Защита на прикладном уровне

Протокол SSL

Протокол SSL (Secure Socket Layer - уровень защищенных сокетов), разработанный Netscape Communications при участии RSA Data Security, предназначен для реализации защищенного обмена информацией в клиент/серверных приложениях. На практике SSL широко реализуется только совместно с протоколом прикладного уровня HHTP.

Функции безопасности, предоставляемые протоколом SSL:

• шифрование данных с целью предотвратить раскрытие конфиденциальных данных во время передачи;

• подписывание данных с целью предотвратить раскрытие конфиденциальных данных во время передачи;

• аутентификация клиента и сервера.

Протокол SSL использует криптографические методы защиты информации для обеспечения безопасности информационного обмена. Данный протокол выполняет взаимную аутентификацию, обеспечивает конфиденциальность и аутентичность передаваемых данных. Ядро протокола SSL - технология комплексного использования симметричных и асимметричных криптосистем. Взаимная аутентификация сторон выполняется при помощи обмена цифровыми сертификатами открытых ключей клиента и сервера, заверенными цифровой подписью специальных сертификационных центров. Конфиденциальность обеспечивается шифрованием передаваемых данных с использованием симметричных сессионных ключей, которыми стороны обмениваются при установлении соединения. Подлинность и целостность информации обеспечиваются за счет формирования и проверки цифровой подписи. В качестве алгоритмов асимметричного шифрования применяются алгоритм RSA и алгоритм Диффи-Хеллмана.

Рисунок 9 Криптозащищенные туннели, сформированные на основе протокола SSL

Согласно протоколу SSL криптозащищенные туннели создаются между конечными точками виртуальной сети. Клиент и сервер функционируют на компьютерах в конечных точках туннеля (рис. 9)

Протокол диалога SSL имеет два основных этапа формирования и поддержки защищаемого соединения:

• установление SSL-сессии;

• защищенное взаимодействие.

Первый этап отрабатывается перед непосредственной защитой информационного обмена и выполняется по протоколу начального приветствия (Handshake Protocol), входящему в состав протокола SSL. При установлении повторного соединения, возможно сформировать новые сеансовые ключи на основе старого общего секрета.

В процессе установления SSL - сессии решаются следующие задачи:

• аутентификация сторон;

• согласование криптографических алгоритмов и алгоритмов сжатия, которые будут использоваться при защищенном информационном обмене;

• формирование общего секретного мастер-ключа;

• генерация на основе сформированного мастер-ключа общих секретных сеансовых ключей для криптозащиты информационного обмена.

Рисунок 10 Процесс аутентификации клиента сервером

В протоколе SSL предусмотрено два типа аутентификации:

• аутентификация сервера клиентом;

• аутентификация клиента сервером.

Клиентское/серверное ПО, поддерживающее SSL, может с помощью стандартных приемов криптографии с открытым ключом проверить, что сертификат сервера/клиента и открытый ключ действительны и были выданы источником сертификатов из списка доверенных источников. Пример процесса аутентификации клиента сервером представлен на рисунке 10.

Схема применения протокола

До передачи сообщение по линии передачи данных, сообщение проходит следующие этапы обработки:

1.Сообщение фрагментируется на блоки, пригодные для обработки;

2.Данные сжимаются (опционально);

3.Генерируется MAC ключ  ;

4.Данные зашифровываются с помощью ключа  ;

Далее зашифрованное сообщение передается через линию передачи данных получателю. Получатель, принимает зашифрованное сообщение и для чтения исходного проводит обратные преобразования:

1.Используя ключ  , данные расшифровываются;

2.Проверяется MAC ключ  ;

3.Происходит декомпрессия данных (если использовалось сжатие);

4.Сообщение собирается из блоков и получатель читает сообщение.

Аутентичное распределение ключей

A, Клиент	CA Удостоверяющий центр	B, Сервер
Генерация пары ключей цифровой подписи:  . Передача   в УЦ	- симметричная схема шифрования;   - схема открытого шифрования;   - схема ЦП;   - любые функции (лучше ОНФ)	Генерация пары ключей схемы открытого шифрования:  . Передача   в УЦ
K - случайный сеансовый ключ.
		Если  , то K принимается как аутентичный общий секретный ключ

Рабочий этап

A		B
	- симметричная схема шифрования
. . .	и т.д.	. . .

Атаки на протокол SSL

Как и другие протоколы, SSL подвержен атакам, связанным с не доверенной программной средой, внедрение программ-закладок и др.:

• Атака отклика. Заключается в записи злоумышленником успешной коммуникационной сессии между клиентом и сервером. Позднее, он устанавливает соединение с сервером, используя записанные сообщения клиента. Но при помощи уникального идентификатора соединения "nonce" SSL отбивает эту атаку. Коды этих идентификаторов имеют длину 128 бит, в связи с чем злоумышленнику необходимо записать 2^64 идентификаторов, чтобы вероятность угадывания была 50%. Количество необходимых записей и низкую вероятность угадывания делают эту атаку бессмысленной.

• Атака протокола рукопожатия.Злоумышленник может попытаться повлиять на процесс обмена рукопожатиями для того, чтобы стороны выбрали разные алгоритмы шифрования. Из-за того, что многие реализации поддерживают экспортированное шифрование, а некоторые даже 0-шифрование или MAC-алгоритм, эти атаки представляют большой интерес. Для реализации такой атаки злоумышленнику необходимо подменить одно или более сообщений рукопожатия. Если это происходит, то клиент и сервер вычислят различные значения хэшей сообщения рукопожатия. В результате чего стороны не примут друг от друга сообщения "finished". Без знания секрета злоумышленник не сможет исправить сообщение "finished", поэтому атака может быть обнаружена.

• Раскрытие шифров.SSL зависит от нескольких криптографических технологий. Шифрование с общедоступным ключом RSA используется для пересылки ключей сессии и аутентификации клиента/сервера. В качестве шифра сессии применяются различные криптографические алгоритмы. Если осуществлена успешная атака на эти алгоритмы, SSL не может уже считаться безопасным. Атаки против определенных коммуникационных сессий могут производиться путем записи сессии, и затем предпринимается попытка подобрать ключ сессии или ключ RSA. В случае успеха открывается возможность прочесть переданную информацию.

• Злоумышленник посередине. Man-in-the-Middle атака предполагает наличие трех сторон: клиента, сервера и злоумышленника. Злоумышленник, находясь между ними, может перехватывать обмен сообщениями между клиентом и сервером. Атака является эффективной только если для обмена ключами применяется алгоритм Диффи-Хэлмана, так как целостность принимаемой информации и ее источник проверить невозможно. В случае SSL такая атака невозможна из-за использования сервером сертификатов, заверенных центром сертификации.

Протокол TLS

TLS (англ. Transport Layer Security) — это стандартный протокол, предназначенный для создания безопасных веб-соединений в Интернете или интрасетях. Он позволяет клиентам выполнять проверку подлинности серверов, а серверам — проверку подлинности клиентов (при необходимости). Этот протокол также обеспечивает защищенный канал путем шифрования передаваемых данных. Протокол TLS версии 1.0, основанный на SSL версии 3.0, является первым отраслевым стандартом SSL. Его спецификация определена рабочей группой IETF в документе RFC 2246, Протокол TLS. Последняя вышедшая спецификация протокола описана в документе RFC 5246.

Цель создания и преимущества

Цель создания TLS - повышение защиты SSL и более точное и полное определение протокола:

• Более надежный алгоритм MAC

• Более детальные предупреждения

• Более четкие определения спецификаций "серой области"

TLS предоставляет следующие усовершенствованные способы защиты:

• Хэширование ключей для идентификации с помощью сообщений - TLS применяет в коде идентификации сообщения (HMAC) хэширование, предотвращающее от изменения записи при передаче по незащищенной сети, например в Internet. SSL версии 3.0 также поддерживает идентификацию сообщений с помощью ключей, но HMAC считается более надежным, чем функция MAC, применяемая в SSL версии 3.0.

• Улучшенная псевдослучайная функция (PRF) С помощью PRF создаются данные ключа. В TLS функция PRF определена с помощью HMAC. PRF применяет два алгоритма хэширования, обеспечивающих ее защиту. Если один из алгоритмов будет взломан, данные будут защищены вторым алгоритмом.

• Улучшенная проверка сообщения "Готово" - Протоколы TLS версии 1.0 и SSL версии 3.0 отправляют обеим конечным системам сообщение "Готово", означающее, что доставленное сообщение не было изменено. Однако в TLS эта проверка основана на значениях PRF и HMAC, что обеспечивает более высокий уровень защиты по сравнению с SSL версии 3.0.

• Согласованная обработка сертификатов - В отличие от SSL версии 3.0, TLS пытается указать тип сертификата, который может применяться различными реализациями TLS.

• Особые предупреждающие сообщения - TLS предоставляет более точные и полные предупреждения о неполадках, обнаруженных одной из конечных систем. TLS также содержит информацию о том, когда какие сообщения с предупреждениями следует отправлять.

Протокол SSH

Протокол SSH (Secure Shell-оболочка безопасности) - это набор протоколов аутентификации с открытым ключом, позволяющий пользователю на стороне клиента безопасно регистрироваться на удалённом сервере.

Главная идея протокола заключается в том, что пользователь на стороне клиента, должен загрузить с удаленного сервера открытый ключ и установить с его помощью защищённый канал, используя криптографический мандат. Криптографическим мандатом пользователя является его пароль: его можно зашифровать с помощью полученного открытого ключа и передать на сервер.

Все сообщения шифруются с помощью IDEA .

Архитектура протокола SSH

SSH выполняется между двумя ненадёжными компьютерами, работающими в незащищенной сети( клиент - сервер).

Набор протоколов SSH состоит из трех компонентов:

• Протокол транспортного уровня SSH (SSH Transport Layer Protocol), обеспечивает аутентификацию сервера. Для этого используется открытый ключ. Исходной информацией для этого протокола как со стороны сервера, так и со стороны клиента, является пара открытых ключей - "ключи головного компьютера". Итогом протоколом является взаимно аутентифицированный защищённый канал, который гарантирует секретность и целостность данных.

• Протокол аутентификации пользователя SSH (SSH User Authentication Protocol). Выполняется по каналу односторонней аутентификации, установленному протоколом транспортного уровня SSH. Для выполнения аутентификации от клиента к серверу, поддерживаются различные протоколы односторонней аутентификации. Эти протоколы могут применять либо открытый ключ, либо пароль. Например, они могут быть созданы на основе протокола аутентификации с помощью простого пароля. Результатом протокола является взаимно аутентифицированный защищённый канал между сервером и пользователем. Применяются следующие методы:

publickey - клиент высылается ЭЦП  , сервер проверяет доверие открытому ключу клиента   по имеющейся на сервере копии ключа, затем проверяет аутентичность клиента по Sc.

password - клиент подтверждает свою аутентичность паролем.

hostbased - аналогично publickey, только используется пара ключей для клиентского хоста; подтвердив аутентичность хоста, сервер доверяет имени пользователя.

• Протокол связи SSH (SSH Connection Protocol) выполняется по взаимно аутентифицированному защищённому каналу, установленному предыдущими протоколами. Протокол обеспечивает работу защищённого канала при этом разделяя его на несколько защищённых логических каналов.

Протокол распределения ключами

Протокол включает в себя 3 этапа. Первый этап - "Hello" phase, где первый идентификатор это строка, I, отправляется, чтобы начать протокол, за которым следует список поддерживаемых алгоритмов - X.

На 2-й стадии стороны согласуют секретный ключ, s. Для этого применяется алгоритм Диффи-Хеллмана. Сервер подтверждает свою идентичность , отправляя клиенты свой открытый ключ,  , верифицированный цифровой подписью,  , и подпись дайджеста, h. В качестве идентификатора sid устанавливается значение h.

На стадии 3 секретный ключ, идентификатор сессии и дайджест используются для создании 6 "apllication keys", вычисленных с помощью  .

Резюме

К преимуществам протокола относится:

• возможность действий на сквозной основе (end - to - end) с осуществляющими стеками TCP/IP, существующими интерфейсами прикладного программирования;

• повышенная эффективность по сравнению с медленными каналами;

• отсутствие каких-либо проблем с фрагментацией, определением максимального объёма блоков, передаваемых по данному маршруту;

• сочетание компрессии с шифрованием.