ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Nguyễn Tuấn Hưng



XÁC THỰC TRONG CÁC MẠNG VÔ TUYẾN










LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011

Nghành : Công nghệ thông tin
Chuyên nghành : Truyền dữ liệu và mạng máy tính
Mã số : 60 48 15

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS Trần Hồng Quân
1


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi nghiên cứu. Trong luận văn có sử
dụng các tài liệu tham khảo đều được tôi trính dẫn đầy đủ và chính xác trong phần tài liệu
tham khảo.
Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2011
Tác giả
2


Mục lục
BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT 5
DANH MỤC BẢNG 6
DANH MỤC HÌNH 6
GIỚI THIỆU 9
1. Đặt vấn đề 9

2. Vấn đề nghiên cứu 10
3. Phạm vi nghiên cứu 10
CHƯƠNG 1 : XÁC THỰC TRONG MẠNG VÔ TUYẾN 12
1.1. An ninh và các dịch vụ an ninh 12
1.1.1. Khái niệm về an ninh thông tin 12
1.1.2. Các hình thức tấn công 12
1.1.2.1. Tấn công bị động 13
1.1.2.2. Tấn công chủ động 14
1.1.3 Các dịch vụ an ninh thông tin 17
1.2. Cơ bản về mật mã học 18
1.2.1. Mã hóa đối xứng 19
1.2.1.1. Khái niệm 19
1.2.1.2. Mô hình hoạt động mã hóa khóa đối xứng 19
1.2.2. Mã hóa bất đối xứng 24
1.2.2.1. Khái niệm 24
1.2.2.2. Hệ mã hóa Diffie-Hellman 26
1.2.2.3. Hệ mã hóa công khai RSA 27
1.2.3. So sánh giữa mật mã khóa đối xứng và mật mã khóa công khai 28
1.3 Chữ ký điện tử 28
1.3.1. Khái niệm 28
1.3.2. Mô hình ký số RSA 30
1.3.3. Mô hình ký số DSA 31
1.3.4. Thuật toán băm 33
1.4. Xác thực và các các mô hình xác thực 33
1.4.1. Mô hình xác thực yếu 35
1.4.1.1. Xác thực dựa trên mật khẩu 35
1.4.1.2. Xác thực dựa trên mã định danh cá nhân (PIN-based Authentication) 36
1.4.2. Mô hình xác thực mạnh 36
1.4.2.1. Giao thức xác thực dựa trên hệ mật mã 37
1.4.2.2. Giao thức xác thực dựa trên kỹ thuật zero-knowledge 39

1.4.2.3. Giao thức xác thực dựa trên thiết bị hỗ trợ 41
1.5. Kết luận chương 1 42
3


CHƯƠNG 2: XÁC THỰC TRONG CÁC MẠNG VÔ TUYẾN THẾ HỆ SAU 44
2.1. Xác thực trong mạng GSM 44
2.1.1 Giới thiệu mạng GSM 44
2.1.2. Mô hình an ninh của mạng GSM 46
2.1.3. Dịch vụ xác thực trong mạng GSM 48
2.2. Xác thực trong mạng 3G 50
2.2.1. Giới thiệu mạng thông tin di động 3G 50
2.2.2. Mô hình an ninh trong mạng 3G 53
2.2.3. Dịch vụ xác thực và trao đổi khóa 54
2.3. Xác thực trong mạng cục bộ không dây WLAN 58
2.3.1. Giới thiệu về mạng cục bộ không dây WLAN 58
2.3.2. Mô hình an ninh mạng WLAN 60
2.3.2.1. Các vấn đề an ninh trong mạng WLAN 60
2.3.2.2. Giải pháp an ninh trong mạng WLAN 60
2.3.3. PRE-RSNA 62
2.3.2.1. Xác thực 62
2.3.2.2. Bảo mật và toàn vẹn dữ liệu 64
2.3.4. RSNA 65
2.3.4.1. Xác thực 65
2.3.4.2. Bảo mật và toàn vẹn dữ liệu 68
2.4. Kết luận chương 2 69
CHƯƠNG 3: Hệ MẬT MÃ CÔNG KHAI ECC VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÁC
THỰC CÁC MẠNG VÔ TUYẾN 70
3.1. Hệ mật mã đường cong Elliptic 71
3.1.1 Cơ sở toán học 72

3.1.1.1. Đường cong Elliptic 72
3.1.1.2. Phép cộng hai điểm 73
3.1.1.3. Phép nhân hệ số nguyên 76
3.1.1.4. Đường cong Elliptic trên trường hữu hạn 77
3.1.2. Hệ mật mã công khai ECC 83
3.1.2.1. Các tham số của hệ mật mã hóa ECC 84
3.1.2.2. Các kiểu dữ liệu trong hệ mật mã ECC 86
3.1.2.2. Thuật toán sinh khóa 87
3.1.2.3. Thuật toán trao đổi khóa ECDH 88
3.1.2.4. Thuật toán chữ ký điện tử ECDSA 88
3.1.2.5. Thuật toán xác thực chữ ký điện tử ECC 89
3.1.2.6.Mô hình mã hóa tích hợp đường cong Elliptic - ECIES 90
3.2. Ưu điểm của hệ mật mã đường cong Elliptic 92
3.3. Đề xuất xây dựng hạ tầng khóa công khai cho thiết bị di động dựa trên hệ mật mã ECC 93
3.3.1. Vấn đề an ninh của hệ mật mã công khai 93
3.3.2. Hạ tầng khóa công khai 94
3.3.3 Chứng thư số 95
3.3.4. Xác thực di động dựa trên hạ tầng khóa công khai sử dụng hệ mật mã đường cong Elliptic 97
3.3.4.1. Giao thức cấp pháp chứng thư trên thiết bị di động 98
3.3.4.2. Xác thực di động dựa trên chưng thư số sử dụng hệ mật mã ECC 101
3.3.5. Kết quả 103
3.3.5.1. Thiết kế chương trình 103
3.3.5.2. Các bước thực hiện 103
4


3.3.5.3. Đánh giá hiệu năng của hệ mật mã ECC 109
3.4. Kết luận chương 3 110
TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 111
1. Hướng nghiên cứu tiếp theo 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112
PHỤ LỤC: THAM SỐ HỆ MẬT MÃ ECC 114

5


Bảng ký hiệu viết tắt

Ký hiệu Định nghĩa
3G Mạng thông tin di động thế hệ 3
AP Điểm truy cập
AuC Trung tâm chứng thực
BTS Trạm thu phát sóng
CA Cơ quan chứng thực chữ ký số
DoS Tấn công từ chối dịch vụ
DSA Thuật toán chữ ký số
EAP Giao thức xác thực có thể mở rộng
ECC Mật mã đường cong Elliptic
ETSI Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu
GPRS Công nghệ chuyển mạch gói đư
ợc phát triển từ mạng
GSM
GSM Mạng thông tin di động toàn cầu thế hệ 2
HLR Bộ ghi địa chỉ thường trú
IEEE Viện kỹ sư điện và điện tử
ISO Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
ITU-T Liên minh viễn thông quốc tế
J2ME Công nghệ của Java để phát triển các ứng dụng Java tr
ên
điện thoai di động hay các thiết bị cầm tay nhỏ gọn

MS Trạm di động
PIN Mã định danh cá nhân
PKI Hạ tầng khóa công khai
RADIUS Dịch vụ xác thực người sử dụng truy cập từ xa
RFID Định danh dựa trên tần số vô tuyến
6


RSA Hệ mật mã RSA
SGSN Nút hỗ trợ chuyển mạch dịch vụ
SIM Thành phần định danh thuê bao
STA Trạm di động
UMTS Mạng thông tin thế hệ 3 theo tiêu chuẩn của Châu Âu
USIM Thành phần định danh thuê bao của mạng 3G
VLR Bộ ghi địa chỉ tạm trú
WLAN Mạng nội bộ không dây

Danh mục bảng

Bảng 3.1 : So sánh độ an toàn các hệ mật mã theo chiều dài khóa …………… 67
Bảng 3.2 : Các điểm thuộc đường cong E
23
(1,1)…………………………… …73
Bảng 3.3 : Các giá trị trường F
2
4
……………………………………………… 76
Bảng 3.4 : Các điểm thuộc đường cong E
2
4

(g
4
,1)…………………….……… 76
Bảng 3.5a : So sánh tốc độ ký giữa hệ mật mã ECC và RSA …………………….
Bảng 3.5b : So sánh tốc độ xác thực giữa hệ mật mã ECC và RSA ……………….

Danh mục hình
Hình 1.1 : Nghe lén thông tin…………………….…………………………… 13
Hình 1.2 : Phân tích lưu lượng………………….…………………………….…14
Hình 1.3 : Giả mạo người gửi…………………,……,………………………… 15
Hình 1.4 : Tấn công lặp lại……………………,…….………………………… 16
Hình 1.5 : Tấn công sửa đổi dữ liệu………….……….…………………………16
Hình 1.6 : Tấn công từ chối dịch vụ………….…………………….……………17
Hình 1.7 : Chế độ ECB……………………….…………………………….……20
Hình 1.8 : Chế độ CBC…………………… ……………………………………21
Hình 1.9 : Chế độ CFB…………………….………………………………….…22
7


Hình 1.10 : Chế độ OFB ……………………………………………………….23
Hình 1.11 : CTR ……………………………………………………………… 23
Hình 1.12a : Chức năng mã hóa / giải mã ……………………………………….25
Hình 1.12b : Chức năng ký …………………………………………………… 25
Hình 1.13 : Mô hình ký số RSA ……………………………………………….30
Hình 1.14a : Mô hình ký số và xác thực DSA ………………………………… 32
Hình 1.14b : Mô hình truyền thông, sử dụng chữ ký điện tử DSA …………… 32
Hình 2.1 : Hạ tầng mạng GSM ……………………………………………… 43
Hình 2.2 : Mô hình an ninh mạng GSM …………………………………… 46
Hình 2.3 : Mô hình xác thực trong mạng GSM ………………………………47
Hình 2.4 : Kiến trục mạng 3G UMTS ……………………………………… 49

Hình 2.5 : Mô hình an ninh mạng UMTS …………………………………….51
Hình 2.6 : Giao thức xác thực 2 chiều mạng UMTS ………………………….53
Hình 2.7a : Sinh vector xác thực tại AuC …………………………………… 54
Hình 2.7b : Thuật toán sinh xác thực tại USIM ……………………………… 55
Hình 2.8 : Tham chiếu giữa mô hình IEEE 802.1và mô hình OSI ………… 57
Hình 2.9 : Giải pháp an ninh chuẩn 802.11i ………………………………….60
Hình 2.10a : Phương thức xác thực mở - OSA ………………………………… 61
Hình 2.10b : Phương pháp xác thực khóa chia sẻ - SKA ……………………… 62
Hình 2.11a : Mã hóa gói dữ liệu …………………………………………………63
Hình 2.11b : Giải mã và kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu …………………………63
Hình 2.12 : Dịch vụ xác thực của 802.1x ………………………………………65
Hình 2.13 : EAPoL …………………………………………………………… 66
Hình 3.1a :
2 3
5 3
y x x
  
…………………………………………………….70
Hình 3.1b :
2 3
5 8
y x x
  
……………………………………………….……70
Hình 3.2a : Phép cộng 2 điểm ……………………………………….…………72
8


Hình 3.2b : Phép cộng 2 điểm, với Q ≡ - P ………………………… ……….72
Hình 3.2c : Phép nhân đôi điểm ……………………………………………… 73

Hình 3.3 : Các điểm thuộc đường cong E
23
(1,1) trên đồ thị ………………… 76
Hình 3.4 : Các điểm thuộc đường cong E
2
4
(g
4
,1) trên đồ thị ………………….79
Hình 3.5 : Quan hệ chuyển đổi giữa các kiểu dữ liệu …………………………83
Hình 3.6 : Các thành phần hạ tầng khóa công khai ………………………… 90
Hình 3.7 : Cấu trúc chứng thư X.509 ………………………………………….92
Hình 3.8 : Giao thức cấp đăng ký cấp phát chứng thư …………………………94
Hình 3.9 : Giao thức pháp hành chứng thư …………………………………….95
Hình 3.10a : Giao thức xác thực một bước ……………………………………….97
Hình 3.10b : Giao thức xác thực hai bước ……………………………………… 97
Hình 3.10c : Giao thức xác thực ba bước ……………………………………… 98
Hình 3.11a : Chứng thư của CA………………………………………………….100
Hình 3.11b : Trường khóa công khai của CA ……………………………………100
Hình 3.11c : Thuật toán ký của CA………………………………………………101
Hình 3.11d : Chữ ký của CA trên chứng thư …………………………………….101
Hình 3.11e: Form điền thông tin cấp yêu cầu phát chứng thư ………………….102
Hình 3.11f : Chứng thư được phát hành bởi CA ……………………………… 102
Hình 3.11g : Thuật toán ký số của CA trên chứng thư phát hành……………… 103
Hình 3.11h : Chữ ký của CA trên chứng thư phát hành …………………………103



9



Giới thiệu
1. Đặt vấn đề
Kể từ năm 1895, khi nhà khoa học Guglielmo Marconi đã thành công trong
việc truyền 1 thông điệp điện báo đầu tiên từ khoảng cách 18 dặm mà không cần
dùng một loại dây truyền nào. Ngày nay, các thiết bị vô tuyến đã xâm nhập vào hầu
hết các khía cạnh cuộc sống của con người, ở đâu ta cũng có thể dễ dàng bắt gặp
những thiết bị vô tuyến: Từ những vật dụng đơn giản như đài radio, vô tuyến truyền
hình, những chiếc điện thoại di động, hoặc mạng Wifi gia đình. Các thiết bị vô
tuyến nói chung và thiết bị di động nói riêng đã góp phần rất lớn trong cuộc cách
mạng hiện đại hóa của con người. Thật khó có thể hình dung cuộc sống hiện đại nếu
không có những thiết bị vô tuyến đó.
Bên cạnh những mặt tốt, truyền thông vô tuyến cũng có nhiều mặt hạn chế. Do
tính tiện lợi của truyền thông vô tuyến, do vậy cuộc sống của con người ngày càng
lệ thuộc vào nó. Mặt khác, do bản chất của truyền thông vô tuyến là truyền công
khai bằng các tín hiệu vô tuyến trong không khí, do vậy mạng vô tuyến tiềm ẩn rất
nhiều nguy cơ an ninh. Nếu kênh truyền không được bảo vệ tốt thì người sử dụng
cuối rất có thể sẽ bị tổn thương nếu bị tấn công.
Ví dụ, ngày nay có nhiều người sử dụng điện thoại di đông để liên lạc với
nhau, các thông tin trao đổi cũng rất đa dạng, kể cả nhưng thông tin bí mật, nếu bị
tấn công, những thông tin bí mật đó có thể bị lộ và sẽ gây ra những ảnh hưởng rất
lớn tới người sử dụng. Ta có thể nếu ra một ví dụ khác, trong thời gian gần đây, có
rất nhiều tin nhắn điện thoại giả mạo lừa đảo được gửi tới nhiều người dùng điện
thoại di động, gây ra nhiều bức xúc cho người sử dụng và là vấn đề nhức nhối của
xã hội. Giải sử những thông tin giả mạo liên quan tới những vấn đề giao dịch, hay
kinh doanh thì sẽ gây ra thiệt hại rất lớn cho người sử dụng.
Do sự phổ biến của những chiếc điện thoại di động, do vậy có rất nhiều dịch
vụ giá trị gia tăng được phát triển trên truyền thông di động. Trong đó có nhiều dịch
vụ thương mại điện tử như thanh toán di động (mobile payment), ngân hàng điện tử.
Tuy nhiên, nếu hạ tầng di động không đảm bảo được tính bảo mật thì các dịch vụ

trên rất khó để thuyết phục người sử dụng tham gia.
Hiện nay, hạ tầng an ninh truyền thông đã được xây dựng tương đối hoàn
chỉnh, ví dụ như hạ tầng khóa công khai (PKI – Public key Infrastructure). Tuy
nhiên các thiết kế ban đầu của các hạ tầng đó được phục vụ việc bảo mật và xác
thực chạy trên các máy vi tính. Với như thiết bị di động, hoặc các thiết bị nhúng có
10


năng lực xử lý và khả năng lưu trữ hạn chế thì phương pháp bảo mật cũ không có
hiệu quả. Mặc dù trong vài năm trở lại đây, có sự bùng nổ của các thiết bị di động
thông minh, có năng lực xử lý ngang với máy vi tính, tuy nhiên đó vẫn chỉ là số ít.
Phần còn lại của các thiết bị di động vẫn là các thiết bị có năng lực xử lý kém,
không tương thích với việc triển khai các thuật toán bảo mật.
Để giải quyết các vấn đề này, trong những năm gần đây, có nhiều công trình
đã nghiên cứu các phương pháp để bảo mật trong truyền thông vô tuyến. Trong luận
văn của mình, học viên sẽ nghiên cứu những vấn đề bảo mật trong truyền thông vô
tuyến.
2. Vấn đề nghiên cứu
Để nghiên cứu vấn đề bảo mật trong truyền thông mạng vô tuyến, học viên
nghiên cứu theo các vấn đề sau:
 Vấn đề an ninh và các mô hinh xác thực trong truyền thông mạng.
 Khảo cứu các kỹ thuật an ninh đang được áp dụng trong các mạng truyền
thông vô tuyến phổ biến hiện nay.
 Nghiên cứu phương pháp xác thực hiệu quả được áp dụng trên các thiết
bị vô tuyến nói chung và thiết bị di động nói riêng.
3. Phạm vi nghiên cứu
Khái niệm truyền thông mạng là một khái niệm rộng, do vậy trong phạm vi
của một luân văn thạc sỹ. Học viên chỉ xét các mạng vô tuyến đặc trưng và phổ biến
nhất, đó là mạng di động và mạng không dây WLAN. Trong đó sẽ tập trung chủ yếu
vào mạng di động.

Trong nghiên cứu về an ninh truyền thông, học viên sẽ giới thiệu các khái
niệm chung về an ninh truyền thông, các phương pháp tấn công. Tiếp đó học viên
nêu ra các khái niệm cơ bản về mật mã học, các hệ mật mã được sử dụng phổ biến
hiện nay, và các dịch vụ an ninh được xây dựng trên các hệ mật mã đó. Phần cuối,
học viên sẽ nghiên cứu các mô hình xác thực trong truyền thông dựa trên cơ sở các
dịch vụ an ninh đã và đang được ứng dụng hiện nay đang được ứng dụng phổ biến.
Phần tiếp theo, học viên sẽ khảo cứu các kỹ thuật xác thực trong các mạng
truyền thông phổ biến nhất hiện nay, đó là mạng di động GSM, mạng 3G và mạng
WLAN. Đối với từng mạng, học viên đi vào phân tích và nếu ra những nguy cơ an
ninh trong hoạt động của các mạng đó.
11


Phần cuối cùng, học viên đi vào nghiên cứu hệ mật mã công khai đường cong
Elliptic (ECC - Elliptic Curve Cryptography). Học viên sẽ đi vào khảo cứu và giới
thiệu các thuật toán được ứng dụng trong triển khai các dịch vụ an ninh trên cơ sở
của hệ mật mã ECC. Dựa vào các kết quả nghiên cứu trước đó về hệ mật mã ECC,
học viên sẽ đưa ra những so sánh và đánh giá để chỉ ra sự tương thích của hệ mật
mã ECC khi chạy trên các thiết bị có năng lực xử lý yếu. Cuối cùng, luận văn đề
xuất ứng dụng hạ tầng khóa công khai sử dụng mật mã ECC ứng dụng trên điện
thoại di động. Để minh họa, luận văn đã thiết kế giao thức cấp phát chứng thư an
toàn trên điện thoại di động. Trong tương lại, học viên sẽ có thể tiếp tục nghiên cứu
và hoàn thiện các giải pháp triển khai hạ tầng khóa công khai trên thiết bị di động.
12


Chương 1 : Xác thực trong mạng vô tuyến

1.1. An ninh và các dịch vụ an ninh
1.1.1. Khái niệm về an ninh thông tin

An ninh có thể được hiểu là các biện pháp nhằm bảo vệ an toàn cho các dữ
liệu và các tài nguyên khỏi sự xâm hại, sự giả danh từ các tác nhân trái phép.
An ninh thông tin là một thành phần quan trọng trong bất cứ một dịch vụ, một
sản phẩm, hay hệ thống thông tin nào. An ninh trong hệ thống truyền thông thông
tin lại càng quan trọng, bởi tính chất của truyền thông thông tin là truyền sóng dưới
dạng công khai mà bất cứ ai cũng có thể tiếp cận được, và do sự phổ biến của các
dịch vụ truyền thông thông tin ngày nay.
Nói về an toàn thông tin của 1 hệ thống, giáo sư G. Spafford đã từng nói [22]:
“Một hệ thống chỉ an toàn thực sự khi nó được ngắt hoàn toàn, được đóng trong 1
khối bê tông và được niêm phong trong 1 ngôi nhà bọc chì có lực lượng vũ trang
bảo vệ - Thậm chí khi đó tôi vẫn có sự nghi ngờ ”. Theo định nghĩa của ISO/IEC
2382-8 : “An ninh là sự bảo vệ dữ liệu và tài nguyên bằng các hành động thích hợp
khỏi những hành vi gây hại cố tình hay vô ý”
Một trong những sai lầm phổ biến khi thiết kế hệ thống đó là việc coi yếu tố
an ninh là thành phần có thể được bổ xung sau, chính sai lầm này dẫn tới những lỗ
hổng an ninh phát sinh ở giai đoạn sau sẽ rất khó phát hiện, và sửa chữa. Ví dụ,
trong các giao thức 802.11 của mạng WLAN, thiết kế của lớp trung gian MAC
(Medium Access Control) có thể dẫn tới hệ thống bị tấn công từ chối dịch vụ
(Denial of services - DoS). Các giao thức 802.11 sau này (802.11i) đã được cải tiến
để chống lại các cuộc tấn công dịch vụ, nhưng vẫn chưa loại bỏ được kiểu tấn công
người ở giữa (Man in the middle). Do vậy việc xem xét đánh giá tổng thể các khía
cạnh sử dụng, các tình huống sử dụng trong thực tế để phát hiện ra những nguy cơ
an ninh là một điều rất quan trọng.
1.1.2. Các hình thức tấn công
Để nắm rõ được các cơ chế an ninh, ta cần quan tâm tới các hình thức tấn-
công. Hiện nay, có rất nhiều hình thức tấn công vào hệ thống, nhưng ta có thể phân
thành 2 nhóm [24]: Tấn công bị động và tấn công chủ động. Tấn công bị động là
hành động thu thập thông tin, nghe lén thông tin, phân tích thông tin trên kênh
Comment
[

u
1
]:
Spafford, G.,
/>tml
Comment
[
u
2
]:
William Stalling (2005)
“Cryptography and Network Security”, pp 13-
15
13


truyền mà không phương hại tới tài nguyên hay dữ liệu của hệ thống. Tấn công chủ
động là hình thức tấn công mà kẻ tấn công tác động tới dữ liệu và tài nguyên của hệ
thống, làm ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống.
1.1.2.1. Tấn công bị động
Có 2 hình thức tấn công bị động đó là: Nghe lén và theo dõi lưu lượng. Mục
tiêu của kẻ tấn công là thu thập thông tin trên đường truyền để khôi phục thông điệp
truyền tin và phân tích được lưu lượng truyền trên mạng.


Việc tấn công nghe lén và khôi phục lại dữ liệu truyền là một dễ hiểu, bởi
trong các thông tin truyền như các cuộc gọi, email, tin nhắn, có rất nhiều thông tin
nhạy cảm mà ta không muốn bị lộ. Nếu dữ liệu truyền của ta không được mã hóa,
thì việc lộ thông tin khi bị nghe lén là điều chắc chắn.
Tấn công phân tích lưu lượng là một kiểu tấn công tinh vi, giả sử thông tin

trao đổi của chúng ta đã được mã hóa bằng một hệ mật mã nào đó, do vậy kẻ tấn
công không thể nghe lén được nội dung thông tin trao đổi. Nhưng kẻ tấn công có
thể theo dõi được các mẫu thông điệp được truyền trên đường truyền, từ 1 nguồn tới
1 đích xác định, kết hợp với các thông tin khác, kẻ tấn công có thể đoán được một
phần thông điệp truyền.
Hình 1.1 : Nghe lén thông tin
14





Phương pháp tấn công bị động rất khó phát hiện, bởi không có bất cứ 1 sự
thay đổi hay can thiệp nào trên dữ liệu truyền, do vậy cả người gửi và người nhận
đều không thể nhận biết được thông tin truyền của mình có bị nghe lén, hay bị theo
dõi hay không. Để phòng chống việc bị tấn công thụ động, các thông tin truyền phải
được mã hóa trước khi truyền để tránh bị tấng công nghe lén, đồng thời ta có thể áp
dụng một số cơ chế đặc biệt để có thể chống được tấn công phân tích lưu lượng.
1.1.2.2. Tấn công chủ động
Tấn công chủ động là các hình thức tấn công nhằm sửa đổi thông tin truyền,
hoặc tạo ra các thông tin truyền giả mạo. Tấn công chủ động có thể được chia làm 4
nhóm sau: Tấn công giả mạo, tấn công lặp lại, tấn công sửa đổi thông tin, và tấn
công từ chối dịch vụ.
Tấn công giả mạo : Là hình thức tấn công mà kẻ tấn công sẽ giả mạo mình là
một người khác để thực hiện hành vi tấn công. Ví dụ, trong thủ tục xác thực người
dùng của 1 hệ thống, nếu kẻ tấn công có mật khẩu của người dùng thì kẻ đó có thể
vượt qua hệ thông xác thực như 1 người dùng hợp lệ.
Tấn công lặp lại : Kẻ tấn công sau khi đã thu thập được 1 đơn vị dữ liệu trên
kênh truyền, nếu đơn vị dữ liệu đó được sử dụng trong thủ tục xác thực, kẻ tấn công
có thể gửi lại đơn vị dữ liệu đó để có thể vượt qua thủ tục xác thực.

Hình 1.2 : Phân tích lưu lượng
15


Tấn công sửa đổi dữ liệu : Kẻ tấn công có thể can thiệp vào dữ liệu trên kênh
truyền và sửa đổi dữ liệu đó nhằm phục vụ mục đích của mình.
Tấn công từ chối dịch vụ (Denial of Service - Dos): Là hình thức làm suy
giảm khả năng phục vụ của hệ thống, bằng cách gửi một loạt các yêu cầu phục vụ
giả mạo tới hệ thống với số lượng cực lớn, làm cho hệ thống bị quá tải, dẫn tới
những yêu cầu phục vụ chính đáng không thể được xử lý.
















Hình 1.3 : Giả mạo người gửi
16















Hình 1.4 : Tấn công lặp lại
Hình 1.5 : Tấn công sửa đổi dữ liệu
17




Ta có thể thấy hình thức tấn công chủ động trái ngược với các tấn công bị-
động. Trong khi các hình thức tấn công bị động rất khó phát hiện, nhưng việc áp
dụng các biện pháp phòng chống lại có thể dễ dàng áp dụng, ngược lại các hình
thức tấn công chủ động lại dễ dàng có thể phát hiện, nhưng lại khó phòng chống bởi
hiện nay có rất nhiều các loại hình dịch vụ khác nhau, các loại thiết bị khác nhau
cùng hoạt động, do vậy càng có nhiều lỗ hổng an ninh hơn, trong đó có nhiều lỗ
hổng an ninh đã được phát hiện và nhiều lỗ hổng an ninh tiềm ẩn, chưa được phát
hiện. Đây là mảnh đất màu mỡ cho các hacker có thể hoạt động.
1.1.3 Các dịch vụ an ninh thông tin
Dựa vào các hình thức tấn công, chuẩn kiến trúc an ninh cho mô hình OSI
X.800 [12] đưa ra 5 dịch vụ an ninh thông tin. Đó là các dịch vụ :

Bảo mật: Dịch vụ bảo mật dữ liệu đảm bảo dữ liệu không thể bị đọc bởi những
người không được phép. Theo đó dữ liệu sẽ được mã hóa, chỉ có những người được
phép có khóa hợp lệ mới có thể đọc được nội dung dữ liệu. Mặt khác, khi dữ liệu
truyền được mã hóa địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, thì có tác dụng bảo vệ kênh
truyền khỏi cuộc tấn công phân tích lưu lượng. Dịch vụ bảo mật thông tin được sử
dụng để bảo mật dữ liệu truyền khỏi tấn công thụ động.
Dịch vụ xác thực: Dịch vụ xác thực đảm bảo được danh tính của các thực thể
truyền thông, và dữ liệu truyền thông được công bố là xác thực và không bị sửa đổi
bởi bên thứ 3.
Hình 1.6 : Tấn công từ chối dịch vụ
Comment
[
u
3
]:
ITU-T

Recommendation X.800, “Security
architecture for open system
interconnection (OSI)”, pp 8-10
18


Dịch vụ điều khiển truy cập: Dịch vụ điều khiển truy cấp là khả năng hạn chế
và điều khiển truy cập vào hệ thống và ứng dụng thông qua kênh truyền. Để có thể
truy cập hệ thống, thực thể truy cập trước tiên phải được định danh, và xác thực.
Sau khi thực thể được xác thực thành công, hệ thống sẽ cấp quyền truy cập tới
những thành phần được phép truy cập cho thực thể đó.
Toàn vẹn dữ liệu: Dịch vụ toàn vẹn dữ liệu ngăn chặn những hành động sửa
đổi dữ liệu trái phép. Theo đó, chỉ những thực thể hợp lệ mới được phép sửa đổi dữ

liệu. Các thao tác sửa đổi dữ liệu bao gồm: Thay đổi trạng thái dữ liệu, tạo dữ liệu
giả, xóa dữ liệu, và gửi lại dữ liệu đã gửi trước đó.
Chống chối bỏ: Dịch vụ chống chối bỏ đảm bảo cho thực thể nhận có thể
chứng minh được dữ liệu nhận được chắc chắn là của bên gửi. Tương tự, thực thể
gửi cũng có thể chứng minh được dữ liệu gửi đi chắc chắn là của mình.
1.2. Cơ bản về mật mã học
Các dịch vụ an ninh chỉ có thể được xây dựng trên nền tảng hệ thống mật mã
học. Với mỗi dịch vụ, mỗi mục đích khác nhau, có những phương pháp mã hóa
khác nhau được sử dụng. Trước khi đi chi tiết các phương pháp trong an ninh mạng
vô tuyến, ta cần có những khái niệm cơ bản về mật mã học và các hệ mật mã được
sử dụng phổ biến hiện nay.
Mã hóa (Encryption) là quá trình biến đổi một thông điệp theo 1 phương thức
nào đó nhằm giữ bí mật nội dung của thông điệp đó, theo đó các ký tự dễ hiểu của
bản gốc thông điệp ( bản rõ - plain text) bị thay thế bởi các ký tự có thứ tự hỗn độn
tạo ra một thông điệp có hình thức khó hiểu (bản mã - ciphertext). Quá trình ngược
lại với quá trình mã hóa được gọi là quá trình giải mã (Decrytion). Một hệ mật mã
(cryptography) bao gồm 1 phương pháp mã hóa và 1 phương pháp giải mã với một
hay nhiều khóa xác định để thực hiện thao tác mã hóa và giải mã. Thông thường, để
bảo đảm an toàn cho 1 thông điệp truyền, ta thường kết hợp nhiều phương pháp mã
hóa, ví dụ một lớp mã hóa để đảm báo thông điệp không bị đọc trộm bởi các thực
thể không được phép, và có thể dùng thêm một lớp mã hóa để “tạo chữ ký” cho
thông điệp truyền. Khi thông điệp đã được ký, nó có tác dụng đảm bảo tính toàn vẹn
của thông điệp, xác thực và chống chối bỏ. Ngoài ra, trong các thông điệp truyền,
có thể áp dụng kỹ thuật đóng dấu thời gian để chống tấn công lặp lại.
Các hệ mã hóa có thể được chia ra làm 2 loại chính: Mã hóa đối xứng và mã
hóa bất đối xứng. Ta sẽ cùng xét lần lượt 2 loại mã hóa này.
19


1.2.1. Mã hóa đối xứng

1.2.1.1. Khái niệm
Hệ mật mã đối xứng là hệ mật mã sử dụng thuật toán mã hóa khóa đối xứng,
tức là quá trình mã hóa và quá trình giải mã đều sử dụng chung một khóa. Để sử
dụng hệ mật mã đối xứng, người gửi và người nhận trước đó phải trao đổi một khóa
dùng chung, sau đó mới có thể tiến đến mã hóa và giải mã thông điệp gửi đi và nhận
lại.
Quá trình mã hóa và giải mã có thể được ký hiệu một cách hình thức như sau:
Gọi P (Plaintext) và C (Ciphertext) lần lượt là bản rõ và bản mã của một thông điệp.
K là tập các khóa. E
k
và D
k
lần lượt là 2 thủ tục mã hóa và giải mã với khóa k, ký
hiệu là:


E
k
và D
k
thỏa mãn tính chất sau:




Việc tính toán E
k
(x) và D
k
(y) có thể dễ dàng thực hiện được. Nhưng ngược lại

việc tìm ra x khi chỉ biết bản mã E
k
(x) = C, hoặc tìm ra khóa k là một việc rất khó.
Việc phá mã có thể đưa về 2 bài toán sau:
 Tìm bản rõ x khi chỉ biết E
k
(x)
 Tìm khóa k nếu biết k thuộc tập khóa K và có các bản mã E
k
(x)
Trong hệ mật mã khóa đối xứng, độ lớn của không gian khóa là cực kỳ quan
trọng. Trong thực tế, độ an toàn của hệ mật mã phụ thuộc rất lớn vào độ lớn của
không gian khóa, không gian khóa càng lớn thì địch thủ càng khó để thực hiện tấn
công vét cạn để tìm ra khóa đúng. Nếu không gian khóa có độ lớn là 2
128
khóa, với
siêu máy tính hiện đại nhất hiện nay là Thiên hà 1A của Trung Quốc có số phép tính
trong 1 giây là 2.5x10
15
phép tính. Để tìm ra khóa, siêu máy tính phải thực hiện
trong khoảng 10
15
năm. Đây là một điều không thể.
1.2.1.2. Mô hình hoạt động mã hóa khóa đối xứng
Dựa vào mô hình hoạt động, các hệ mã hóa khóa đối xứng có thể được chia
làm 2 loại: Mã hóa khối (block cipher scheme) và mã hóa theo dòng (stream
E
: P
→
Q


D
k
( E
k
(x) ) = x v
ới
x P
 

E
k
( D
k
(y) ) = y với
y C
 

(1)
(2)
20


cipher). Mã hóa khối hoạt động bằng cách chia nhỏ thông điệp gốc thành nhiều khối
có cùng độ dài xác định b (b > 0), sau đó mã hóa tất cả các khối theo đúng thư tự và
truyền đi. Mã hóa theo dòng là một trường hợp đặc biệt của mã hóa khối trong
trường hợp số khối bằng 1, chiều dài khối đúng bằng chiều dài thông điệp.
Mô hình khối đối xứng có 5 chế độ tương ứng với 5 mô hình mã hóa khối, đó
là các chế độ : ECB (Electronic Codebook), CBC (Cipher Block Chaining), CFB
(Cipher Feedback), Output Feedback (OFB) và Counter (CTR) [26]

a. ECB – Electronic Codebook
Chế độ ECB là chế độ đơn giản nhất trong các mô hình mã hóa khối. Chế độ
ECB sẽ chia bản rõ (plaintext) thành các khối có độ dài bằng nhau và mã hóa các
khối đó độc lập với nhau với cùng 1 khóa k. Do các khối được mã hóa độc lập với
nhau nên địch thủ có thể dễ dàng nhận ra được các khuôn mẫu của bản rõ dựa vào
sự giống nhau các khối trùng nhau (Hình 1.7).




Hình 1.7 : Chế độ ECB
Comment
[
u
4
]:
William Stalling (2005)
“Cryptography and Network Security”, pp
181-189
21



b. CBC – Cipher Bock Chaining
Chế độ CBC chia nhỏ bản rõ (plaintext) thành các khối có độ dài bằng nhau.
Nhưng khác với chế độ EBC, các khối dữ liệu sau sẽ được thực hiện phép XOR với
bản mã của khối dữ liệu trước. Riêng khối dữ liệu đầu tiên sẽ được XOR với 1
vector khởi tạo (Initialize Vector - IV). Chế độ CBC đã khắc phục được nhược điểm
của ECB, do có khối sau được mã hóa dựa trên bản mã của khối trước đó nên địch
thủ không thể nhận biết được các mẫu khối bản rõ giống nhau (Hình 1.8).


c. CFB (Cipher Feedback)
Chế độ CFB có cơ chế hoạt động tương tự với chế độ CBC, nhưng thay vì
khối sau được XOR với bản mã của khối trước, CFB sử dụng thanh thêm 1 thanh
ghi dịch chuyển và 1 hàm băm để băm khối mã trước đó rồi mới XOR với bản rõ
(Hình 1.9).


Hình 1.8 : Chế độ CBC
22






d. OFB (Output Feedback)
Chế độ OFB có cơ chế hoạt động tương tự với chế độ CFB, nhưng thay vì bản
mã của khối trước được băm, OFB sử dụng mã băm của khối trước để băm tiếp ở
khối sau trước khi XOR với bản rõ của khối sau (Hình 1.10).
e. CTR (Counter)
Chế độ CTR sử dụng một biến đếm tăng dần theo số lượng khối, ở mỗi khối
biến đếm của khối đó được mã hóa bởi khóa K, bản mã của phép mã hóa này sẽ
được XOR với bản rõ của khối (Hình 1.11).


Hình 1.9 : CFB
23





Hình 1.10 : OFB
Hình 1.11 : CTR
24


1.2.2. Mã hóa bất đối xứng
1.2.2.1. Khái niệm
Mật mã bất đối xứng - hay còn gọi là mật mã công khai - có 2 loại khóa trong
không gian khóa là (PR, PU), trong đó PR là khóa bí mật, PU là khóa công khai. 2
thủ tục mã hóa E và giải mã D với lần lượt khóa PU và khóa PR được ký hiệu như
sau:


Thỏa mãn :



Hàm mã hóa E
PU
(x) và hàm giải mã D
PR
(y) là các hàm dễ dàng tính được.
Việc phá mật mã công khai được đưa về các bài toán sau:
 Tìm bản rõ x nếu biết bản mã hóa E
PU
(x) và khóa công khai PU
 Tìm khóa công bí mật PR khi biết khóa công khai PU
Không giống như hệ mã hóa khóa đối xứng - sử dụng 1 khóa chia sẻ để mã

hóa và giải mã thông điệp trao đổi - mã hóa khóa công khai sử dụng 1 cặp khóa gọi
là khóa bí mật và khóa công khai: Khóa công khai được sử dụng để mã hóa dữ liệu,
khóa bí mật sử dụng để giải mã. Mã hóa khóa công khai đã giải quyết được những
điểm yếu của mã hóa khóa đối xứng, đó là mã hóa khóa đối xứng trước khi sử dụng
phải có sự trao đổi khóa giữa các thực thể truyền, nếu khóa chung được chia sẻ qua
môi trường công cộng (Như Internet hay điện thoại …) thì rất dễ bị nghe lén, khi bị
lộ khóa thì việc mã hóa không còn tác dụng nữa. Mặt khác mã hóa khóa đối xứng
không có chức năng “ký”, do vậy các thực thể tham gia truyền thông không thể tự
bảo vệ mình nếu đối tác có hành động chống lại ( Hành động chối bỏ dữ liệu đã
truyền, hoặc giả mạo ). Mã hóa khóa công khai sử dụng 2 khóa để hoạt động, mỗi
bên sẽ tự tạo cho mình 2 khóa có liên hệ về mặt toán học, khóa công khai sẽ được
công bố công khai, khóa bí mật sẽ được giữ kín.
Khi bên A cần truyền thông tin bí mật cho bên B, bên A sẽ sử dụng khóa công
khai của bên B để mã hóa. Do chỉ B mới có khóa bí mật trong cặp khóa, nên chỉ duy
nhất B mới có thể giải mã được thông tin bên A gửi, đó gọi là chức năng mã hóa
(Hình 1.12a). Khi bên B muốn xác nhận 1 thông điệp gửi cho bên A là chính xác do
E
: P
→
C

D
PR
( E
PU
(x) ) = x v
ới
x P
 


E
PU
( D
PR
(y) ) = y với
y C
 

(3)

(4)