Chương 1: An toàn và bảo mật thông tin 1. Tổng quan về an toàn và bảo mật thông tin ( Trần Bằng An ) 1. Sự cần thiết của việc đảm bảo an toàn thông tin Ngày nay sự xuất hiện của internet toàn cầu đã giúp cho việc trao đổi thông tin trở nên nhanh gọn, dễ dàng. Các phương thức chia sẻ dữ liệu qua mạng làm cho việc trao đổi, mua bán, chuyển tiền, … diễn ra mỗi ngày trên nền tảng số.
Tuy nhiên vấn đề mới lại phát sinh. Những thông tin đang nằm ở kho dữ liệu hay đang được truyền đi có thể bị trộm cắp, bị làm sai lệch, giả mạo. Điều này làm ảnh hưởng đến độ an toàn của thông tin nhạy cảm, tin mật, … có thể tác động lớn đến nhiều cá nhân, tổ chức, hay ác động đến an ninh quốc gia. Khái niệm an toàn thông tin 1.
Khái niệm Định nghĩa của an toàn thông tin được nêu ra từ nhiều nguồn khác nhau, chúng ta có thể hiểu theo nhiều cách sau: An toàn thông tin nghĩa là thông tin được bảo vệ, các hệ thống và dịch vụ có khả năng chống lại những sự can thiệp, lỗi và những tai họa không mong đợi, các thay đổi tác động đến độ an toàn của hệ thống là nhỏ nhất. Hệ thống không an toàn là hệ thống tồn tại những điểm: thông tin bị rò rỉ ra ngoài, thông tin bị thay đổi,. Giá trị thực sự của thông tin chỉ đạt được khi thông tin được cung cấp chính xác và kịp thời, hệ thống phải hoạt động 7 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 chuẩn xác thì mới có thể đưa ra những thông tin có giá trị cao. Mục tiêu của an toàn bảo mật trong công nghệ thông tin là đưa ra một số tiêu chuẩn an toàn và áp dụng các tiêu chuẩn an toàn này vào chỗ thích hợp để giảm bớt và loại trừ những nguy hiểm có thể xảy ra.
Ngày nay với kỹ thuật truyền nhận và xử lý thông tin ngày càng phát triển và phức tạp nên hệ thống chỉ có thể đạt tới một mức độ an toàn nào đó và không có một hệ thống an toàn tuyệt đối. Các yêu cầu an toàn bảo mật thông tin Ngày nay, với sự phát triển rất nhanh của khoa học công nghệ, các biện pháp tấn công ngày càng tinh xảo hơn, độ an toàn của thông tin có thể bị đe dọa từ nhiều nơi, theo nhiều cách khác nhau, chúng ta cần phải đưa ra các chính sách đề phòng thích hợp. Các yêu cầu cần thiết của việc bảo vệ thông tin và tài nguyên: Đảm bảo bí mật (Bảo mật): thông tin không bị lộ đối với người không được phép. Đảm bảo tính tin cậy (Confidentiality): Thông tin và tài nguyên không thể bị truy cập trái phép bởi những người không có quyền hạn.
Đảm bảo tính toàn vẹn (Integrity): Thông tin và tài nguyên không thể bị sửa đổi, bị thay thế bởi những người không có quyền hạn. Đảm bảo tính sẵn sàng (Availability): Thông tin và tài nguyên luôn sẵn sàng để đáp ứng sử dụng cho người có quyền hạn. Đảm bảo tính không thể chối bỏ (Non-repudiation): Thông tin và tài nguyên được xác nhận về mặt pháp luật của người cung cấp. 8 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.
Các phương pháp bảo vệ thông tin Quyền truy nhập: Là lớp bảo vệ trong cùng nhằm kiểm soát các tài nguyên của mạng và quyền hạn trên tài nguyên đó. Đăng ký tên /mật khẩu: Thực ra đây cũng là kiểm soát quyền truy nhập, nhưng không phải truy nhập ở mức thông tin mà ở mức hệ thống. Mã hoá dữ liệu: Dữ liệu bị biến đổi từ dạng nhận thức được sang dạng không nhận thức được theo một thuật toán nào đó và sẽ được biến đổi ngược lại ở trạm nhận (giải mã). Bảo vệ vật lý: Ngăn cản các truy nhập vật lý vào hệ thống.
Tường lửa: Ngăn chặn thâm nhập trái phép và lọc bỏ các gói tin không muốn gửi hoặc nhận vì các lý do nào đó để bảo vệ một máy tính hoặc cả mạng nội bộ (intranet). Quản trị mạng: Công tác quản trị mạng máy tính phải được thực hiện một cách khoa học. Toàn bộ hệ thống hoạt động bình thường trong giờ làm việc. Backup dữ liệu quan trọng theo định kỳ, có kế hoạch bảo trì định kỳ, bảo mật dữ liệu, phân quyền, … Ảnh 1.1: Các mức độ bảo vệ thông tin 9 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.
An toàn thông tin bằng mật mã 1. Mật mã và thông tin Mật mã là một ngành khoa học chuyên nghiên cứu các phương pháp truyền tin bí mật. Mật mã bao gồm : Lập mã và phá mã. + Lập mã bao gồm hai quá trình: mã hóa và giải mã.
Các sản phẩm của lĩnh vực này là các hệ mã mật , các hàm băm, các hệ chữ ký điện tử, các cơ chế phân phối, quản lý khóa và các giao thức mật mã. + Phá mã: Nghiên cứu các phương pháp phá mã hoặc tạo mã giả. Sản phẩm của lĩnh vực này là các phương pháp phá mã , các phương pháp giả mạo chữ ký, các phương pháp tấn công các hàm băm và các giao thức mật mã.2: Thông tin gửi đi bị nghe lén Để bảo vệ thông tin trên đường truyền người ta thường biến đổi nó từ dạng nhận thức được sang dạng không nhận thức được trước khi truyền đi trên mạng, quá trình này được gọi là mã hoá thông tin (encryption), ở trạm nhận phải thực hiện quá trình ngược lại, tức là biến đổi thông tin từ dạng không nhận thức được (dữ liệu đã được mã hoá) về dạng nhận thức được (dạng gốc), quá trình này được gọi là giải mã (decryption). Đây là một lớp bảo vệ thông tin rất quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong môi trường mạng.
10 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Ảnh 1.3: Bảo vệ thông tin bằng mật mã Để bảo vệ thông tin bằng mật mã người ta thường tiếp cận theo hai hướng: Theo đường truyền (Link_Oriented_Security): thông tin được mã hoá để bảo vệ trên đường truyền giữa hai nút mà không quan tâm đến nguồn và đích của thông tin đó. Thông tin chỉ được bảo vệ trên đường truyền, tức là ở mỗi nút đều có quá trình giải mã sau đó mã hoá để truyền đi tiếp, do đó các nút cần phải được bảo vệ tốt. Từ nút đến nút (End_to_End): thông tin trên mạng được bảo vệ trên toàn đường truyền từ nguồn đến đích. Thông tin sẽ được mã hoá ngay sau khi mới tạo ra và chỉ được giải mã khi về đến đích.
Cách này mắc phải nhược điểm là chỉ có dữ liệu của người dùng thì mới có thể mã hóa được còn dữ liệu điều khiển thì giữ nguyên để có thể xử lý tại các nút. 11 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail. Mã hóa và giải mã thông tin Ảnh 1.4: Quá trình mã hóa và giải mã thông tin - Mã hóa: Quá trình chuyển đổi dữ liệu gốc thành dữ liệu được mã hóa sao cho người khác không thể đọc hiểu được. - Giải mã: Là quá trình ngược lại của mã hóa, biến đổi dữ liệu đã được mã hóa thành dạng gốc ban đầu.
- Bản mã: Tệp dữ liệu đã được mã hóa. Một hệ thống mã hóa bao gồm các thành phần sau: - PlainText : Bản tin sẽ được mã hóa hay bản tin gốc. - CipherText : Bản tin đã được mã hóa hay bản tin mã. - Thuật toán mã hóa và giải mã : + Encryption : quá trình chuyển bản tin gốc sang dạng mật mã.
+ Decryption : quá trình giải bản tin dạng mật mã trở về bản tin gốc. + Cách chọn khóa : giá trị toán học dùng để thực hiện mã hóa. Nhiều phương pháp mã hóa đã được đưa ra dựa trên những giải thuật toán phức tạp, để tạo khó khăn cho những ai đó muốn phá mật mã mà không cần được ai trao chìa khóa. 12 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Nói tạo khó khăn là vì trên lý thuyết ta không thể nói việc tìm chìa khóa là vô phương.
Nhưng nếu trở ngại đủ lớn để làm nản lòng kẻ gian thì đã là một mức độ an toàn tốt. Quá trình mã hóa và giải mã có thể được minh họa theo sơ đồ sau: 1. Các thành phần của một hệ mật mã Một hệ mã mật là bộ 5 (P, C, K, E, D) thoả mãn các điều kiện sau: - P là tập hữu hạn các bản rõ (PlainText), nó được gọi là không gian bản rõ chứa bản tin gốc ban đầu. - C là tập hợp hữu hạn bản mã (Crypto), nó còn được gọi là không gian các bản mã.
Một phần tử của C có thể nhận được bằng cách áp dụng phép mã hóa E K lên một phần tử P, với k ∈ K. - K là tập hữu hạn các khoá hay còn gọi là không gian khoá. Đối với mỗi phần tử k của K được gọi là một khoá (Key). Số lượng của không gian khoá phải đủ lớn để “kẻ địch” không có đủ thời gian thử mọi khoá có thể (phương pháp vét cạn).
- Đối với mỗi k ∈ K có một quy tắc mã eK: P → C và một quy tắc giải mã tương ứng dK ∈ D. Mỗi eK: P→ C và dK: C → P là những hàm mà: dK (eK(x))=x với mọi bản rõ x ∈ P. - Hàm giải mã d k chính là ánh xạ ngược của hàm mã hóa ek 1. Phân loại hệ mật mã Có nhiều cách để phân loại hệ mật mã.
Dựa vào cách truyền khóa có thể phân các hệ mật mã thành hai loại: 13 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 - Hệ mật đối xứng (hay còn gọi là mật mã khóa bí mật) - Hệ mật mã bất đối xứng (hay còn gọi là mật mã khóa công khai) Ngoài ra nếu dựa vào thời gian đưa ra hệ mật mã ta còn có thể phân làm hai loại: Mật mã cổ điển (là hệ mật mã ra đời trước năm 1970) và mật mã hiện đại (ra đời sau năm 1970). Còn nếu dựa vào cách thức tiến hành mã thì hệ mật mã còn được chia làm hai loại là mã dòng (tiến hành mã từng khối dữ liệu, mỗi khối lại dựa vào các khóa khác nhau, các khóa này được sinh ra từ hàm sinh khóa, được gọi là dòng khóa ) và mã khối (tiến hành mã từng khối dữ liệu với khóa như nhau). Mã hóa bằng khóa bí mật Các hệ thống mã hóa với khóa bí mật còn được gọi là mã hóa bằng khóa riêng, mã hóa đối xứng sử dụng duy nhất một khóa cho cả quá trình mã hóa lẫn quá trình giải mã. + Stream Algorithms/Stream Ciphers: các thuật toán hoạt động trên văn bản bình thường theo từng bit một.