Đồ án Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................................2
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................................3
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................4
INFRASTRUCTURE).............................................................................................................5
1.1 Hệ mã hóa khóa đối xứng........................................................................................7
1.2 Hệ mã hóa khóa công khai ......................................................................................8
1.3 Công nghệ OpenCA...............................................................................................11
Thiết kế tổng quan..........................................................................................12
Hệ thống thứ bậc ............................................................................................13
Các giao diện..................................................................................................14
Vòng đời của các đối tượng ...........................................................................15
1.4 Công nghệ SSL......................................................................................................16
Giới thiệu về SSL...........................................................................................16
Các phiên bản.................................................................................................18
Các thuộc tính cơ bản.....................................................................................18
Mục đích.........................................................................................................19
Bảo mật của SSL............................................................................................19
Ưu điểm và hạn chế của SSL .........................................................................20
Chương 2: CHỮ KÝ SỐ VÀ CHỨNG CHỈ SỐ ..................................................................24
2.1 Khái niệm chữ ký số..............................................................................................24
2.2 Đại diện thông điệp................................................................................................25
2.3 Khái niệm chứng chỉ số.........................................................................................27
2.4 Hệ thông cung cấp chứng chỉ khóa công khai.......................................................29
Chương 3: CA (CERTIFICATE AUTHORITY)................................................................31
khóa công khai theo chuẩn X509..................................................................................33
3.2 Cài đặt thiệt lập cấu hình cho máy CA..................................................................34
Cài đặt ............................................................................................................34
Thiết lập cấu hình...........................................................................................35
KẾT LUẬN.............................................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................................49
1
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1.1 Mô hình mã hóa đối xứng..................................................................................... 7
Hình 1.1.2 Mô hình mã hóa khóa công khai.......................................................................... 10
Hình 1.3.2.1 Cái nhìn hướng CSDL của PKI ....................................................................... 13
Hình 1.3.2.2 Cái nhìn dữ liệu logic....................................................................................... 14
Hình 1.3.3.1 Cái nhìn kỹ thuật của PKI................................................................................ 14
Hình 1.3.4.1 Vòng đời của các đối tượng............................................................................. 16
Hình 1.4.1.1 Vị trí SSL trong mô hình OSI.......................................................................... 17
Hình 2.1.1 Mô hình chữ ký số ............................................................................................... 24
Hình 2.2.1 Mô hình mã hóa thông điệp và chữ ký bằng khóa bí mật ................................... 26
Hình 2.2.2 Mô hình giải mã thông điệp và chữ ký bằng khóa công khai.............................. 27
Hình 4.1 Giao diện phầm mềm cung cấp chứng chỉ số ........................................................ 37
Hình 4.2 Giao diện nhập thông tin người được cấp chứng chỉ............................................. 38
Hình 4.3 Giao diện cảnh báo khi nhập xong thông tin người được cấp chứng chỉ............... 39
Hình 4.4 Giao diện thông báo hoàn thành nhập thông tin người được cấp chứng chỉ ......... 39
Hình 4.5 Giao diện ký yêu cầu cấp chứng chỉ số.................................................................. 39
Hình 4.6 Giao diện hộp hội thoại.......................................................................................... 40
Hình 4.7 Giao diện nhập mật khẩu để giải mã khóa bí mật của CA..................................... 40
Hình 4.8 Giao diện thông báo cấp phát chứng chỉ thành công............................................. 40
Hình 4.9 Giao diện chuyển đổi định dạng PKCS10 thành PKCS12 .................................... 41
Hình 4.10 Giao diện thông báo khi chuyển đổi PKCS12 ..................................................... 41
Hình 4.11 Giao diện nhập số PIN......................................................................................... 41
Hình 4.12 Giao diện nhập mật khẩu mã hóa......................................................................... 42
Hình 4.13 Giao diện thông báo chuyển đổi thành công........................................................ 42
Hình 4.14 Giao diện màn hình commandline....................................................................... 43
Hình 4.15 Giao diện thực thi lệnh copyUserCert ................................................................. 43
Hình 4.16 Giao diện nhập số PIN......................................................................................... 44
Hình 4.17 Giao diện thông báo hoàn thành cấp chứng chỉ................................................... 44
Hình 4.18 Giao diện thông báo cập nhật chứng chỉ............................................................... 45
Hình 4.19 Giao diện chức năng “Pending Request List”...................................................... 45
Hình 4.20 Giao diện chức năng “Issue Certificate”.............................................................. 46
Hình 4.21 Giao diện trang Printcert...................................................................................... 46
Hình 4.22 Giao diện form nhập số PIN của chứng chỉ......................................................... 47
Hình 4.23 Giao diện giấy chứng nhận chứng chỉ số............................................................. 47
2
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
LỜI CẢM ƠN
Trong lời đầu tiên của báo cáo Đồ án Tốt Nghiệp “Tìm hiểu Hệ thống cung cấp
chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung” này, em muốn gửi lời cám ơn và biết
ơn chân thành nhất của mình tới tất cả những người đã hỗ trợ, giúp đỡ em về kiến thức
và tinh thần trong quá trình thực hiện Đồ án.
Trước hết, em xin chân thành cảm ơn Thày Giáo – TS. Hồ Văn Canh, Cố vấn
cục kĩ thuật nghiệp vụ 1-Bộ CA, người đã trực tiếp hướng dẫn, nhận xét, giúp đỡ em
trong suốt quá trình thực hiện Đồ án. Xin chân thành cảm ơn GS.TS.NGƯT Trần Hữu
Nghị Hiệu trưởng Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, ban giám hiệu nhà trường, các
thày cô trong Khoa Công Nghệ Thông Tin và các phòng ban nhà trường đã tạo điều
kiện tốt nhất cho em cũng như các bạn khác trong suốt thời gian học tập và làm tốt
mnghiệp.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân đã giúp đỡ
động viên em rất nhiều trong quá trình học tập và làm Đồ án Tốt Nghiệp.
Do thời gian có hạn, kiến thức còn nhiều hạn chế nên Đồ án thực hiện chắc
chắn không trành khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong nhận được ý kiến đóng
góp của thày cô và các bạn để em có thêm kinh nghiệm và tiếp tục hoàn thiện Đồ án
của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày tháng năm 2012
Sinh viên
Nguyễn Tiến Hoàng
3
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
MỞ ĐẦU
Trong một vài năm lại đây, hạ tầng truyền thông IT càng ngày càng được mở
rộng khi người sử dụng dựa trên nền tảng này để truyền thông và giao dịch với các
đồng nghiệp, các đối tác kinh doanh cũng như việc khách hàng dùng email trên các
mạng công cộng. Hầu hết các thông tin nhạy cảm và quan trọng được lưu trữ và trao
đổi dưới hình thức điện tử trong các cơ quan văn phòng, doanh nghiệp. Sự thay đổi
trong các hoạt động truyền thông này đồng nghĩa với việc cần phải có biện pháp bảo
vệ đơn vị, tổ chức, doanh nghiệp của mình trước các nguy cơ lừa đảo, can thiệp, tấn
công, phá hoại hoặc vô tình tiết lộ các thông tin đó. Cơ sở hạ tầng khóa công khai
(PKI – Public Key Infrastructure) cùng các tiêu chuẩn công nghệ ứng dụng của nó có
thể coi là một giải pháp tổng hợp và độc lập có thể sử dụng để giải quyết vấn đề này.
PKI bản chất là một hệ thống công nghệ vừa mang tính tiêu chuẩn, vừa mang tính ứng
dụng được sử dụng để khởi tạo, lưu trữ và quản lý các chứng chỉ số hay ta còn gọi là
chức thực điện tử (digital certificate) cũng như các khóa công cộng (khóa công khai)
và cá nhân (khóa riêng). Sáng kiến PKI ra đời năm 1995, khi mà các chính phủ và các
tổ chức công nghiệp xây dựng các tiêu chuẩn chung dựa trên phương pháp mã hóa để
hỗ trợ một hạ tầng bảo mật trên mạng Internet. Tại thời điểm đó, mục tiêu đước đặt ra
là xây dựng một bộ tiêu chuẩn bảo mật tổng hợp cùng các công cụ và lý thuyết cho
phép người sử dụng cũng như các tổ chức có thể tạo lập, lữu trữ và trao đổi các thông
tin một cách an toàn trong phạm vi cá nhân và công cộng.
Hiện nay ở Việt Nam, việc nghiên cứu, ứng dụng và triển khai PKI nói chung
và dịch vụ cung cấp chứng chỉ số nói riêng là vấn đề còn mang tính thời sự. Bằng việc
sử dụng chứng chỉ và chữ ký số, những ứng dụng cho phép PKI đưa ra nhiều đặc tính
đảm bảo an toàn thông tin cho người sử dụng. Có hai mô hình cung cấp chứng chỉ số
là mô hình do CA sinh cặp khóa công khai và khóa bí mật cho người dùng và mô hình
do tự người dùng sinh cặp khóa công khai và khóa bí mật cho chính mình. Hiện nay, ở
Việt Nam đang nghiên cứu và triển khai hệ thống PKI theo mô hình thứ nhất. Vì vậy
em chọn đề tài “Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập
trung” để làm đề tài đồ án tốt nghiệp.
4
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Chương 1: CÁC THÀNH PHẦN KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG PKI (PUBLIC
KEY INFRASTRUCTURE)
Mã hóa là công cụ cơ bản của việc đảm bảo an toàn dữ liệu. Ở thời kỳ sơ khai,
con người đã sử dụng nhiều phương pháp để bảo vệ các thông tin bí mật, nhưng tất cả
các phương pháp đó chỉ mang tính nghệ thuật hơn là khoa học. Ban đầu, mật mã học
được sử dụng phổ biến cho quân đội, qua nhiều cuộc chiến tranh, vai trò của mật mã
ngày càng quan trọng và mang lại nhiều thành quả không nhỏ như các hệ mã cổ điển
Caeser, Playfair,…Chúng đã là nền tảng cho mật mã học này nay.
Ngày nay, khi toán học được áp dụng cho mật mã học thì lịch sử của mật mã
học đã sang trang mới. Việc ra đời các hệ mã hóa đối xứng không làm mất đi vai trò
của các hệ mật mã cổ điển mà còn bổ sung cho ngành mật mã nhiều phương pháp mã
hóa mới. Từ năm 1976, khi hệ mật mã phi đối xứng (mật mã khóa công khai) ra đời,
nhiều khái niệm mới gắn với mật mã học đã xuất hiện: chữ ký số, hàm băm, mã đại
diện, chứng chỉ số. Mật mã học không chỉ áp dụng cho quân sự mà còn cho các lĩnh
vực kinh tế xã hội khác như giao dịch hành chính, thương mại điện tử.
Hiện nay có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau, mỗi phương pháp có ưu,
nhược điểm riêng. Tùy theo yêu cầu của môi trường ứng dụng nào, người ta có thể
dùng phương pháp này hay phương pháp kia. Có những môi trường cần phải an toàn
tuyệt đối bất kể thời gian và chi phí. Có những môi trường lại cần giải pháp dung hòa
giữa bảo mật và chi phí.
Các thông điệp cần chuyển đi và cần được bảo vệ an toàn gọi là bản rõ
(plaintext), và được ký hiệu là P. Nó có thể là một dòng các bít, các file, âm thanh số
hoá,... Bản rõ được dùng để lưu trữ hoặc để truyền đạt thông tin. Trong mọi trường
hợp bản rõ là thông điệp cần mã hoá. Quá trình xử lý một thông điệp trước khi gửi
được gọi là quá trình mã hoá (encryption). Một thông điệp đã được mã hoá được gọi
là bản mã (ciphertext), và được ký hiệu là C. Quá trình xử lý ngược lại từ bản mã
thành bản rõ được gọi là quá trình giải mã (decryption).
Để bảo đảm an toàn thông tin lưu trữ trong máy tính (Ví dụ giữ gìn thông tin cố
định) hay bảo đảm an toàn thông tin trên đường truyền tin (Ví dụ trên mạng máy tính,
trên điện thoại), người ta phải “Che Giấu” các thông tin này.
5
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
“Che” thông tin (dữ liệu) hay “Mã hóa ” thông tin là thay đổi hình dạng thông
tin gốc, và người khác “khó” nhận ra.
“Giấu” thông tin (dữ liệu) là cất giấu thông tin trong bản tin khác, và người
khác cũng “khó” nhận ra.
Trong phần này chúng ta bàn về “Mã hóa” thông tin
Hệ mật mã là tập hợp các thuật toán, các khóa nhằm che dấu thông tin tin cũng
như làm rõ nó.
Hệ mật mã được định nghĩa là bộ năm (P,C,K,E,D), trong đó:
- P là tập hữu hạn các bản rõ có thể
- C là tập hữu hạn các bản mã có thể
- K là tập hữu hạn khóa có thể
- E là tập các hàm lập mã
- D là tập các hàm giải mã. Với mỗi k K có một hàm lập mã
E ( : P
C) và một hàm giải mã
Với khóa lập mã
D ( : C
P) sao cho Dk (Ek (x)) = x , x P.
K, có hàm lập mã
E,
D,
: P C,
: C P,
Với khóa giải mã
K, có hàm giải mã
sao cho
Ở đây x được gọi là bản rõ,
Trên đường truyền tin, thông tin được mã hoá để bảo đảm bí mật:
Người gửi G (T) Người nhận N
(
(x)) = x,
x
P.
(x) = y được gọi là bản mã.
Tin tặc có thể trộm bản mã
giải mã để tìm ra bản rõ T.
Người gửi G muốn gửi bản tin T cho người nhận N. Để bảo đảm bí mật, G mã
hoá bản tin bằng khóa lập mã , nhận được bản mã (T), sau đó gửi cho N.
Tin tặc có thể trộm bản mã (T), nhưng “khó” tìm được bản tin gốc T nếu
không có khoá giải mã
Người N nhận được bản mã, họ dùng khoá giải mã , giải bản mã
nhận được bản tin gốc T = (T)).
(T) nhưng không có khóa nên khó có thể
.
(T), để
(
6
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Hiện nay các hệ mật mã được phân làm hai loại chính là: Hệ mật mã đối xứng
và hệ mật mã bất đối xứng (hay còn gọi là hệ mật mã khóa công khai).
Mật mã đối xứng: có khóa lập mã và khóa giải mã “giống nhau”, theo nghĩa
biết được khóa này thì “dễ” tính được khóa kia. Phải giữ bí mật cả 2 khóa. Các hệ mật
mã đối xứng như: Caesar, IDEA, DES, Triple DES.
Mật mã khóa công khai: có khóa lập mã khác khóa giải mã (k1 k2), biết được
khóa này cũng “khó” tính được khóa kia. Bí mật khóa giải mã. Công khai khóa lập
mã. Các hệ mật mã khóa công khai RSA, Elgamal, ECC.
1.1Hệ mã hóa khóa đối xứng
Mã hóa khóa đối xứng là Hệ mã hóa có khóa lập mã và khóa giải mã “giống
nhau”, theo nghĩa biết được khóa này thì “dễ” tính được khóa kia. Đặc biệt một số Hệ
mã hóa loại này có khoá lập mã và khoá giải mã trùng nhau ( = ).
Hệ mã hóa khóa đối xứng còn có tên gọi là Hệ mã hóa khoá bí mật, vì phải giữ
bí mật cả 2 khóa. Trước khi dùng Hệ mã hóa khóa đối xứng, người gửi và người nhận
phải thoả thuận thuật toán mã hóa và một khoá chung (lập mã hay giải mã), khoá này
phải được giữ bí mật. Độ an toàn của Hệ mã hóa loại này phụ thuộc vào khoá.
Khóa bí mật dùng
chung giữa người gửi
và người nhận
Khóa bí mật dùng
chung giữa người gửi
và người nhận
Bản mã được
truyền đi
Thuật toán mã hóa
Đầu vào
bản rõ
Đầu ra
bản rõ
Thuật toán
giải mã
Hình 1.1.1 Mô hình mã hóa đối xứng
Khóa bí mật dùng chung giữa người gửi và người nhận nếu được sinh ra bởi
người gửi (hoặc người gửi), khóa phải được chuyển cho người còn lại theo một kênh
7
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
bí mật nào đó. Có thể dùng một thành viên thứ 3 (đáng tin cậy) sinh khóa và phân
phối khóa một cách bí mật cho cả người gửi và người nhận.
1.1.1 Đặc điểm của hệ mã hóa khóa đối xứng
Ưu điểm:
o Tốc độ mã hóa và giải mã nhanh.
o Sử dụng đơn giản: chỉ cần dùng một khoá cho cả 2 bước mã và giải mã.
Nhược điểm:
o Mã hóa khóa đối xứng chưa thật an toàn với lý do đơn giản: Người mã hoá và
người giải mã phải có “chung” một khoá. Khóa phải được giữ bí mật tuyệt đối, vì
“dễ” xác định khoá này nếu biết khoá kia. Do đó, việc xác thực thông điệp và ký
số là rất khó thực hiện.
o Khi hai người (lập mã, giải mã) cùng biết “chung” một bí mật, thì khó giữ được
bí mật !
o Vấn đề thỏa thuận khoá và quản lý khóa chung là khó khăn và phức tạp. Người
gửi và người nhận phải luôn thống nhất với nhau về khoá. Việc thay đổi khoá là
rất khó và dễ bị lộ. Khóa chung phải được gửi cho nhau trên kênh an toàn.
1.1.2 Nơi sử dụng hệ mã hóa khóa đối xứng
Hệ mã hóa khóa đối xứng thường được sử dụng trong môi trường mà khoá
chung có thể dễ dàng trao chuyển bí mật, chẳng hạn trong cùng một mạng nội bộ.
Hệ mã hóa khóa đối xứng dùng để mã hóa những bản tin lớn, vì tốc độ mã hóa
và giải mã nhanh hơn Hệ mã hóa khóa công khai.
1.2 Hệ mã hóa khóa công khai
Khái niệm mật mã khoá công khai nảy sinh khi giải quyết hai vấn đề khó khăn
trong mã hóa đối xứng.
Vấn đề đầu tiên là phân phối khoá. Như chúng ta đã biết, việc phân phối khoá
trong mã hoá đối xứng yêu cầu hai bên liên lạc:
o
o
Dùng chung một khoá được phân phối theo cách nào đó; hoặc:
Sử dụng một trung tâm phân phối khoá.
8
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Whitfield Diffie, một trong những người đã phát minh ra mã hoá khoá công
khai (cùng với Martin Hellman, trường Đại học Stanford) đã suy luận và cho rằng,
yêu cầu thứ hai phủ nhận bản chất của mật mã. Bản chất đó là đảm bảo tính bí mật
trong liên lạc. Khó có thể tồn tại các hệ thống mật mã không thể phá được, nếu người
sử dụng của các hệ thống này bắt buộc phải dùng chung các khoá của một trung tâm
phân phối khoá (KDC), lý do là trung tâm này có thể để lộ khoá.
Vấn đề thứ hai mà Diffie đặt ra là "chữ ký số". Nếu việc sử dụng mật mã trở
nên phổ biến, không chỉ trong lĩnh vực quân sự mà còn được sử dụng cho các mục
đích thương mại và cá nhân, thì các thông báo và tài liệu điện tử cần có các chữ ký và
chúng có hiệu lực tương tự như các chữ ký trên giấy tờ.
Các thuật toán khoá công khai sử dụng một khoá để mã hoá và một khoá khác
để giải mã (tạo thành một cặp khoá). Chúng có tính chất quan trọng sau đây: “Khó có
thể xác định được khoá giải mã nếu chỉ căn cứ vào các thông tin về thuật toán và khoá
mã hoá.”
Mã hóa khóa công khai hay còn gọi mã hóa khóa phi đối xứng là Hệ mã hóa có
khóa lập mã và khóa giải mã khác nhau (
được khóa kia.
), biết được khóa này cũng “khó” tính
Hệ mã hóa này còn được gọi là Hệ mã hoá khóa công khai, vì:
Khoá lập mã cho công khai, gọi là khoá công khai (Public key).
Khóa giải mã giữ bí mật, còn gọi là khóa riêng (Private key).
Một người bất kỳ có thể dùng khoá công khai để mã hoá bản tin, nhưng chỉ
người nào có đúng khoá giải mã thì mới có khả năng xem được bản rõ.
9
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Vòng khóa
công khai
của Alice
Joy
Ted
Mike
Bob
Khóa riêng
của Bob
Khóa công khai
của Bob
Bản mã được
truyền đi
Đầu
vào
bản rõ
Đầu ra
bản rõ
Thuật toán
giải mã
Thuật toán mã
hóa
Hình 1.1.2 Mô hình mã hóa khóa công
Hình trên minh hoạ quá trình mã hoá khoá công khai. Các bước cơ bản gồm:
Mỗi hệ thống trên một mạng sinh ra một cặp khóa, cặp khoá này được sử
dụng để mã hoá và giải mã các thông báo mà nó nhận được.
Mỗi hệ thống công bố khóa mã hoá của mình bằng cách đặt khoá này vào
o
o
trong một thanh ghi công khai hoặc một file. Đây chính là khoá công khai. Khoá cùng
cặp được giữ bí mật.
o
Nếu A muốn gửi cho B một thông báo, nó mã hoá thông báo bằng khoá
công khai của B.
o
Khi B nhận được thông báo, B giải mã thông báo bằng khoá riêng của B.
Không một người nhận nào khác có thể giải mã thông báo, bởi vì chỉ có B mới biết
khoá riêng của mình.
Với cách giải quyết này, tất cả các thành viên tham gia truyền thông có thể truy
nhập vào các khoá công khai. Khoá riêng do mỗi thành viên sinh ra không bao giờ
được phân phối. Quá trình liên lạc chỉ an toàn chừng nào hệ thống còn kiểm soát được
khoá riêng của mình. Một hệ thống có thể thay đổi các khoá riêng của nó bất cứ lúc
nào, đồng thời công bố các khoá công khai cùng cặp để thay thế khoá công khai cũ.
10
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
1.2.1 Đặc điểm cả hệ mã hóa công khai
Ưu điểm:
o
Người mã hoá dùng khóa công khai, người giải mã giữ khóa bí mật. Khả
năng lộ khóa bí mật khó hơn vì chỉ có một người gìn giữ.
Nếu kẻ phá hoại biết khoá công khai, cố gắng tìm khoá bí mật, thì chúng
phải đương đầu với bài toán “khó”.
o
o
Khi biết các tham số ban đầu của hệ mã hóa, việc tính ra cặp khoá công
khai và bí mật phải là “dễ”, tức là trong thời gian đa thức.
o
o
Người gửi có bản rõ P và khoá công khai, thì “dễ” tạo ra bản mã C.
Người nhận có bản mã C và khoá bí mật, thì “dễ” giải được thành bản rõ
P.
o
Nếu kẻ phá hoại biết khoá công khai và bản mã C, thì việc tìm ra bản rõ
P cũng là bài toán “khó”, số phép thử là vô cùng lớn, không khả thi.
o
o
Hệ mã hóa khóa công khai tiện lợi hơn Hệ mã hóa đối xứng cổ điển còn
Thuật toán được viết một lần, công khai cho nhiều lần dùng và cho nhiều
ở chỗ:
người dùng, chỉ cần giữ bí mật khóa riêng.
Nhược điểm:
o
Mã hóa khóa công khai mã hóa và giải mã chậm hơn Mã hóa khóa đối
xứng.
1.2.2 Nơi sử dụng hệ mã hóa công khai
Sử dụng chủ yếu trên các mạng công khai như Internet, khi mà việc trao đổi
khoá bí mật tương đối khó khăn. Đặc trưng nổi bật của hệ mã hoá công khai là cả
khoá công khai (public key) và bản mã (ciphertext) đều có thể gửi đi trên một kênh
truyền tin không an toàn.
1.3Công nghệ OpenCA
OpenCA là dự án đồ sộ nằm trong dự án OpenCA Group, có mục đích xây
dựng PKI hoàn chỉnh, chuyên nghiệp, OpenCA được phát triển liên tục từ năm 1999.
Từ năm 2001, OpenCA đã bắt đầu được sử dụng cho các đơn vị cỡ vừa và lớn.
11
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
OpenCA sử dụng giao diện web, hỗ trợ hầu hết các web Browser chính, hỗ trợ
sản phẩm mã nguồn mở.
Các Module chương trình trong OpenCA.
Giao tiếp công cộng: Giao diện web để người sử dụng có thể truy cập qua
Internet. Người dùng có thể đăng ký xin cấp chứng chỉ trực tiếp qua Module này.
Giao tiếp LDAP: Danh bạ các khoá công khai, người dùng lấy khoá công khai
từ Module này để mã hoá tài liệu, trước khi gửi đến đơn vị dùng openCA.
Giao tiếp RA: Đơn vị điều hành RA sử dụng Module này để cập nhật các
thông tin cá nhân của người xin cấp chứng chỉ.
Giao tiếp OCSP: Module hỗ trợ kiểm tra chứng chỉ còn hiệu lực hay không.
OCSP có tác dụng như việc công bố CRL, nhưng tính năng ưu việt hơn CRL.
Giao tiếp CA: Module ký số riêng rẽ, cho phép CA làm theo nguyên tắc an
ninh - tách biệt khỏi mạng công cộng, để bảo vệ tối đa khoá bí mật. Điều này khiến
cho openCA trở nên an toàn hơn các phần mềm CA khác có trên thị trường hiện nay.
Ngoài tính năng thiết yếu của PKI, OpenCA có nhiều tính năng ưu việt
khác như:
Đăng nhập bằng chứng chỉ.
Hệ thống quản lý mềm dẻo.
Sử dụng được các tính năng của X.509 mở rộng.
OpenCA là phần mềm mã nguồn mở miễn phí, có tài liệu chi tiết đầy đủ.
OpenCA được thiết kế cho một hạ tầng phân tán. Nó có thể không chỉ điều
khiển một CA offline và một RA online, mà còn giúp ta xây dựng một cấu trúc thứ
bậc với nhiều mức khác nhau. OpenCA không phải là một giải pháp nhỏ cho các
nghiên cứu vừa và nhỏ. Nó hỗ trợ tối đa cho các tổ chức lớn như các trường đại học,
các công ty lớn.
1.3.1 Thiết kế tổng quan
OpenCA được thiết kế cho một hạ tầng phân tán. Nó có thể không chỉ điều
khiển một CA offline và một RA online mà việc sử dụng chúng còn giúp ta xây dựng
một cấu trúc thứ bậc với nhiều mức khác nhau. OpenCA không phải là một giải pháp
12
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
nhỏ cho các nghiên cứu vừa và nhỏ. Nó hỗ trợ tối đa cho các tổ chức lớn như các
trường đại học, các công ty lớn.
Khi nghiên cứu về công nghệ OpenCA, chúng ta sẽ xem xét 4 phần chính:
Thiết kế để cài đặt một hạ tầng tố
Các hoạt động được thực hiện một cách offline bởi người quản trị
Các thao tác phía người dùng
Các mô tả kỹ thuật của OpenCA
1.3.2 Hệ thống thứ bậc
Kiến trúc cơ bản của các PKI X.509 là cấu trúc thứ bậc. Kết quả là chúng ta có
cấu trúc cây cho các cơ sở dữ liệu nếu muốn tạo kiến trúc PKI phân tán.
Hình 1.3.2.1 Cái nhìn hướng CSDL của PKI
Trao đổi dữ liệu giữa các cơ sở dữ liệu (CSDL) riêng biệt có thể được kiểm
soát tự động nếu ta sử dụng hệ thống CSDL phân tán. Nếu có CSDL phân tán (chẳng
hạn một CA offline) thì ta phải có công nghệ cho việc trao đổi và quản lý các Node
trong hệ thống cấp bậc.
Thiết kế của một OpenCA như sau:
13
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Hình 1.3.2.2 Cái nhìn dữ liệu logic
Thông thường mỗi Server trong hạ tầng của trung tâm tin cậy có CSDL riêng
vì lý do an ninh. Cấu trúc thứ bậc là xương sống của trung tâm tin cậy.
1.3.3 Các giao diện
Sau khi biết hạ tầng cơ bản của OpenCA, Ta có thể tìm hiểu về CA, RA, LDAP
và giao diện chung. OpenCA hỗ trợ tất cả các phần mềm qua giao diện Web.
Muốn thiết kế một trung tâm tin cậy mạnh, phải hình dung ra luồng công việc
của tổ chức cần hỗ trợ. Ví dụ một sơ đồ như sau:
Hình 1.3.3.1 Cái nhìn kỹ thuật của PKI
OpenCA hỗ trợ các giao diện sau:
Node (chỉ cho Node quản lý), CA, RA, LDAP, Pub, SCEP
14
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
a. Node
CA có thể tạo tất cả các bảng, nhưng tự CA không thực hiện việc này. Giao
diện cho các Node phục vụ việc back up và khôi phục khóa riêng của CA, chứng chỉ.
CA không có cơ chế mặc định để thực hiện việc này mà chúng ta phải tự thực hiện
qua giao diện được cung cấp.
b. CA
Giao diện CA có các chức năng để tạo các chứng chỉ và các danh sách thu hồi
chứng chỉ. CA cũng cho chức năng để thay đổi hoặc cấu hình lại các giao diện.
c. RA
RA của OpenCA có khả năng điều khiển các loại yêu cầu: soạn thảo, chấp
thuận, tạo các khóa riêng trên Smart card, xóa các yêu cầu không hợp lệ.
d. LDAP
Giao diện LDAP giúp cho việc tách biệt quản lý LDAP và phần còn lại của
phần mềm. Điều này là cần thiết vì có nhiều chức năng chỉ cần cho người quản trị mà
người dùng hoàn toàn không cần.
e. Pub
Giao diện công khai bao gồm những thứ liên quan đến người dùng.
Sinh các CSRs (yêu cầu ký chứng chỉ) cho IE
Sinh các CSRs (yêu cầu ký chứng chỉ) cho Mozilla 1.1+ and Netscape
Communicator and Navigator
Sinh các yêu cầu độc lập Client và các khóa riêng
Nhận các yêu cầu PKCS #10 định dạng PEM từ các Server
Tập hợp các chứng chỉ
Hỗ trợ 2 phương thức khác nhau cho thu hồi chứng chỉ
Tìm kiếm chứng chỉ
Kiểm tra các chứng chỉ người dùng trên trình duyệt.
1.3.4 Vòng đời của các đối tượng
OpenCA hoạt động an toàn dựa trên sự an toàn của khóa riêng. Có nghĩa là các
đối tượng có liên quan đến từng cặp khóa riêng/công khai cần được kết nối với nhau.
15
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Nếu một chứng chỉ đơn sai thì không có vấn đề gì cả, nhưng nếu một khóa được thỏa
hiệp thì tất cả các yêu cầu và chứng chỉ liên quan đến khóa đó sẽ bị ảnh hưởng.
Hình 1.3.4.1 Vòng đời của các đối tượng
1.4Công nghệ SSL
1.4.1 Giới thiệu về SSL
SSL là giao thức đa mục đích, được thiết kế để tạo ra các giao tiếp giữa hai
chương trình ứng dụng trên một cổng định trước (Socket 443), nhằm mã hoá toàn bộ
thông tin gửi / nhận. Giao thức SSL được hình thành và phát triển đầu tiên năm 1994
bởi nhóm nghiên cứu Netscape, dẫn dắt bởi Elgamal và nay đã trở thành chuẩn bảo
mật cài đặt trên Internet.
SSL được thiết kế độc lập với tầng ứng dụng, để đảm bảo tính bí mật, an toàn
và chống giả mạo luồng thông tin qua Internet giữa hai ứng dụng bất kỳ, thí dụ giữa
Webserver và các trình duyệt (Browsers), do đó được sử dụng rộng rãi trong nhiều
ứng dụng khác nhau trên môi trường Internet.
16
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Toàn bộ cơ chế và hệ thống thuật toán mã hoá trong SSL được phổ biến công
khai, trừ khoá phiên (Session key) được sinh ra tại thời điểm trao đổi giữa hai ứng
dụng là ngẫu nhiên và bí mật đối với người quan sát trên mạng máy tính. Ngoài ra,
giao thức SSL còn đòi hỏi người dùng phải được chứng thực bởi đối tượng thứ ba
(CA) thông qua chứng chỉ số (Digital Certificate) dựa trên mật mã công khai (ví dụ
RSA).
Hình 1.4.1.1 Vị trí SSL trong mô hình OSI
SSL được thiết kế như là một giao thức riêng cho vấn đề bảo mật, có thể hỗ trợ
cho nhiều ứng dụng. Giao thức SSL hoạt động bên trên TCP / IP và bên dưới các ứng
dụng tầng cao hơn như là HTTP (HyperText Transfer Protocol), LDAP (Lightweight
Directory Access Protocol) hoặc IMAP (Internet Messaging Access Protocol). Hiện
nay SSL được sử dụng chủ yếu cho các giao dịch trên Web.
SSL cho phép một Server (có hỗ trợ SSL) tự xác thực với một Client (cũng hỗ
trợ SSL), ngược lại cho phép Client tự xác thực với Server. SSL cho phép cả hai máy
thiết lập một kết nối được mã hoá.
Chứng thực SSL Server: cho phép Client xác thực được Server muốn kết
nối. Trình duyệt sử dụng kỹ thuật mã hóa công khai để chắc chắn rằng chứng chỉ và
public ID của Server là có giá trị, được cấp phát bởi một CA (trong danh sách các CA
tin cậy của Client).
Chứng thực SSL Client: cho phép Server xác thực được Client muốn kết
nối. Server cũng sử dụng kỹ thuật mã hoá khoá công khai để kiểm tra chứng chỉ của
Client và public ID là đúng, được cấp phát bởi một CA (trong danh sách các CA tin
cậy của Server).
17
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Mã hoá kết nối: tất cả các thông tin trao đổi giữa Client và Server được
mã hoá trên đường truyền, nhằm nâng cao khả năng bảo mật. Điều này rất quan trọng
đối với cả hai bên, khi có các giao dịch mang tính riêng tư. Ngoài ra, tất cả các dữ liệu
được gửi đi trên một kết nối SSL đã được mã hoá, còn được bảo vệ nhờ cơ chế tự
động phát hiện các xáo trộn, thay đổi trong dữ liệu.
Giao thức SSL gồm hai tầng:
Tầng thấp nhất là tầng SSL Record Protocol. Nó được sử dụng để đóng
gói một số giao thức ở mức cao hơn. Một trong những giao thức được đóng gói là SSL
Tầng thứ 2 là tầng Handshake Protocol. Nó là giao thức cho phép Server
và Client xác thực lẫn nhau. Chúng thoả thuận thuật toán mã hoá và các khoá mật mã
trước khi thực hiện gửi hoặc nhận dữ liệu
1.4.2 Các phiên bản
SSLv2: Phiên bản đầu tiên của giao thức SSL do Netscape Corporation thiết kế.
SSLv3: Phiên bản SSL version 3.0 do Netscape Corporation thiết kế, đã có trợ
giúp Chain certificate (chứng chỉ nhóm), được hỗ trợ cho các trình duyệt phổ thông.
TLSv1: Giao thức Transport Layer Security version 1.0 dựa trên cơ sở của
SSLv3, thiết kế bởi IETF, nhưng hiện chưa được hỗ trợ cho tất cả các trình duyệt
thông dụng.
1.4.3 Các thuộc tính cơ bản
Kết nối an toàn:
Quá trình mã hóa dữ liệu được áp dụng sau khi quá trình bắt tay (Handshake)
đầu tiên xác định được khoá bí mật. Mật mã đối xứng được sử dụng cho quá trình mã
hoá dữ liệu (DES, RC4…). Đảm bảo thông tin không thể bị truy cập bởi đối tượng thứ
ba.
Danh tính của người bên kia có thể được xác thực bằng mật mã khoá công khai
(RSA, DSS…).
Kết nối tin cậy:
Vận chuyển thông điệp bao gồm quá trình kiểm tra tính toàn vẹn của thông điệp
sử dụng hàm kiểm tra MAC có khoá. Các hàm băm an toàn (ví dụ SHA, MD5…)
18
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
được dùng cho quá trình thực hiện hàm MAC, nhằm đảm bảo thông tin không bị sai
lệch và thể hiện chính xác thông tin gốc gửi đến.
1.4.4 Mục đích
Khả năng an toàn: SSL được sử dụng để thiết lập kết nối an toàn giữa hai nhóm.
Khả năng tương tác giữa các phần tử: Các nhà lập trình độc lập có thể phát triển
các ứng dụng sử dụng SSL 3.0, sau khi trao đổi các tham số mật mã mà không phải
biết mã chương trình của các ứng dụng khác.
Khả năng mở rộng: SSL cung cấp một framework, trong đó các phương pháp
mã hoá và mã hoá khóa công khai kết hợp chặt chẽ với nhau.
1.4.5 Bảo mật của SSL
Mức độ bảo mật của SSL phụ thuộc chính vào độ dài khoá hay phụ thuộc vào
việc sử dụng phiên bản mã hoá 40bit và 128bit. Phương pháp mã hoá 40bit được sử
dụng rộng rãi không hạn chế ngoài nước Mỹ, phiên bản mã hoá 128bit chỉ được sử
dụng trong nước Mỹ và Canada. Theo luật pháp Mỹ, các mật mã “mạnh” được phân
loại vào nhóm “vũ khí” (weapon) và do đó khi sử dụng ngoài Mỹ (coi như là xuất
khẩu vũ khí) phải được phép của chính phủ Mỹ hay phải được cấp giấy phép của Bộ
Quốc phòng Mỹ (DoD).
Đây là lợi điểm cho quá trình thực hiện các dịch vụ thương mại và thanh toán
điện tử trong Mỹ và các nước đồng minh phương Tây, là điểm bất lợi cho việc sử
dụng các sản phẩm cần có cơ chế bảo mật và an toàn trong giao dịch điện tử nói chung
và thương mại điện tử nói riêng trong các nước khác.
Các phương thức tấn công (hay bẻ khoá) nhằm vào các thuật toán bảo mật
thường dựa trên phương pháp “tấn công vét cạn” (Brute-force attack) bằng cách thử-
sai miền không gian các giá trị có thể của khoá. Số phép thử-sai tǎng lên khi độ dài
khoá tǎng và dẫn đến vượt quá khả nǎng và công suất tính toán, kể cả các siêu máy
tính hiện đại. Thí dụ, với độ dài khoá là 40bit, thì số phép thử sẽ là
=1,099,511,627,776 tổ hợp.
19
Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung
Tuy nhiên độ dài khoá lớn kéo theo tốc độ tính toán giảm (luỹ thừa nghịch đảo)
và dẫn đến khó có khả nǎng áp dụng trong thực tiễn. Một khi khoá bị phá, toàn bộ
thông tin giao dịch trên mạng sẽ bị kiểm soát.
Tuy nhiên do độ dài khoá lớn (thí dụ 128, 256 bít), số phép thử-sai trở nên
“không thể thực hiện” vì phải mất hàng nǎm hoặc thậm chí hàng nghìn nǎm với công
suất và nǎng lực tính toán của máy tính mạnh nhất hiện nay.
Ngay từ nǎm 1995, bản mã hoá 40bit đã bị phá bởi sử dụng thuật toán vét cạn.
Ngoài ra, một số thuật toán bảo mật (DES 56bit, RC4, MD4,...) hiện nay cũng bị coi
là không an toàn khi áp dụng một số phương pháp và thuật toán tấn công đặc biệt. Đã
có một số đề nghị thay đổi trong luật pháp Mỹ, nhằm cho phép sử dụng rộng rãi các
phần mềm mã hoá dùng mã 56bit, nhưng hiện nay vẫn chưa được chấp thuận.
1.4.6 Ưu điểm và hạn chế của SSL
Ƣu điểm của SSL
Tính năng mạnh nhất của SSL / TLS là chúng xác định mối quan hệ với các
tầng giao thức khác như thế nào trong hệ thống kiến trúc mạng OSI. Tại mức cao nhất
là phần mềm ứng dụng hoặc các trình duyệt. Chạy phía dưới các ứng dụng này là giao
thức tầng ứng dụng bao gồm Telnet, FTP, HTTP…
Bên dưới nữa là giao thức SSL và các thuật toán mã hoá được sử dụng để kết
nối. Bên dưới SSL là tầng giao vận. Hầu hết các trường hợp đó là TCP/IP. Tuy nhiên,
giao thức SSL là duy nhất, không phụ thuộc vào giao thức mạng. Bởi vì SSL không
phụ thuộc vào các tầng giao thức, cho nên SSL trở thành một nền tảng độc lập hay là
một thực thể mạng độc lập.
Một sức mạnh khác của SSL là ngăn chặn cách thức tấn công từ điển. Cách
thức này sử dụng từ điển để phá khoá trong hệ mã hoá. SSL khắc phục được điều này
bởi cho phép không gian khoá là rất lớn đối với hệ mã hoá được sử dụng. SSL cung
cấp hai mức độ tin cậy: 40 bit và 128 bit tuỳ thuộc khả năng của browser. SSL 128 bit
và SSL 40 bit ý nói độ dài của khoá phiên dùng để mã hoá dữ liệu sau khi đã định
danh và được thiết lập bằng giải thuật khoá công khai (RSA hoặc Diffie-Hellman). Độ
dài của khoá phiên càng lớn thì độ bảo mật càng cao. Hiện nay SSL 128 bit có độ tin
20
Tải về để xem bản đầy đủ
49 trang
29/03/2022
5220
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tìm hiểu Hệ thống cung cấp chứng chỉ số theo mô hình sinh khóa tập trung", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- do_an_tim_hieu_he_thong_cung_cap_chung_chi_so_theo_mo_hinh_s.pdf
