Giáo trình nghề Quản trị mạng máy tính - An toàn mạng - Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ
BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
----- › & ›-----
GIÁO TRÌNH
AN TOÀN MẠNG
NGHỀ: QUẢN TRỊ MẠNG MÁY TÍNH
Hà Nội, năm 2019
BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
----- › & ›-----
GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN: AN TOÀN MẠNG
NGHỀ: QUẢN TRỊ MẠNG MÁY TÍNH
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số:248b/QĐ-CĐNKTCN ngày 17 tháng 09
năm 2019 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ)
Hà Nội, năm 2019
2
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
MÃ TÀI LIỆU : MĐQTM 18
3
LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm qua, dạy nghề đã có những bước tiến vượt bậc cả về số lượng
và chất lượng, nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp
ứng nhu cầu xã hội. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trên thế giới, lĩnh
vực Công nghệ thông tin nói chung và ngành Quản trị mạng ở Việt Nam nói riêng đã
có những bước phát triển đáng kể.
Chương trình dạy nghề Quản trị mạng đã được xây dựng trên cơ sở phân tích
nghề, phần kỹ năng nghề được kết cấu theo các mô đun môn học. Để tạo điều kiện
thuận lợi cho các cơ sở dạy nghề trong quá trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình
theo các mô đun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay.
Môn học 18: An toàn mạng là môn học đào tạo chuyên môn nghề được biên soạn
theo hình thức tích hợp lý thuyết và thực hành. Trong quá trình thực hiện, nhóm biên
soạn đã tham khảo nhiều tài liệu An toàn mạng trong và ngoài nước, kết hợp với kinh
nghiệm trong thực tế.
Mặc dầu có rất nhiều cố gắng, nhưng không tránh khỏi những khiếm khuyết, rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của độc giả để giáo trình được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2019
BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH
NGHỀ: QUẢN TRỊ MẠNG MÁY TÍNH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên Trần Thị Vinh
2. Tập thể Giảng viên Khoa CNTT
liên hệ số điện thoại 0978113529
4
MỤC LỤC
BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN VÀ BẢO MẬT THÔNG TIN ..........................9
1. Các khái niệm chung .........................................................................................10
1.1. Đối tượng tấn công mạng (Intruder) ...........................................................10
1.2. Các lỗ hổng bảo mật...................................................................................10
2. Nhu cầu bảo vệ thông tin ...................................................................................10
2.1. Nguyên nhân ..............................................................................................10
2.2 Bảo vệ dữ liệu .............................................................................................10
2.3. Bảo vệ tài nguyên sử dụng trên mạng .........................................................11
2.4. Bảo bệ danh tiếng của cơ quan ...................................................................11
BÀI 2: MÃ HÓA THÔNG TIN ................................................................................12
1. Cơ bản về mã hoá (Cryptography) .....................................................................12
1.1. Tại sao cần phải sử dụng mã hoá ................................................................12
1.2. Nhu cầu sử dụng kỹ thuật mã hoá...............................................................12
1.3. Quá trình mã hoá và giải mã như sau:.........................................................13
2. Độ an toàn của thuật toán...................................................................................14
3. Phân loại các thuật toán mã hoá.........................................................................14
3.1. Mã hoá cổ điển:..........................................................................................15
3.2. Mã hoá đối xứng: .......................................................................................16
BÀI 3: NAT ( Network Address Translation) ...........................................................20
1. Giới thiệu: .........................................................................................................20
2. Các kỹ thuật NAT cổ điển: ................................................................................20
2.1. NAT tĩnh....................................................................................................20
2.2. NAT động ..................................................................................................21
3. NAT trong Window server. ...............................................................................24
BÀI 4: BẢO VỆ MẠNG BẰNG TƯỜNG LỬA.......................................................33
1. Các kiểu tấn công .............................................................................................33
1.1. Tấn công trực tiếp.......................................................................................33
1.2. Nghe trộm ..................................................................................................33
1.3. Giả mạo địa chỉ ..........................................................................................33
1.4. Vô hiệu hoá các chức năng của hệ thống ....................................................33
1.5. Lỗi của người quản trị hệ thống..................................................................33
1.6. Tấn công vào yếu tố con người...................................................................34
2. Các mức bảo vệ an toàn.....................................................................................34
3. Internet Firwall..................................................................................................35
3.1. Định nghĩa..................................................................................................35
3.2. Chức năng chính.........................................................................................35
3.3. Cấu trúc......................................................................................................36
3.4. Các thành phần của Firewall và cơ chế hoạt động.......................................36
3.5. Những hạn chế của firewall........................................................................39
3.6. Các ví dụ firewall .......................................................................................39
BÀI 5: DANH SÁCH ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP.....................................................43
Giới thiệu ..............................................................................................................43
1. Định nghĩa danh sách truy cập...........................................................................44
2. Nguyên tắc hoạt động của Danh sách truy cập...................................................45
2.1 Tổng quan về các lệnh trong Danh sách truy cập.........................................47
5
2.2. Danh sách truy cập chuẩn trong mạng TCP/IP............................................47
Bài tập thực hành của học viên ..............................................................................50
BÀI 6 : VIRUS VÀ CÁCH PHÒNG CHỐNG...........................................................56
1. Giới thiệu tổng quan về virus tin học .................................................................56
2. Cách thức lây lan – phân loại.............................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................72
6
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: An toàn mạng
Mã số của mô đun: MĐQTM18
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
- Vị trí: Mô đun được bố trí sau khi sinh viên học xong môn học, mô đun: Mạng máy
tính và Quản trị mạng 1.
- Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề.
- Ý nghĩa và vai trò: Đây là mô đun chuyên ngành của ngành quản trị mạng, cung
cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về bảo mật hệ thống mạng để làm nền tản
cho việc bảo mật giải quyết các vấn đề cần thiết.
Mục tiêu của mô đun:
- Về kiến thức:
+ Xác định được các thành phần cần bảo mật cho một hệ thống mạng;
+ Trình bày được các hình thức tấn công vào hệ thống mạng;
+ Mô tả được cách thức mã hoá thông tin;
+ Trình bày được quá trình NAT trong hệ thống mạng;
+ Xác định được khái niệm về danh sách truy cập;
+ Mô tả được nguyên tắc hoạt động của danh sách truy cập;
- Về kỹ năng:
+ Liệt kê được danh sách truy cập trong chuẩn mạng TCP/IP;
+ Phân biệt được các loại virus thông dụng và cách phòng chống virus;
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm
+ Bố trí làm việc khoa học đảm bảo an toàn cho người và phương tiện học tập.
Nội dung chính của mô đun:
Thời gian
Số
TT
Kiểm tra*
(LT
hoặcTH)
Tên bài
Tổng
số
Lý
thuyết
Thực hành
Bài tập
I
Tổng quan về an toàn và bảo
mật thông tin
Các khái niệm chung
Nhu cầu bảo vệ thông tin
2
2
3
0
10
7
II Mã hóa thông tin
Cơ bản về mã hoá
(Cryptography)
Độ an toàn của thuật toán
Phân loại các thuật toán mã hoá
III NAT
6
2
4
Giới thiệu
Các kỹ thuật NAT cổ điển
7
NAT trong window server
IV Bảo vệ mạng bằng tường lửa
Các kiểu tấn công
7
2
3
5
6
Các mức bảo vệ an toàn
Internet Firewall
V
Danh sách điều khiển truy cập
10
10
45
1
Khái niệm về danh sách truy cập
Nguyên tắc hoạt động của danh
sách truy cập
3
6
1
VI Virus và cách phòng chống
Giới thiệu tổng quan về virus
Cách thức lây lan và phân loại
virus
Ngăn chặn sự xâm nhập virus
Cộng
15
28
2
8
BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN VÀ BẢO MẬT THÔNG TIN
Mã bài: MĐQTM 18.1
Giới thiệu:
Bảo mật là một trong những lĩnh vực mà hiện nay giới công nghệ thông tin khá
quan tâm. Một khi Internet ra đời và phát triển, nhu cầu trao đổi thông tin trở nên cần
thiết. Mục tiêu của việc nối mạng là làm cho mọi người có thể sử dụng chung tài
nguyên từ những vị trí địa lý khác nhau. Cũng chính vì vậy mà các tài nguyên cũng rất
dễ dàng bị phân tán, dẫn đến một điều hiển nhiên là chúng sẽ bị xâm phạm, gây mất
mát dữ liệu cũng như các thông tin có giá trị. Càng giao thiệp rộng thì càng dễ bị tấn
công, đó là một quy luật. Từ đó, vấn đề bảo vệ thông tin cũng đồng thời xuất hiện, bảo
mật ra đời.
Tất nhiên, mục tiêu của bảo mật không chỉ nằm gói gọn trong lĩnh vực bảo vệ
thông tin mà còn nhiều phạm trù khác như kiểm duyệt web, bảo mật internet, bảo mật
http, bảo mật trên các hệ thống thanh toán điện tử và giao dịch trực tuyến….
Mọi nguy cơ trên mạng đều là mối nguy hiểm tiểm tàng. Từ một lổ hổng bảo
mật nhỏ của hệ thống, nhưng nếu biết khai thác và lợi dụng với tầng suất cao và kỹ
thuật hack điêu luyện thì cũng có thể trở thành tai họa.
Theo thống kê của tổ chức bảo mật nổi tiếng CERT (Computer Emegancy Response
Team) thì số vụ tấn công ngày càng tăng. Cụ thể năm 1989 có khoản 200 vụ, đến năm
1991 có 400 vụ, đến năm 1994 thì con số này tăng lên đến mức 1330 vụ, và sẽ còn
tăng mạnh trong thời gian tới.
Như vậy, số vụ tấn công ngày càng tăng lên với mức độ chóng mặt. Điều này
cũng dễ hiểu, vì một thực thể luôn tồn tại hai mặt đối lập nhau. Sự phát triển mạnh mẽ
của công nghệ thông tin và kỹ thuật sẽ làm cho nạn tấn công, ăn cắp, phá hoại trên
internet bùng phát mạnh mẽ.
Internet là một nơi cực kỳ hỗn loạn. Mọi thông tin mà bạn thực hiện truyền dẫn
đều có thể bị xâm phạm, thậm chí là công khai. Bạn có thể hình dung internet là một
phòng họp, những gì được trao đổi trong phòng họp đều được người khác nghe thấy.
Với internet thì những người này không thấy mặt nhau, và việc nghe thấy thông tin
này có thể hợp pháp hoặc là không hợp pháp.
Tóm lại, internet là một nơi mất an toàn. Mà không chỉ là internet các loại mạng khác,
như mạng LAN, đến một hệ thống máy tính cũng có thể bị xâm phạm. Thậm chí,
mạng điện thoại, mạng di động cũng không nằm ngoài cuộc. Vì thế chúng ta nói rằng,
phạm vi của bảo mật rất lớn, nói không còn gói gọn trong một máy tính một cơ quan
mà là toàn cầu.
Mục tiêu:
- Trình bày được các hình thức tấn công vào hệ thống mạng;
- Xác định được các thành phần của một hệ thống bảo mật;
- Thực hiện các thao tác an toàn với máy tính.
9
Nội dung chính:
1. Các khái niệm chung
Mục tiêu:
- Mô tả được các đối tượng tấng công hệ thống mạng ;
- Xác định được các lỗ hổng bảo mật.
1.1. Đối tượng tấn công mạng (Intruder)
Là những cá nhân hoặc các tổ chức sử dụng các kiến thức về mạng và các công
cụ phá hoại (phần mềm hoặc phần cứng) để dò tìm các điểm yếu, lỗ hổng bảo mật trên
hệ thống, thực hiện các hoạt động xâm nhập và chiếm đoạt tài nguyên mạng trái phép.
Một số đối tượng tấn công mạng là:
- Hacker: Là những kẻ xâm nhập vào mạng trái phép bằng cách sử dụng các công cụ
phá mật khẩu hoặc khai thác các điểm yếu của các thành phần truy nhập trên hệ thống.
- Masquerader: Là những kẻ giả mạo thông tin trên mạng. Một số hình thức giả mạo
như giả mạo địa chỉ IP, tên miền, định danh người dùng ...
- Eavesdropping: Là những đối tượng nghe trộm thông tin trên mạng, sử dụng các
công cụ sniffer; sau đó dùng các công cụ phân tích và debug để lấy được các thông tin
có giá trị. Những đối tượng tấn công mạng có thể nhằm nhiều mục đích khác nhau:
như ăn cắp những thông tin có giá trị về kinh tế, phá hoại hệ thống mạng có chủ định,
hoặc cũng có thể chỉ là những hành động vô ý thức, thử nghiệm các chương trình
không kiểm tra cẩn thận ...
1.2. Các lỗ hổng bảo mật
Các lỗ hổng bảo mật là những điểm yếu kém trên hệ thống hoặc ẩn chứa trong
một dịch vụ mà dựa vào đó kẻ tấn công có thể xâm nhập trái phép để thực hiện các
hành động phá hoại hoặc chiếm đoạt tài nguyên bất hợp pháp.
Nguyên nhân gây ra những lỗ hổng bảo mật là khác nhau: có thể do lỗi của bản
thân hệ thống, hoặc phần mềm cung cấp, hoặc do người quản trị yếu kém không hiểu
sâu sắc các dịch vụ cung cấp ...
Mức độ ảnh hưởng của các lỗ hổng là khác nhau. Có những lỗ hổng chỉ ảnh
hưởng tới chất lượng dịch vụ cung cấp, có những lỗ hổng ảnh hưởng nghiêm trọng tới
toàn bộ hệ thống ...
2. Nhu cầu bảo vệ thông tin
Mục tiêu:
- Trình bày được các nhu cầu cần bảo vệ trên hệ thống mạng
2.1. Nguyên nhân
Tài nguyên đầu tiên mà chúng ta nói đến chính là dữ liệu. Đối với dữ liệu,
chúng ta cần quan tâm những yếu tố sau:
2.2 Bảo vệ dữ liệu
Những thông tin lưu trữ trên hệ thống máy tính cần được bảo vệ do các yêu cầu
sau:
- Bảo mật: những thông tin có giá trị về kinh tế, quân sự, chính sách vv... cần được
bảo vệ và không lộ thông tin ra bên ngoài.
- Tính toàn vẹn: Thông tin không bị mất mát hoặc sửa đổi, đánh tráo.
- Tính kịp thời: Yêu cầu truy nhập thông tin vào đúng thời điểm cần thiết.
Trong các yêu cầu này, thông thường yêu cầu về bảo mật được coi là yêu cầu số 1 đối
với thông tin lưu trữ trên mạng. Tuy nhiên, ngay cả khi những thông tin này không
10
được giữ bí mật, thì những yêu cầu về tính toàn vẹn cũng rất quan trọng. Không một
cá nhân, một tổ chức nào lãng phí tài nguyên vật chất và thời gian để lưu trữ những
thông tin mà không biết về tính đúng đắn của những thông tin đó.
2.3. Bảo vệ tài nguyên sử dụng trên mạng
Trên thực tế, trong các cuộc tấn công trên Internet, kẻ tấn công, sau khi đã làm
chủ được hệ thống bên trong, có thể sử dụng các máy này để phục vụ cho mục đích
của mình như chạy các chương trình dò mật khẩu người sử dụng, sử dụng các liên kết
mạng sẵn có để tiếp tục tấn công các hệ thống khác.
2.4. Bảo bệ danh tiếng của cơ quan
Một phần lớn các cuộc tấn công không được thông báo rộng rãi, và một trong
những nguyên nhân là nỗi lo bị mất uy tín của cơ quan, đặc biệt là các công ty lớn và
các cơ quan quan trọng trong bộ máy nhà nước. Trong trường hợp người quản trị hệ
thống chỉ được biết đến sau khi chính hệ thống của mình được dùng làm bàn đạp để
tấn công các hệ thống khác, thì tổn thất về uy tín là rất lớn và có thể để lại hậu quả lâu
dài.
Bài tập thực hành của học viên
Câu 1: Trình bày các đối tượng tấng công hệ thống mạng
Câu 2: Đối với dữ liệu, chúng ta cần quan tâm những yếu tố nào?
11
BÀI 2: MÃ HÓA THÔNG TIN
Mã bài: MĐQTM 18.02
Giới thiệu
Khi bắt đầu tìm hiểu về mã hoá, chúng ta thường đặt ra những câu hỏi chẳng
hạn như là: Tại sao cần phải sử dụng mã hoá ? Tại sao lại có quá nhiều thuật toán mã
hoá ?. Mã hóa thông tin nhằm đảm bảo tính bảo mật cho thông tin.
Mục tiêu:
- Liệt kê và phân biệt được các kiểu mã hóa dữ liệu;
- Áp dụng được việc mã hóa và giải mã với một số phương pháp cơ bản;
- Mô tả về hạ tầng ứng dụng khóa công khai;
- Thực hiện các thao tác an toàn với máy tính.
Nội dung
1. Cơ bản về mã hoá (Cryptography)
Mục tiêu:
- Trình bày được nhu cầu sử dụng mã hóa;
- Mô tả được quá trình mã hóa và giải mã.
1.1. Tại sao cần phải sử dụng mã hoá
Thuật toán Cryptography đề cập tới nghành khoa học nghiên cứu về mã hoá và
giải mã thông tin. Cụ thể hơn là nghiên cứu các cách thức chuyển đổi thông tin từ dạng
rõ (clear text) sang dạng mờ (cipher text) và ngược lại. Đây là một phương pháp hỗ trợ
rất tốt cho trong việc chống lại những truy cập bất hợp pháp tới dữ liệu được truyền đi
trên mạng, áp dụng mã hoá sẽ khiến cho nội dung thông tin được truyền đi dưới dạng
mờ và không thể đọc được đối với bất kỳ ai cố tình muốn lấy thông tin đó.
1.2. Nhu cầu sử dụng kỹ thuật mã hoá
Không phải ai hay bất kỳ ứng dụng nào cũng phải sử dụng mã hoá. Nhu cầu về
sử dụng mã hoá xuất hiện khi các bên tham gia trao đổi thông tin muốn bảo vệ các tài
liệu quan trọng hay gửi chúng đi một cách an toàn. Các tài liệu quan trọng có thể là: tài
liệu quân sự, tài chính, kinh doanh hoặc đơn giản là một thông tin nào đó mang tính
riêng tư.
Như chúng ta đã biết, Internet hình thành và phát triển từ yêu cầu của chính phủ
Mỹ nhằm phục vụ cho mục đích quân sự. Khi chúng ta tham gia trao đổi thông tin, thì
Internet là môi trường không an toàn, đầy rủi ro và nguy hiểm, không có gì đảm bảo
rằng thông tin mà chúng ta truyền đi không bị đọc trộm trên đường truyền. Do đó, mã
hoá được áp dụng như một biện pháp nhằm giúp chúng ta tự bảo vệ chính mình cũng
như những thông tin mà chúng ta gửi đi. Bên cạnh đó, mã hoá còn có những ứng dụng
khác như là bảo đảm tính toàn vẹn của dữ liệu.
Tại sao lại có quá nhiều thuật toán mã hoá
Theo một số tài liệu thì trước đây tính an toàn, bí mật của một thuật toán phụ
thuộc vào phương thức làm việc của thuật toán đó. Nếu như tính an toàn của một thuật
toán chỉ dựa vào sự bí mật của thuật toán đó thì thuật toán đó là một thuật toán hạn chế
(Restricted Algrorithm). Restricted Algrorithm có tầm quan trọng trong lịch sử nhưng
không còn phù hợp trong thời đại ngày nay. Giờ đây, nó không còn được mọi người sử
dụng do mặt hạn chế của nó: mỗi khi một user rời khỏi một nhóm thì toàn bộ nhóm đó
phải chuyển sang sử dụng thuật toán khác hoặc nếu người đó người trong nhóm đó tiết
lộ thông tin về thuật toán hay có kẻ phát hiện ra tính bí mật của thuật toán thì coi như
12
thuật toán đó đã bị phá vỡ, tất cả những user còn lại trong nhóm buộc phải thay đổi lại
thuật toán dẫn đến mất thời gian và công sức.
Hệ thống mã hoá hiện nay đã giải quyết vấn đề trên thông qua khoá (Key) là
một yếu tố có liên quan nhưng tách rời ra khỏi thuật toán mã hoá. Do các thuật toán
hầu như được công khai cho nên tính an toàn của mã hoá giờ đây phụ thuộc vào khoá.
Khoá này có thể là bất kì một giá trị chữ hoặc số nào. Phạm vi không gian các giá trị
có thể có của khoá được gọi là Keyspace . Hai quá trình mã hoá và giải mã đều dùng
đến khoá. Hiện nay, người ta phân loại thuật toán dựa trên số lượng và đặc tính của
khoá được sử dụng.
Nói đến mã hoá tức là nói đến việc che dấu thông tin bằng cách sử dụng thuật
toán. Che dấu ở đây không phải là làm cho thông tin biến mất mà là cách thức chuyển
từ dạng tỏ sang dạng mờ. Một thuật toán là một tập hợp của các câu lệnh mà theo đó
chương trình sẽ biết phải làm thế nào để xáo trộn hay phục hồi lại dữ liệu. Chẳng hạn
một thuật toán rất đơn giản mã hoá thông điệp cần gửi đi như sau:
Bước 1: Thay thế toàn bộ chữ cái “e” thành số “3”
Bước 2: Thay thế toàn bộ chữ cái “a” thành số “4”
Bước 3: Đảo ngược thông điệp
Trên đây là một ví dụ rất đơn giản mô phỏng cách làm việc của một thuật toán mã hoá.
Sau đây là các thuật ngữ cơ bản nhất giúp chúng ta nắm được các khái niệm:
Hinh1: Minh hoạ quá trình mã hóa và giải mã
Sender/Receiver: Người gửi/Người nhận dữ liệu
- Plaintext (Cleartext): Thông tin trước khi được mã hoá. Đây là dữ liệu ban đầu ở
dạng rõ
- Ciphertext: Thông tin, dữ liệu đã được mã hoá ở dạng mờ
- Key: Thành phần quan trọng trong việc mã hoá và giải mã
- CryptoGraphic Algorithm: Là các thuật toán được sử dụng trong việc mã hoá hoặc
giải mã thông tin
- CryptoSystem: Hệ thống mã hoá bao gồm thuật toán mã hoá, khoá, Plaintext,
Ciphertext
Kí hiệu chung: P là thông tin ban đầu, trước khi mã hoá. E() là thuật toán mã hoá. D()
là thuật toán giải mã. C là thông tin mã hoá. K là khoá.
1.3. Quá trình mã hoá và giải mã như sau:
- Quá trình mã hoá được mô tả bằng công thức: EK(P)=C
- Quá trình giải mã được mô tả bằng công thức: DK(C)=P
Bên cạnh việc làm thế nào để che dấu nội dung thông tin thì mã hoá phải đảm bảo các
mục tiêu sau:
13
a. Confidentiality (Tính bí mật): Đảm bảo dữ liệu được truyền đi một cách an toàn và
không thể bị lộ thông tin nếu như có ai đó cố tình muốn có được nội dung của dữ liệu
gốc ban đầu. Chỉ những người được phép mới có khả năng đọc được nội dung thông
tin ban đầu.
b. Authentication (Tính xác thực): Giúp cho người nhận dữ liệu xác định được chắc
chắn dữ liệu mà họ nhận là dữ liệu gốc ban đầu. Kẻ giả mạo không thể có khả năng để
giả dạng một người khác hay nói cách khác không thể mạo danh để gửi dữ liệu. Người
nhận có khả năng kiểm tra nguồn gốc thông tin mà họ nhận được.
c. Integrity (Tính toàn vẹn): Giúp cho người nhận dữ liệu kiểm tra được rằng dữ liệu
không bị thay đổi trong quá trình truyền đi. Kẻ giả mạo không thể có khả năng thay
thế dữ liệu ban đầu băng dữ liệu giả mạo
d. Non-repudation (Tính không thể chối bỏ): Người gửi hay người nhận không thể
chối bỏ sau khi đã gửi hoặc nhận thông tin.
2. Độ an toàn của thuật toán
Mục tiêu:
- Trình bày được các thuật toán mã hóa
Nguyên tắc đầu tiên trong mã hoá là “Thuật toán nào cũng có thể bị phá vỡ”.
Các thuật toán khác nhau cung cấp mức độ an toàn khác nhau, phụ thuộc vào độ phức
tạp để phá vỡ chúng. Tại một thời điểm, độ an toàn của một thuật toán phụ thuộc:
- Nếu chi phí hay phí tổn cần thiết để phá vỡ một thuật toán lớn hơn giá trị của thông
tin đã mã hóa thuật toán thì thuật toán đó tạm thời được coi là an toàn.
- Nếu thời gian cần thiết dùng để phá vỡ một thuật toán là quá lâu thì thuật toán đó tạm
thời được coi là an toàn.
- Nếu lượng dữ liệu cần thiết để phá vỡ một thuật toán quá lơn so với lượng dữ liệu đã
được mã hoá thì thuật toán đó tạm thời được coi là an toàn
Từ tạm thời ở đây có nghĩa là độ an toàn của thuật toán đó chỉ đúng trong một
thời điểm nhất định nào đó, luôn luôn có khả năng cho phép những người phá mã tìm
ra cách để phá vỡ thuật toán. Điều này chỉ phụ thuộc vào thời gian, công sức, lòng
đam mê cũng như tính kiên trì bên bỉ. Càng ngày tốc độ xử lý của CPU càng cao, tốc
độ tính toán của máy tính ngày càng nhanh, cho nên không ai dám khẳng định chắc
chắn một điều rằng thuật toán mà mình xây dựng sẽ an toàn mãi mãi. Trong lĩnh vực
mạng máy tính và truyền thông luôn luôn tồn tại hai phe đối lập với nhau những người
chuyên đi tấn công, khai thác lỗ hổng của hệ thống và những người chuyên phòng thủ,
xây dựng các qui trình bảo vệ hệ thống. Cuộc chiến giữa hai bên chẳng khác gì một
cuộc chơi trên bàn cờ, từng bước đi, nước bước sẽ quyết định số phận của mối bên.
Trong cuộc chiến này, ai giỏi hơn sẽ dành được phần thắng. Trong thế giới mã hoá
cũng vậy, tất cả phụ thuộc vào trình độ và thời gian…sẽ không ai có thể nói trước
được điều gì. Đó là điểm thú vị của trò chơi.
3. Phân loại các thuật toán mã hoá
Có rất nhiều các thuật toán mã hoá khác nhau. Từ những thuật toán được công
khai để mọi người cùng sử dụng và áp dụng như là một chuẩn chung cho việc mã hoá
dữ liệu; đến những thuật toán mã hoá không được công bố. Có thể phân loại các thuật
toán mã hoá như sau:
Phân loại theo các phương pháp:
- Mã hoá cổ điển (Classical cryptography)
- Mã hoá đối xứng (Symetric cryptography)
- Mã hoá bất đối xứng(Asymetric cryptography)
- Hàm băm (Hash function)
14
Phân loại theo số lượng khoá:
- Mã hoá khoá bí mật (Private-key Cryptography)
- Mã hoá khoá công khai (Public-key Cryptography)
3.1. Mã hoá cổ điển:
Xuất hiện trong lịch sử, các phương pháp này không dùng khoá. Thuật toán đơn
giản và dễ hiểu. Những từ chính các phương pháp mã hoá này đã giúp chúng ta tiếp
cận với các thuật toán mã hoá đối xứng được sử dụng ngày nay. Trong mã hoá cổ điển
có 02 phương pháp nổi bật đó là:
- Mã hoá thay thế (Substitution Cipher):
Là phương pháp mà từng kí tự (hay từng nhóm kí tự) trong bản rõ (Plaintext)
được thay thế bằng một kí tự (hay một nhóm kí tự) khác để tạo ra bản mờ (Ciphertext).
Bên nhận chỉ cần đảo ngược trình tự thay thế trên Ciphertext để có được Plaintext ban
đầu.
Các hệ mật mã cổ điển- Hệ mã hóa thay thế(Substitution Cipher)
Chọn một hoán vị p: Z26 à Z26 làm khoá.
VD:
Mã hoá
ep(a)=X
A
d
B
l
C
r
D
y
E
v
F
o
G
h
H
e
I
z
J
x
K
w
L
p
M
t
n
S
o
F
p
L
q
R
r
C
s
V
t
M
u
U
v
E
w
K
x
J
y
D
z
I
Giải mã:
dp(A)=d
A
d
B
l
C
r
D
y
E
v
F
o
G
h
H
e
I
z
J
x
K
w
L
p
M
t
N
b
O
g
P
f
Q
R
q
S
n
T
m
U
u
V
s
W
k
X
a
Y
c
Z
i
j
Bảng rõ “nguyenthanhnhut”
Mã hóa “SOUDHSMGXSGSGUM”
- Mã hoá hoán vị (Transposition Cipher):
Bên cạnh phương pháp mã hoá thay thế thì trong mã hoá cổ điển có một
phương pháp khác nữa cũng nổi tiếng không kém, đó chính là mã hoá hoán vị. Nếu
như trong phương pháp mã hoá thay thế, các kí tự trong Plaintext được thay thế hoàn
toàn bằng các kí tự trong Ciphertext, thì trong phương pháp mã hoá hoán vị, các kí tự
trong Plaintext vẫn được giữ nguyên, chúng chỉ được sắp xếp lại vị trí để tạo ra
Ciphertext. Tức là các kí tự trong Plaintext hoàn toàn không bị thay đổi bằng kí tự
khác.
Mã hoán vị - Permutation Cipher
15
Chuyển đổi vị trí bản thân các chữ cái trong văn bản gốc từng khối m chữ cái.
Mã hoá:
eπ(x1, …, xm) = (xπ(1), …, xπm)).
Giải mã:
dπ(y1, …, ym) = (yπ’(1), …, yπ’(m)).
Trong đó, π: Z26 àZ26 là một hoán vị, π’ :=π-1 là nghịch đảo của π.
Hoán vị
x
Π(x)
1
3 5
2
3
1
4
6
5
4
6
2
x
1
3 6
2
3
1
4
5
5
2
6
4
Π-1(x)
“shesellsseashellsbytheseashore”.
shesel | lsseas | hellsb | ythese | ashore
EESLSH | SALSES | LSHBLE | HSYEET | HRAEOS
“EESLSHSALSESLSHBLEHSYEETHRAEOS”.
3.2. Mã hoá đối xứng:
Ở phần trên, chúng ta đã tìm hiểu về mã hoá cổ điển, trong đó có nói rằng mã
hoá cổ điển không dùng khoá. Nhưng trên thực nếu chúng ta phân tích một cách tổng
quát, chúng ta sẽ thấy được như sau:
- Mã hoá cổ điển có sử dụng khoá. Bằng chứng là trong phương pháp Ceaser Cipher
thì khoá chính là phép dịch ký tự, mà cụ thể là phép dịch 3 ký tự. Trong phương pháp
mã hoá hoán vị thì khóa nằm ở số hàng hay số cột mà chúng ta qui định. Khoá này có
thể được thay đổi tuỳ theo mục đích mã hoá của chúng ta, nhưng nó phải nằm trong
một phạm vi cho phép nào đó.
- Để dùng được mã hoá cổ điển thì bên mã hoá và bên giải mã phải thống nhất với
nhau về cơ chế mã hoá cũng như giải mã. Nếu như không có công việc này thì hai bên
sẽ không thể làm việc được với nhau.
Mã hoá đối xứng còn có một số tên gọi khác như Secret Key Cryptography (hay
Private Key Cryptography), sử dụng cùng một khoá cho cả hai quá trình mã hoá và
giải mã.
Quá trình thực hiện như sau:
Trong hệ thống mã hoá đối xứng, trước khi truyền dữ liệu, 2 bên gửi và nhận phải thoả
thuận về khoá dùng chung cho quá trình mã hoá và giải mã. Sau đó, bên gửi sẽ mã hoá
bản rõ (Plaintext) bằng cách sử dụng khoá bí mật này và gửi thông điệp đã mã hoá cho
bên nhận. Bên nhận sau khi nhận được thông điệp đã mã hoá sẽ sử dụng chính khoá bí
mật mà hai bên thoả thuận để giải mã và lấy lại bản rõ (Plaintext).
16
Hình 2: Mã hóa đối xứng
Hình vẽ trên chính là quá trình tiến hành trao đổi thông tin giữa bên gửi và bên nhận
thông qua việc sử dụng phương pháp mã hoá đối xứng. Trong quá trình này, thì thành
phần quan trọng nhất cần phải được giữ bí mật chính là khoá. Việc trao đổi, thoả thuận
về thuật toán được sử dụng trong việc mã hoá có thể tiến hành một cách công khai,
nhưng bước thoả thuận về khoá trong việc mã hoá và giải mã phải tiến hành bí mật.
Chúng ta có thể thấy rằng thuật toán mã hoá đối xứng sẽ rất có lợi khi được áp dụng
trong các cơ quan hay tổ chức đơn lẻ. Nhưng nếu cần phải trao đổi thông tin với một
bên thứ ba thì việc đảm bảo tính bí mật của khoá phải được đặt lên hàng đầu.
Mã hoá đối xứng có thể được phân thành 02 loại:
- Loại thứ nhất tác động trên bản rõ theo từng nhóm bits. Từng nhóm bits này được
gọi với một cái tên khác là khối (Block) và thuật toán được áp dụng gọi là Block
Cipher. Theo đó, từng khối dữ liệu trong văn bản ban đầu được thay thế bằng một
khối dữ liệu khác có cùng độ dài. Đối với các thuật toán ngày nay thì kích thước chung
của một Block là 64 bits.
- Loại thứ hai tác động lên bản rõ theo từng bit một. Các thuật toán áp dụng được gọi
là Stream Cipher. Theo đó, dữ liệu của văn bản được mã hoá từng bit một. Các thuật
toán mã hoá dòng này có tốc độ nhanh hơn các thuật toán mã hoá khối và nó thường
được áp dụng khi lượng dữ liệu cần mã hoá chưa biết trước.
Một số thuật toán nổi tiếng trong mã hoá đối xứng là: DES, Triple DES(3DES), RC4,
AES…
+ DES: viết tắt của Data Encryption Standard. Với DES, bản rõ (Plaintext) được mã
hoá theo từng khối 64 bits và sử dụng một khoá là 64 bits, nhưng thực tế thì chỉ có 56
bits là thực sự được dùng để tạo khoá, 8 bits còn lại dùng để kiểm tra tính chẵn, lẻ.
DES là một thuật toán được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Hiện tại DES không
còn được đánh giá cao do kích thước của khoá quá nhỏ 56 bits, và dễ dàng bị phá vỡ.
+ Triple DES (3DES): 3DES cải thiện độ mạnh của DES bằng việc sử dụng một quá
trình mã hoá và giải mã sử dụng 3 khoá. Khối 64-bits của bản rõ đầu tiên sẽ được mã
hoá sử dụng khoá thứ nhất. Sau đó, dữ liệu bị mã hóa được giải mã bằng việc sử dụng
một khoá thứ hai. Cuối cùng, sử dụng khoá thứ ba và kết quả của quá trình mã hoá trên
để mã hoá.
C = EK3(DK2(EK1(P)))
P = DK1(EK2(DK3(C)))
+ AES: Viết tắt của Advanced Encryption Standard, được sử dụng để thay thế cho
DES. Nó hỗ trợ độ dài của khoá từ 128 bits cho đến 256 bits.
3.3. Mã hoá bất đối xứng:
17
Hay còn được gọi với một cái tên khác là mã hoá khoá công khai (Public Key
Cryptography), nó được thiết kế sao cho khoá sử dụng trong quá trình mã hoá khác
biệt với khoá được sử dụng trong quá trình giải mã. Hơn thế nữa, khoá sử dụng trong
quá trình giải mã không thể được tính toán hay luận ra được từ khoá được dùng để mã
hoá và ngược lại, tức là hai khoá này có quan hệ với nhau về mặt toán học nhưng
không thể suy diễn được ra nhau. Thuật toán này được gọi là mã hoá công khai vì khoá
dùng cho việc mã hoá được công khai cho tất cả mọi người. Một người bất kỳ có thể
dùng khoá này để mã hoá dữ liệu nhưng chỉ duy nhất người mà có khoá giải mã tương
ứng mới có thể đọc được dữ liệu mà thôi. Do đó trong thuật toán này có 2 loại khoá:
Khoá để mã hoá được gọi là Public Key, khoá để giải mã được gọi là Private Key.
Mã hoá khoá công khai ra đời để giải quyết vấn đề về quản lý và phân phối khoá của
các phương pháp mã hoá đối xứng. Hình minh hoạ ở trên cho chúng ta thấy được quá
trình truyền tin an toàn dựa vào hệ thống mã hoá khoá công khai. Quá trình truyền và
sử dụng mã hoá khoá công khai được thực hiện như sau:
Hình 3: mã hóa bất đối xứng
- Bên gửi yêu cầu cung cấp hoặc tự tìm khoá công khai của bên nhận trên một server
chịu trách nhiệm quản lý khoá.
- Sau đó hai bên thống nhất thuật toán dùng để mã hoá dữ liệu, bên gửi sử dụng khoá
công khai của bên nhận cùng với thuật toán đã thống nhất để mã hoá thông tin được
gửi đi.
- Khi nhận được thông tin đã mã hoá, bên nhận sử dụng khoá bí mật của mình để giải
mã và lấy ra thông tin ban đầu.
Vậy là với sự ra đời của Mã hoá công khai thì khoá được quản lý một cách linh
hoạt và hiệu quả hơn. Người sử dụng chỉ cần bảo vệ Private key. Tuy nhiên nhược
điểm của Mã hoá khoá công khai nằm ở tốc độ thực hiện, nó chậm hơn rất nhiều so
với mã hoá đối xứng. Do đó, người ta thường kết hợp hai hệ thống mã hoá khoá đối
xứng và công khai lại với nhau và được gọi là Hybrid Cryptosystems. Một số thuật
toán
mã
hoá
công
khai
nổi
tiếng:
Diffle-Hellman,
RSA,…
3.4. Hệ thống mã hoá khoá lai (Hybrid Cryptosystems):
Trên thực tế hệ thống mã hoá khoá công khai chưa thể thay thế hệ thống mã hoá
khoá bí mật được, nó ít được sử dụng để mã hoá dữ liệu mà thường dùng để mã hoá
khoá. Hệ thống mã hoá khoá lai ra đời là sự kết hợp giữa tốc độ và tính an toàn của hai
hệ thống mã hoá ở trên. Dưới đây là mô hình của hệ thống mã hoá lai:
18
Hình 4: Mã hóa công khai
Nhìn vào mô hình chúng ta có thể hình dung được hoạt động của hệ thống mã
hoá này như sau:
- Bên gửi tạo ra một khoá bí mật dùng để mã hoá dữ liệu. Khoá này còn được gọi là
Session Key.
- Sau đó, Session Key này lại được mã hoá bằng khoá công khai của bên nhận dữ liệu.
- Tiếp theo dữ liệu mã hoá cùng với Session Key đã mã hoá được gửi đi tới bên nhận.
- Lúc này bên nhận dùng khoá riêng để giải mã Session Key và có được Session Key
ban đầu.
- Dùng Session Key sau khi giải mã để giải mã dữ liệu.
Như vậy, hệ thống mã hoá khoá lai đã tận dụng tốt được các điểm mạnh của hai hệ
thống mã hoá ở trên đó là: tốc độ và tính an toàn. Điều này sẽ làm hạn chế bớt khả
năng giải mã của tin tặc.
* Một số ứng dụng của mã hoá trong Security
Một số ứng dụng của mã hoá trong đời sống hằng ngày nói chung và trong lĩnh
vực bảo mật nói riêng.
Đó là:
- Securing Email - Bảo mật hệ thông mail
- Authentication System – Hệ thống xác thực
- Secure E-commerce – Bảo mật trong thương mại điện tử
- Virtual Private Network – Mạng riêng ảo
- Wireless Encryption – Mã hóa hệ thống Wireless
Bài tập thực hành của học viên
Câu 1: Tại sao cần phải sử dụng mã hoá thông tin?
Câu 2: Trình bày phương pháp mã hóa cổ điển
Câu 3: Trình bày phương pháp mã hóa dối xứng
Bài 1:
Thực hiện với hệ mã hóa thay thế(Substitution Cipher) mã hóa và giải mã với bảng rõ
sau:
“ khoacongnghethongtin”
“sinhviencongnghethongtin”
Bài 2:
Thực hiện với hệ Mã hoá hoán vị (Permutation Cipher) mã hóa và giải mã với bảng
rõ sau:
“ khoacongnghethongtin”
“sinhviencongnghethongtin”
19
BÀI 3: NAT ( Network Address Translation)
Mã bài: MĐQTM 18.3
Giới thiệu
Lúc đầu, khi NAT được phát minh ra nó chỉ để giải quyết cho vấn đề thiếu IP.
Vào lúc ấy không ai nghĩ rằng NAT có nhiều hữu ích và có lẽ nhiều ứng dụng trong
những vấn đề khác của NAT vẫn chưa được tìm thấy.
Trong ngữ cảnh đó nhiều người đã cố gắng tìm hiểu vai trò của NAT và lợi ích
của nó trong tương lai. Khi mà IPv6 được hiện thực thì nó không chỉ giải quyết cho
vấn đề thiếu IP. Qua nhiều cuộc thử nghiệm họ đã chỉ ra rằng viêc chuyển hoàn toàn
qua IPv6 thì không có vấn đề gì và mau lẹ nhưng để giải quyết những vấn đề liên qua
giữa IPv6 và IPv4 là khó khăn. Bởi vậy có khả năng IPv4 sẽ là giao thức chủ yếu cho
Internet và Intranet … lâu dài hơn những gì họ mong muốn
Mục tiêu:
- Trình bày được quá trình NAT của một hệ thống mạng;
- Trình bày được NAT tĩnh và NAT động;
- Thiết lập cấu hình NAT trên Windows server;
- Thực hiện các thao tác an toàn với hệ thống mạng.
Nội dung chính:
1. Giới thiệu:
Trước khi giải thích vai trò của NAT ngày nay và trong tương lai, những người
này muốn chỉ ra sự khác nhau về phạm vi của NAT được sủ dụng vào ngày đó. Sự giải
thích sẽ đưa ra một cái nhìn tổng quan và họ không khuyên rằng làm thế nào và nên
dùng loại NAT nào. Sau đây chỉ là giới thiệu và phân loại các NAT phần chi tiết sẽ
được thảo luận và đề cập trong chương sau khi hiện thực NAT là một layd out.
Phần trình bày được chia làm 2 phần :
- Phần đầu được đặt tên là CLASSIC NAT nó là các kỹ thuật NAT vào những thời kỳ
sơ khai (đầu những năm 90) được trình bày chi tiết trong RFC 1931. Ứng dụng của nó
chủ
yếu
giải
quyết
cho
bài
toán
thiếu
IP
trên
Internet.
- Phần hai trình bày những kỹ thuật NAT được tìm ra gần đây và ứng dụng trong nhiều
mục đích khác.
2. Các kỹ thuật NAT cổ điển:
Nói về NAT chúng ta phải biết rằng có 2 cách là tĩnh và động. Trong trường
hợp đầu thì sự phân chia IP là rõ ràng còn trường hợp sau thì ngược lại. Với NAT tĩnh
thì một IP nguồn luôn được chuyển thành chỉ một IP đích mà thôi trong bất kỳ thời
gian nào. Trong khi đó NAT động thì IP này là thay đổi trong các thời gian và trong
các kết nối khác nhau.
Trong phần này chúng ta định nghĩa :
m: số IP cần được chuyển đổi (IP nguồn)
n: số IP sẵn có cho việc chuyển đổi (IP NATs hay gọi là IP đích)
2.1. NAT tĩnh
Yêu cầu m, n >= 1; m = n (m, n là số tự nhiên)
20
Tải về để xem bản đầy đủ
72 trang
17700
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình nghề Quản trị mạng máy tính - An toàn mạng - Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_nghe_quan_tri_mang_may_tinh_an_toan_mang_truong_c.pdf
