế cho sự thực hiện hệ thống. Mặc dù nhiều lý do không hoàn toàn rõ ràng, một lý do có thể là đề xuất của Siemens khởi hành quá căn bản so với cơ sở hạ tầng GSM, gây khó khăn cho sự liên kết hoạt động với thế hệ hai. 5.6.2 Sự thực hiện nhận thực thuê bao trong UMTS Sự thực hiện của các hệ thống vô tuyến sử dụng phương pháp tiếp cận công nghệ UMTS, các nhóm thực hiện 3GPP đã di chuyển xa trọng tâm từ sự xem xét học giả diễn tả trong phần trước. Cụ thể, sự diễn tả đối với nhận thực thuê bao trong UMTS, các nhà thiết kế 3GPP đã lựa chon để sử dụng một lược đồ gần giống với nhận thực GSM, với sự nâng cao chọn lọc. Giao thức UMTS này sử dụng một phương pháp tiếp cận cơ sở khóa cá nhân đối xứng trong trung tâm nhận thực của mạng thường chú của thuê bao và USIM Smartcard trong handset của người sử dụng dùng chung một khóa bí mật. Do đó, nhận thực được thiết kế cho sự thực hiện của UMTS, thực hiện khác một số điểm quan trọng so với thế hệ hai. Phương thức nhận dạng thuê bao (SIM) hoặc trong thws giới UMTS, USIM trong handset và trung tâm nhận thực (AuC) dùng chung một chuỗi số tác dụng như một khóa bí mật. Chuỗi số này không phải là một giá trị cố định, nó thay đổi theo thời gian. Thêm vào sự nhận thực thuê bao thông thường, trạm gốc của mạng thường trú được nhận thực tới trạm di động như phần của giao thức nhận thực. Trong giai đoạn nhận thực, UMTS thiết lập một khóa phiên để mã hóa dữ liệu trong phiên truyền thông, và một khóa của sự nhận dạng dữ liệu. Các thuật toán mã hóa của UMTS sẽ được đặt trong miền công cộng đối với chú giải và sự phân tích. Những bước quan trọng trong giao thức UMTS đối với nhận thực chung và sự thiết lập khóa phiên như dưới đây. Tương tự với giao thức challenge_response của GSM sẽ dễ hiểu. (Thuật ngữ dùng để diễn tả các thành phần khóa của cơ sở hạ tầng UMTS và giao thức nhận thực khác một vài điểm so với những gì chúng ta thấy trong GSM- chúng ta sẽ duy trì những sự khác biệt trong sự diễn tả này). Node phục vụ (SN) điều khiển bộ ghi định vị tạm trú (VLR) và yêu cầu dữ liệu nhận thực từ môi trường thường trú (HE), node này hỗ trợ bộ ghi định vị thường trú (HLR) và trung tâm nhận thực (AuC). Trạm di động/ UMTS Mạng di động/ VLR Env Thường trú/ HLR/AuC Sinh ra các vector nhận thực (AV) 1... n Lưu trữ các vector nhận thực; Lựa chọn AV(i) Xác nhận AUTN(i); Tính RES(i) Tính CK(i) và IK(i) Tính RES(i) và XRES(i) Rút ra CK(i) và IK(i) Đáp ứng dữ liệu nhật thực AV(1…n) Yêu cầu nhật thực người dùng RAND(i) || AUNT(i) Đáp ứng nhật thực người dùng RES(i) Yêu cầu dữ liệu nhật thực Chú ý: AUNT= SQN (XOR) AK || AMF || MAC AV = RAND || XRES || CK || IK || AUTM Hình 5.3: Luồng bản tin trong nhận thực UMTS cơ sở và giao thức phat sinh khóa phiên. Môi trường thường trú gửi một tập vector nhận thực tới node dịch vụ. Mỗi vector có thể được sử dụng để đạt được một sự nhận thực và sự thỏa thuận khóa phiên giữa SN và USIM trong trạm di động. Mỗi AV (tương đương với bộ ba GSM) bao gồm: Một số ngẫu nhiên yêu cầu RAND; Một kết quả đáp ứng tới yêu cầu đó, XRES; Một mã hóa phiên CK; Một khóa bảo toàn dữ liệu IK; Một dấu hiệu nhận thực AUTN. Mạng dịch vụ gửi yêu cầu ngẫu nhiên RAND và dáu hiệu nhận thực AUTN tới MS qua liên kết vô tuyến. USIM trong MS xác nhận rằng AUTN có thể được chấp nhận (do sự nhận thực đạt được của mạng đối với MS). Sau đó MS sinh ra một đáp ứng, RES, đối với người yêu cầu ngẫu nhiên RAND và truyền RES quay trở lại SN. Sinh ra SQN Sinh ra RAND SQN RAND AMF Hàm f1 Hàm f2 Hàm f2 Hàm f2 Hàm f2 Khóa bí mật K MAC XRES CK IK AK Hình 5.4: Phát sinh vector nhận thực UMTS (AV) và chuỗi dấu hiệu nhận thực (AUTN) ở trung tâm nhận thực. USIM tính các giá trị riêng CK và IK. Sử dụng RAND, chuỗi số ghi trong AUTN, và khóa bí mật của USIM. Mạng dịch vụ so sánh RES nhận được từ MS với XRES. Nếu hai giá trị bằng nhau, MS được nhận thực. USIM và SN truyền CK tới những thành phần chức năng hệ thống để mã hóa dữ liệu truyền, và truyền IK tới các thành phần chức năng của hệ thống để kiện toàn bộ dữ liệu. Trong giao thức nhận thực UMTS như được diễn tả ở trên, dấu hiệu nhận thực AUTN là một nguyên tố dữ liệu khóa. AUTN bao gồm (1)Chuỗi số SQN, XORed với một “khóa nặc danh” AK; (2)Trường nhận thực và quản lý khóa AMF; (3)Một mã nhận thực bản tin MAC. Mục đích của khóa nặc danh là để cho dấu chuỗi số có thể cung cấp thông tin và nhận dạng và định vị của thuê bao. AMF có thể mang thông tin từ chung tâm nhận thực và phát sinh khóa để sử dụng. AMF có thể trực tiếp với MS để sử dụng một trong các cặp khóa bí mật. Giao thức nhận thực UMTS sử dụng 5 hàm một chiều mang tên từ f1 đến f5 để sinh ra các giá trị thành phần của AUTN và các chuỗi AV. Dữ liệu vào đối với các hàm này là khóa bí mật của thuê bao, số ngẫu nhiên yêu cầu RAND và chuỗi số. Hình 5.4 đưa ra một biểu đồ tổng quan về cách thức hoạt động ở trung tâm nhận thực. 5.7 Khái quát chung về nhận thực trong UMTS Thủ tục giải quyết các giao thức nhận thực thuê bao đối với giai đoạn đầu đưa vào thực hiện UMTS là một quá trình lâu dài và trải qua nhiều giai đoạn. Như chúng ta đã thấy, một vài công việc nghiên cứu sớm đóng vai trò như một điểm báo trước đối với UMTS trong các chương trình của Châu Âu giống như ACTS đã chỉ ra một sự giải quyết bằng một điểm mạnh của các phương pháp khóa công cộng. Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng chủ yếu để xây dựng dựa trên thành tựu GSM tồn tại và duy trì hoạt động liên kết vơi GSM đã cho thấy dẫy ở trên. Một lần nữa, các phương pháp tiếp cận đối xứng khóa riêng đã thất bại. Tuy nhiên, cấu trúc khóa riêng của UMTS sử dụng chú tâm nhiều điểm thiếu sót của các hệ thống tổ ong thế hệ hai, bao hàm sự nhận thực của mạng đối với MS, nhận dạng người dùng và sự tin cậy định vị, bảo toàn dữ liệu và sự sử dụng các thuật toán mã hóa độc quyền. KẾT LUẬN Sau một thời gian tập trung nghiên cứu, em đã tìm được một số vấn đề về nhận thực và an ninh trong CDMA. Em đã tìm hiểu những yếu tố cần thiết để xây dựng một môi trường an ninh, các nguy cơ an ninh chính và những thách thức gặp phải khi xây dựng kiến trúc an ninh trong môi trường vô tuyến và di động nói chung, và trong mạng CDMA nói riêng. Về các kỹ thuật an ninh sử dụng trong thông tin vô tuyến và di động, đây là phần tương đối rộng nên em tập trung nhấn mạnh vào các kỹ thuật và giao thức an ninh chính. Đặc biệt, em tập trung nghiên cứu sâu vào thủ tục nhận thực và thoả thuận khoá trong các hệ thống thế hệ hai và trong UMTS, em đã biết được các giao thức; các thủ tục; và các thuật toán mã hóa sử dụng trong thông tin di động thế hệ hai và trong UMTS. Qua đó em nhận thấy rằng, các hệ thống thế hệ hai mặc dù được mã hóa bảo mật hơn các hệ thống tương tự thế hệ thứ nhất nhưng với sự phát triển của các hệ thống máy tính nó đã bộc lộ nhiều điểm yếu như đã phân tích ở chương IV, và hiện nay chỉ có các thủ tục nhận thực và bảo mật được giới thiệu trong UMTS mới đảm bảo an toàn cho thông tin người dùng, bảo vệ được quyền lợi người dùng cũng như quyền lợi của nhà cung cấp dịch vụ. Do thời gian hạn chế nên một số vấn đề em mới chỉ nêu ra mà chưa tập trung nghiên cứu sâu được chẳng hạn như: ứng dụng của công nghệ VPN để khắc phục vấn đề an ninh trong mạng WLAN, ứng dụng tường lửa cá nhân cho điện thoại di động, an ninh trong mạng IP… Đây là những vấn đề khá phức tạp và cũng hết sức hấp dẫn. Em hy vọng trong thời gian tới em sẽ có điều kiện để nghiên cứu sâu hơn vào các vấn đề này, đặc biệt là an ninh trong mạng IP, một công nghệ mà nhiều nhà nghiên cứu coi là có triển vọng trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Thông tin di động GSM”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 1997. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Thông tin di động 3G”, Học viện công nghệ Bưu chính-Viễn thông, 2002. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Các sơ đồ nối mạng, khai thác, bảo dưỡng và dịch vụ đa phương tiện cho 3G WCDMA-CDMA UMTS”, Tổng công ty Bưu chính Viễn thông, Trung tâm thông tin Bưu Điện, 08/2003. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Thông tin di động”, Học viện công nghệ Bưu chính-Viễn thông, 11/2000. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng, “Viba số”, Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông, 02/2002 TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Lý thuyết trải phổ và ứng dụng”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 05/2000. TS.Nguyễn Phạm Anh Dũng. “Các hàm xác suất ứng dụng trong viễn thông”, Trung tâm đào tạo Bưu chính - Viễn thông I, 1999. Bùi Trọng Liên, An toàn và bảo mật tin tức trên mạng, Nhà xuất bản bưu điện, Hà Nội, 2001. Howard Wolfe Curtis, Subscriber Authentication and Security in Digital Cellular Networks and Under Mobile Internet Protocol, the University of Texas at Austin, 2001. Ioanis Doukas, Security Technologies for Mobile Radio Systems, University of Strathclyde, Glasgow, 2003. Geir M. Koien, Telenor R&D and Agder University College, An Introduction to Access Security in UMTS, IEEE Wireless Communication, 2004. USECA Deliverable 3, Intermediate report on UMTS security architecture, 1999. USECA Deliverable 6, UMTS security architecture, 1999. USECA Deliverable 8, Intermediate report on UMTS security architecture, 1999. Randall K. Nichols, Panos C. Lekkas, Wireless Security, McGraw - Hill, 2002. ._.