Chương 1: Giới thiệu Chương 2. Kiến thức nền tảng. Chương 3: Phân tích thiết kế hệ thống Chương 4. Triển khai, thực nghiệm và đánh giá Chương 5.
Kết luận và hướng phát triển Chương 2. KIÊN THUC NEN TANG 2. Mạng khả lập trình (Software-Defined Networking - SDN) 2. Tổng quan Mạng định nghĩa được bằng phần mềm hay Software Defined Network (SDN) là một kiểu kiến trúc mạng mới được thiết kế dé phân tách phần điều khiển mạng (Control Plane) và chức năng vận chuyền dữ liệu (Forwarding Plane hay Data Plane).
Điều này cho phép việc điều khiển mạng bằng cách lập trình và hệ thống mạng sẽ năng động, dé quản lý, chi phí hiệu qua, dé thích nghi, phù hợp với nhu cầu ngày càng tăng hiện nay. Kiến trúc Về cơ bản kiến trúc của SDN bao gồm ba lớp: lớp ứng dụng (Application Layer), lớp điều khiển (Control Layer) và lớp hạ tang (Infrastructure Layer). e Lop ứng dụng: chứa các ứng dụng hoặc các chức năng mang điển hình như: các hệ thống phát hiện xâm nhập, cân bằng tải hoặc tường lửa. Các mạng truyền thống sẽ cần các thiết bị riêng biệt ứng với mỗi thành phần.
Trong khi với SDN các thiết bị này sẽ được thay thế bằng phần mềm sử dụng bộ điều khiển để quản lý hành vi. ¢ Lớp điều khiển đóng vai trò như não bộ, quan lý và đưa ra hầu hết các quyết định về vận chuyền trong mạng. Kết nối với lớp ứng dung qua interface cầu bắc (northbound interface) và kết nối với lớp hạ tang qua interface cầu nam (southbound interface). © - Lớp ha tang là ha tang mang truyền thống, nhưng chi còn giữ lại các chức năng của tầng vật lý.
Lớp ứng dụng T Load balancer Firewall Lớp điều khiển SDN controller Lớp hạ tầng Các thiết bị chuyển mạch Hình 2.1: Kiến trúc SDN 2. Cơ chế hoạt động Trong SDN, control plane quyết định cách các packet sẽ truyền qua mạng, còn data plane thì di chuyển các packet từ nơi này sang nơi khác. Thiết bị data plane (Switch) truy vấn Controller và cung cấp các thông tin về lưu lượng mà nó xử lí. Khi gói tin đến Switch, các quy tắc tích hợp trong firmware cho biết nơi mà Switch cần chuyển tiếp gói tin đó và những cái quy tắc này được gửi từ Controller.
Uu diém e Cung cấp cho người quan tri quyền kiểm soát mạng một cách đơn giản và hiệu quả mà không cần truy cập trực tiếp đến phần cứng. e _ Điều hướng gói tin dựa trên các yêu cầu lưu lượng một cách chính xác và tối ưu. e _ Cung cấp khả năng hiền thị trực quan. © _ Cung cấp cơ chế điều khiển duy nhất đối với cơ sở hạ tang mang và giảm bớt sự phức tạp của các quá trình xử lý thông qua tự động hoá.
e _ Trong nhiều trường hợp, chi phí khi sử dung SDN thấp hơn so với mạng truyền thống. Nhược điểm ¢ - Điểm yếu lớn nhất của SDN chính là tinh tập trung. Nếu tin tặc có thê tan công vào hệ thông thì chúng có thể truy cập các thiết lập và thay đổi chúng bất cứ ở nơi đâu, tại thời điểm nào và chúng có thể truy cập bất kỳ tập tin được mã hoá nào miễn là nó ở trong mạng. ¢ SDN là một kiến trúc mạng mới, các giao thức tương tác giữa các Controller với nhau còn chưa được phát triển toàn diện nên việc phổ biến nó còn nhiều hạn chế.
OpenFlow OpenFlow là một trong những giao thức cốt lõi của mạng định nghĩa mềm (SDN). Nó cho phép tạo ra các giao tiếp giữa bộ điều khiển và thiết bị chuyển mach của mạng. OpenFlow là giao thức quan lý việc chuyền tiếp luồng gói tin giữa các bang dé được chiêu đi gói tin theo ý muốn. Một thiết bị OpenFlow bao gồm ít nhất 3 thành phần: Bảng luồng (Flow table), Kênh an toàn (Secure Chanel) và Giao thức Openflow (OpenFlow Protocol).
¢ Flow Table: một liên kết hành động với mỗi luồng, giúp thiết bị xử lý các luéng. © Secure Channel: kênh kết nối thiết bị tới bộ điều khiển (controller), cho phép các lệnh và các gói tin được gửi giữa controller và thiết bị. ¢ OpenFlow Protocol: giao thức cung cấp phương thức tiêu chuẩn mở cho một controller truyền thông với thiết bị. Công nghệ SDN trên cơ sở OpenFlow cho phép nhân viên IT giải quyết các ứng dụng băng thông cao và biến đổi động hiện nay, khiến cho mạng thích ứng với các nhu cầu kinh doanh thay đồi, và làm giảm đáng ké các hoạt động và quản lý phức tạp.
Hệ thống phòng thủ di chuyển mục tiêu (Moving Target Defense - MTD) 2. Tổng quan Cơ chế Phòng thủ di chuyển mục tiêu (MTD) [1] nổi lên như một giải pháp cung cấp khả năng phòng thủ chủ động trước những kẻ tan công. Mục tiêu của MTD là đi chuyển liên tục giữa nhiều cấu hình trong một hệ thống mạng theo một cách ngẫu nhiên(thay đồi port, IP, topology mạng. Điều này đảm bảo thông tin do kẻ tan công thu thập trong giai đoạn do thám sẽ trở nên cũ do người phòng thủ đã chuyển sang cầu hình mới trong thời gian đó.
Từ đó làm tăng sự không chắc chắn cho kẻ tấn công, gây khó khăn, tốn kém hơn để chúng khai thác thành công hệ thống.2 Nguyên tắc thiết kế Nguyên tắc thiết kế cơ bản dé phát triển các kỹ thuật MTD nằm trong ba câu hỏi chính sau đây: di chuyển cái gì, di chuyền như thé nào và di chuyền khi nao [2]. © Di chuyền cái gì: đề cập đến thuộc tính cấu hình hệ thống (tức là bề mặt tan công) có thể được thay đổi dé gây nhằm lẫn cho những kẻ tắn công. Ví dụ như các thuộc tính mạng có thể được thay đổi bao gồm tập lệnh, bố cục không gian địa chỉ, địa chỉ IP, số cổng, proxy, máy ảo, hệ điều hành, hoặc phần mềm.1 tóm tắt các yếu tố di chuyền trong SDN.1: Các yếu tố di chuyển trong SDN Layers MTD Techniques Shuffling Diversity Redundancy Application TCP/UDP ports Web: Appache, IIS, GWS | Web service etc.Net Framework, Application Java, PHP etc. teplica Database: SQL server, Database MySQL, Oracle etc backup and replica Others: Mail-server, Other service Proxy-server etc.
replica OS-Host IP address Windows: Windows Host OS and server 2003/2008, VM replica Windows 9. Linux: Redhat, Debian, Caldera etc. Solaris Others: Unix, HP-UX etc. V/M-Instance Virtual IP address Same as OS Virtual Failover, Switchover Xen Hypervisor’s Machine Vmware replica Manager ESXi Others: Kernel-based VM (KVM), Virtual-box (Vbox), IBM vSphere Hardware Hardware replacement Intel HP Hardware Sun Solaris backups and Others: ARM, Atmega replica e Dichuyén như thé nào: xác định cách thay đổi các thuộc tinh dé tang sự phực tap và tính ngẫu nhiên của hệ thống.
Có 3 kiểu thay đổi : Shuffling (xáo trộn), Diversity (đa dạng) và Redundancy (dự phòng). Di chuyển khi nào: chọn thời gian tối ưu dé thay đổi trang thái hiện tại của hệ thống sang trạng thái mới. Có 3 kiểu thay đồi: Reactive (phản ứng), Proactive (chủ động) hoặc Hybrid (hỗn hợp). Reactive tương ứng với đường màu xanh ở hình 2.2, tức là thay đổi sau một khoảng thời gian được thiết lập sẵn; Proactive là đường màu cam, thay đổi khi có sự kiện được thiết lập xảy ra.
Còn Hybrid là sự kết hợp của cả hai. MTD myo MTD MTD move move move move Time (t) Intrusion alert Hinh 2.2: Di chuyén khi nao trong MTD 2.3 Phan loai Cac kỹ thuật MTD sẽ được phân loại theo thời gian va theo hoạt động. Theo thời gian Time-based: Phương pháp này kích hoạt MTD dựa trên một khoảng thời gian nhất định được, có thé là khoảng cố định hoặc khoảng thay đổi, gọi là khoảng MTD. Với khoảng thời gian cố định, cơ chế MTD thay đồi định kỳ bề mặt tan công (ví dụ: địa chỉ IP, Công, đổi hệ điều hành, di chuyển VM) sau một khoảng thời gian định sẵn.
Nếu khoảng thời gian quá dài, kẻ tan công có thể được phép có đủ thời gian dé quét và tấn công hệ thống. Mặt khác, nếu khoảng thời gian quá ngắn thì MTD sẽ kích hoạt ngay cả khi không có cuộc tan công nào vào hệ thống, gây lãng phí tài nguyên và làm giảm hiệu suất. Do đó, việc xác định khoảng thời gian MTD phụ thuộc vào từng hệ thống và cực kì quan trọng để có một cơ chế phòng thủ tốt. e Event-bascd: phương pháp này chỉ thực hiện một hoạt động MTD khi có một sự kiện nhất định xảy ra.
Sự kiện có thé bao gồm bat kỳ dau hiệu nào cho thay kẻ tan công đang cố gắng xâm nhập hay tắn công hệ thống. Điều quan trọng nhất là người phòng thủ phải dự đoán chính xác các hành vi của kẻ tắn công. Từ dự đoán, người phòng thủ thiết lập các luật lệ. Khi ai đó vi phạm các luật lệ, cảnh bảo sẽ được bật và kích hoạt các hoạt động MTD được thiết lập sẵn.
¢ Hybrid-based: phương pháp kết hợp Time-based và Event-based. Timeliness-based MTD | Time-based Event-based Hybrid-based Hình 2.3: Phân loại MTD theo thời gian 2. Theo hoạt động © Shuffling: Kỹ thuật này sắp xếp lại và ngẫu nhiên hoá cấu hình hệ thống. Vi dụ như các kỹ thuật: IP Shuffling / Mutations / Host Randomization, Port Hoppin, Network Topology Shuffling, VM / Proxy Migration, Packet Header Randomization,.
¢ Diversity: Kỹ thuật này sử dung triển khai các thành phan hệ thống với các cách khác nhau cung cấp chức năng giống nhau. Ví dụ như các kỹ thuật: Software Stack Diversity, Code Diversity, Programming Language Diversity, Network Diversity,. 10 © Redundancy: cung cấp nhiều bản sao thành phần hệ thống để tăng khả năng hồi phục khi bị tấn công. Ví dụ như các kỹ thuật: Redundancy of Software Components, Redundancy of Network Sessions.
Virtual IP: X a | Every x period C Virtual IP: Y¥ ‘One or mor replica server(s) Hinh 2.4: Ki thuat Shuffing, Diversity va Redundancy trong MTD 2. Hệ thống lừa đối mang (Cyber Deception) 2. Tổng quan Một cuộc tấn công bắt đầu từ giai đoạn trinh sát để tìm hiểu hệ thống mạng máy tính cho đến giai đoạn cuối cùng là phát động các cuộc tấn công hiệu quả. Các cơ chế phòng thủ mạng truyền thống về bản chất chủ yếu là phản ứng, đồng thời giải quyết vấn dé phát hiện và giảm thiểu thiệt hại sau hành động tan công, nhưng lại không đưa ra các biện pháp đối phó hiệu quả ở giai đoạn đầu của cuộc tan công.
Hiện nay, các chiến lược phòng thủ chủ động được phát triển để chống lại giai đoạn đầu của chúng. Nỗi bật trong số đó là kỹ thuật phòng thủ di chuyên mục tiêu va kỹ thuật lừa dối mạng [3].