Tổng quan nghiên cứu

Theo các báo cáo thống kê chuyên ngành an toàn thông tin, khoảng 70% các rủi ro và sự cố bảo mật trong các tổ chức xuất phát từ chính nội bộ, trong khi các cuộc tấn công mạng quy mô lớn từ mã độc trong giai đoạn năm 2007 đến năm 2008 đã gây thiệt hại ước tính hàng chục tỷ USD trên phạm vi toàn cầu. Trước thực trạng các mối đe dọa kỹ thuật số ngày càng tinh vi, nhiều cơ quan và doanh nghiệp tại Việt Nam vẫn duy trì thói quen trang bị các công cụ kỹ thuật đơn lẻ như tường lửa hay phần mềm diệt virus mà thiếu đi một quy trình đánh giá chuẩn mực về độ an toàn tổng thể. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là làm thế nào để đo lường, kiểm định và lượng hóa chính xác mức độ bảo mật của một hệ thống công nghệ thông tin dựa trên các khung tiêu chuẩn đã được quốc tế công nhận.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu chuyên sâu hệ thống tiêu chí chung Common Criteria theo tiêu chuẩn ISO/IEC 15408 và phương pháp luận đánh giá CEM, từ đó xây dựng giải pháp đánh giá an toàn thông tin toàn diện và áp dụng thử nghiệm trên dòng thiết bị an ninh mạng chuyên dụng. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ chương trình đào tạo Thạc sĩ ngành Công nghệ thông tin tại Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội vào năm 2011. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp một quy trình đánh giá khoa học gồm 11 lớp chức năng an toàn và 10 lớp đảm bảo an toàn, giúp tăng khả năng nhận diện các lỗ hổng hệ thống lên hơn 85% và tối ưu hóa hiệu quả thực thi chính sách bảo mật cho các tổ chức.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn xây dựng trên nền tảng của hai khung lý thuyết và tiêu chuẩn quốc tế cốt lõi: Tiêu chuẩn chung đánh giá an toàn công nghệ thông tin Common Criteria (ISO/IEC 15408, bao gồm các phiên bản từ 2.1, 2.3 đến định hướng 3.1) và Tiêu chuẩn quản lý an toàn thông tin ISO/IEC 27001 vận hành theo chu trình PDCA (Plan - Do - Check - Act). Đồng thời, tác giả kế thừa các mô hình kiểm định lịch sử như Tiêu chí kiểm định hệ thống máy tính tin cậy TCSEC của Bộ Quốc phòng Mỹ năm 1983 và Tiêu chí ITSEC của bốn nước châu Âu năm 1991.

Mô hình nghiên cứu vận dụng 5 khái niệm chuyên ngành nền tảng:

  • Đích đánh giá (TOE): Sản phẩm hoặc hệ thống công nghệ thông tin nguyên thủy được đưa vào kiểm định an toàn kèm theo toàn bộ tài liệu kỹ thuật.
  • Hồ sơ bảo vệ (PP): Bản đặc tả độc lập với cấu hình cài đặt, nêu rõ các yêu cầu chức năng và đảm bảo an toàn của một dòng sản phẩm theo nhu cầu của người sử dụng.
  • Đích an toàn (ST): Tài liệu kỹ thuật do nhà phát triển xây dựng nhằm phản hồi và hiện thực hóa các yêu cầu bảo mật đã nêu trong PP.
  • Mức đảm bảo đánh giá (EAL): Thang đo phân cấp gồm 7 mức từ EAL1 đến EAL7 phản ánh chiều sâu và tính nghiêm ngặt của quy trình thẩm định.
  • Tam giác thuộc tính an toàn CIA kết hợp tính không thể chối bỏ trách nhiệm (Non-repudiation).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu từ hệ thống tài liệu quy chuẩn quốc tế và dữ liệu cấu hình thực nghiệm trên thiết bị an ninh mạng. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm bộ dữ liệu kỹ thuật của 1 dòng thiết bị an ninh mạng tiêu biểu là Nokia Firewall/VPN sử dụng giải pháp Check Point VPN-1/FireWall-1, cùng kho dữ liệu gồm 250 phần tử chức năng an toàn và 93 thành phần đảm bảo an toàn theo chuẩn ISO/IEC 15408.

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm lựa chọn dòng thiết bị bảo vệ cổng mạng có tính đại diện cao trong các hạ tầng doanh nghiệp giai đoạn năm 2008 đến năm 2011. Phương pháp phân tích đối sánh và kỹ thuật phân rã từ trên xuống (Top - Down) từ hồ sơ PP xuống đích ST và thực thể TOE được lựa chọn vì tính chính xác, cho phép bóc tách chi tiết từng thành phần phụ thuộc mà không làm gián đoạn hệ thống. Toàn bộ quá trình tổng hợp lý thuyết, thiết lập mô hình và kiểm thử mô phỏng được triển khai trong thời gian 12 tháng từ năm 2010 đến năm 2011, tuân thủ nghiêm ngặt 4 nguyên tắc của CEM gồm tính vô tư, tính khách quan, tính lặp lại tái tạo và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, luận văn đã phân tích và cấu trúc hóa toàn bộ kho tiêu chí chức năng an toàn (SFR) với 11 lớp chức năng, 67 họ, 138 thành phần và 250 phần tử, cùng kho tiêu chí đảm bảo an toàn (SAR) với 10 lớp đảm bảo, 42 họ và 93 thành phần. Cấu trúc phân cấp này cho phép can thiệp và kiểm soát an ninh hệ thống tới mức phần tử nhỏ nhất mà các phương pháp truyền thống không thể chạm tới.

Thứ hai, nghiên cứu xác định mức đảm bảo đánh giá EAL4 là phương pháp thiết kế, kiểm định và xem xét lại tối ưu nhất cho các sản phẩm thương mại hiện hữu. Mức EAL4 cho phép chỉnh lý và nâng cao tính an toàn của sản phẩm mà không đòi hỏi chi phí đầu tư kỹ nghệ bán hình thức quá tốn kém như mức EAL5 hay EAL6, giúp tiết kiệm khoảng 40% chi phí thẩm định cho đơn vị phát triển.

Thứ ba, luận văn làm rõ cơ chế phối hợp giữa tiêu chuẩn CC và phương pháp luận CEM phiên bản 3.3 thông qua 4 phép toán mở rộng gồm lặp (Iteration), gán (Assignment), chọn (Selection) và cải tiến (Refinement). Các phép toán này giúp lấp đầy 100% các khoảng trống kỹ thuật mà văn bản gốc của tiêu chuẩn chưa bao phủ hết.

Thứ tư, nghiên cứu đã áp dụng thử nghiệm thành công mô hình CC để đánh giá thiết bị Nokia Firewall/VPN Check Point, xây dựng hoàn chỉnh 9 bảng ma trận đối sánh mục tiêu an toàn cho môi trường công nghệ thông tin và môi trường phi CNTT.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu giải thích rõ nguyên nhân vì sao việc chỉ đầu tư công cụ kỹ thuật đơn lẻ không thể đảm bảo an toàn: khoảng 70% các điểm yếu bắt nguồn từ cấu hình sai (như mật khẩu mặc định, dịch vụ SNMP không mã hóa) và lỗi quản trị con người. Việc áp dụng mô hình phân tích lớp đảm bảo APE (đánh giá PP) và ASE (đánh giá ST) giúp loại bỏ triệt để các lỗ hổng này ngay từ giai đoạn thiết kế chính sách.

So với tiêu chuẩn TCSEC của Mỹ vốn đóng kín trong môi trường quân sự, mô hình đánh giá CC mang tính tương thích toàn cầu và khả năng mở rộng cao hơn. Trong nghiên cứu, toàn bộ dữ liệu kiểm định được mô hình hóa qua hệ thống 37 biểu đồ phân cấp và 9 bảng ma trận đối chiếu. Điển hình là bảng phụ thuộc các yêu cầu chức năng Part 2 và sơ đồ liên kết giữa 11 lớp SFR (như lớp kiểm toán FAU, lớp bảo vệ dữ liệu FDP, lớp định danh xác thực FIA), minh chứng trực quan cho thấy tỷ lệ đáp ứng mục tiêu an ninh đạt mức 100% khi thực hiện đầy đủ các bước thẩm định.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, Bộ Thông tin và Truyền thông cùng các cơ quan ban ngành liên quan cần ban hành quy định áp dụng khung tiêu chuẩn ISO/IEC 15408 cho các hệ thống công nghệ thông tin trọng yếu quốc gia, đặt mục tiêu 100% thiết bị mạng lõi phải đạt chứng chỉ đánh giá an toàn tối thiểu từ mức EAL2 đến EAL4 trong lộ trình 24 tháng tới.

Thứ hai, đội ngũ kỹ sư và quản trị viên hệ thống tại các doanh nghiệp phải tiến hành rà soát, cấu hình lại toàn bộ trang thiết bị mạng (Router, Switch, Firewall), tắt bỏ các dịch vụ mặc định tiềm ẩn nguy cơ như SNMP, đồng thời áp dụng chính sách mã hóa mạnh mẽ cho 100% tài khoản người dùng trong vòng 3 đến 6 tháng, nhằm cắt giảm ít nhất 80% nguy cơ tấn công dò quét mật khẩu và nghe lén dữ liệu.

Thứ ba, các trung tâm nghiên cứu và viện công nghệ cần đầu tư xây dựng các phòng thí nghiệm kiểm định an toàn độc lập đạt chuẩn phương pháp luận CEM, hướng đến mục tiêu thực hiện đánh giá độc lập và cấp chứng nhận bảo mật cho khoảng 15 đến 20 sản phẩm phần mềm, phần cứng nội địa mỗi năm trong giai đoạn 3 năm tiếp theo.

Thứ tư, các tổ chức kinh tế và tài chính cần triển khai hệ thống quản trị an toàn thông tin ISMS theo mô hình ISO/IEC 27001, kết hợp tổ chức các khóa huấn luyện nhận thức an ninh mạng định kỳ 6 tháng một lần cho 100% cán bộ nhân viên, triệt tiêu nguy cơ rò rỉ dữ liệu mật xuất phát từ sự bất cẩn của con người.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm chuyên gia bảo mật và đánh giá viên an toàn thông tin: Tài liệu cung cấp cẩm nang chi tiết về phương pháp luận CEM và cấu trúc lớp đảm bảo APE/ASE, hỗ trợ trực tiếp cho quy trình kiểm thử và thẩm định độc lập các sản phẩm phần cứng, phần mềm an ninh mạng.

Nhóm kỹ sư phát triển phần mềm và thiết kế hệ thống an toàn: Cung cấp khung 11 lớp chức năng an toàn (SFR) và 10 lớp đảm bảo an toàn (SAR), giúp lập trình viên tích hợp các module bảo mật đạt chuẩn từ EAL1 đến EAL4 ngay trong vòng đời thiết kế sản phẩm.

Lãnh đạo phụ trách công nghệ và giám đốc an toàn thông tin (CIO/CISO): Giúp định hình tư duy quản trị an toàn thông tin tổng thể, chuyển dịch từ việc mua sắm thiết bị thụ động sang xây dựng chính sách an ninh bài bản và lựa chọn nhà cung cấp dựa trên các chỉ số kiểm định quốc tế rõ ràng.

Học viên cao học, giảng viên và sinh viên chuyên ngành Công nghệ thông tin: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo học thuật chuẩn mực về lịch sử phát triển tiêu chuẩn an ninh mạng (từ TCSEC, ITSEC đến ISO/IEC 15408), phục vụ nghiên cứu và giảng dạy các học phần an toàn mạng và mật mã ứng dụng.

Câu hỏi thường gặp

Tiêu chuẩn Common Criteria (CC) có điểm gì vượt trội so với các tiêu chuẩn kiểm định trước đây như TCSEC hay ITSEC? Tiêu chuẩn CC (ISO/IEC 15408) hợp nhất các tiêu chí riêng lẻ của Mỹ, Canada và châu Âu thành một khung tham chiếu quốc tế duy nhất. Điểm vượt trội cốt lõi của CC là cơ chế phân tách độc lập giữa nhu cầu người dùng thông qua Hồ sơ bảo vệ (PP) và giải pháp kỹ thuật của nhà sản xuất qua Đích an toàn (ST), cho phép đánh giá linh hoạt với 7 mức EAL.

Vì sao mức đảm bảo EAL4 lại được lựa chọn phổ biến nhất trong đánh giá các sản phẩm an ninh mạng thương mại? Mức EAL4 đòi hỏi quy trình thiết kế, kiểm định và xem xét lại một cách có phương pháp. Đây là cấp độ an toàn cao nhất mà một sản phẩm thương mại hiện hữu có thể chỉnh lý và đạt được mà không cần phải áp dụng các kỹ thuật toán học bán hình thức phức tạp và tốn kém như mức EAL5 đến EAL7, giúp tối ưu hóa chi phí đánh giá.

Tại sao luận văn lại khẳng định các giải pháp kỹ thuật đơn lẻ không thể đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hệ thống? Bởi vì an toàn thông tin là sự kết hợp chặt chẽ giữa công nghệ và con người. Khoảng 70% các sự cố bảo mật bắt nguồn từ sự bất cẩn hoặc hành vi cố ý của nhân sự nội bộ. Dù trang bị tường lửa hiện đại nhưng nếu mật khẩu đặt dễ đoán hoặc cấu hình cổng dịch vụ sai sót thì hệ thống vẫn dễ dàng bị xâm nhập.

Phương pháp luận CEM đóng vai trò gì trong quá trình đánh giá an toàn thông tin theo chuẩn CC? CEM là tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chuẩn hóa, cung cấp các bước và thủ tục hành động cụ thể cho chuyên gia đánh giá. CEM giúp loại bỏ các thao tác kiểm định trùng lặp, cắt giảm chi phí đánh giá khoảng 30% và đảm bảo kết quả kiểm định luôn đạt 4 tiêu chí: vô tư, khách quan, có khả năng lặp lại và có độ tin cậy cao.

Làm thế nào để ứng dụng khung tiêu chuẩn CC vào đánh giá một thiết bị tường lửa Firewall/VPN trong thực tế? Quy trình đánh giá bao gồm 4 bước chính: xác định Hồ sơ bảo vệ (PP) cho dòng tường lửa, xây dựng Đích an toàn (ST) chi tiết cho sản phẩm cụ thể, đối chiếu 11 lớp chức năng SFR và các thành phần SAR tương ứng với mức EAL dự kiến, sau đó đưa thiết bị vào phòng thí nghiệm để kiểm định thực nghiệm trước khi cấp chứng nhận.

Kết luận

  • Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận về an toàn thông tin, phân tích tiến trình phát triển từ TCSEC, ITSEC đến chuẩn quốc tế Common Criteria (ISO/IEC 15408).
  • Làm rõ cấu trúc chi tiết của 11 lớp chức năng an toàn (SFR) với 250 phần tử và 10 lớp đảm bảo an toàn (SAR) với 93 thành phần, xác định mức EAL4 là thước đo tối ưu cho sản phẩm thương mại.
  • Phân tích sâu sắc phương pháp luận đánh giá CEM phiên bản 3.3 với 4 phép toán mở rộng, bảo đảm tính khách quan và khả năng tái lập trong kiểm định an toàn thông tin.
  • Triển khai ứng dụng thử nghiệm thành công mô hình CC trên dòng thiết bị Nokia Firewall/VPN Check Point thông qua 9 bảng ma trận đối chuẩn an ninh chặt chẽ.
  • Đóng góp giải pháp khoa học mang tính định lượng, giúp các tổ chức tại Việt Nam chuyển dịch từ phòng thủ bị động sang quản trị và đánh giá an toàn thông tin chuẩn hóa.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã đặt nền móng lý thuyết và thực nghiệm vững chắc cho việc áp dụng chuẩn ISO/IEC 15408 tại Việt Nam, mở ra hướng tiếp cận chuẩn mực trong việc kiểm định các sản phẩm công nghệ thông tin. Về kế hoạch tiếp theo trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới, các cơ quan quản lý và viện nghiên cứu cần tiếp tục mở rộng đánh giá theo chuẩn CC phiên bản 3.1 và xây dựng bộ tiêu chí Hồ sơ bảo vệ (PP) chuẩn quốc gia cho các dòng sản phẩm trọng yếu. Các tổ chức và doanh nghiệp hãy chủ động áp dụng quy trình đánh giá chuẩn mực ngay từ hôm nay để thiết lập hệ thống phòng thủ vững chắc cho tài sản thông tin của mình!