Fernando M. V. Ramos, RC (LEI), Heavily based on J. Kurose and K. Ross, All Rights Reserved.

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1 Questionário Socrative: início de aula

2 7. Segurança de redes Redes de Computadores

3 Objetivos Estudar os princípios da segurança de redes Criptografia Confidencialidade, autenticidade, integridade A implementação da segurança na prática A segurança nas várias camadas protocolares: aplicação, transporte, rede, ligação Segurança operacional: firewall e IDS (sistema de deteção de intrusões)

4 Bibliografia [Kurose&Ross] Capítulo 8 NOTA Os acetatos que se seguem não substituem a bibliografia aqui referida, e deverão por isso ser vistos apenas como um complemento para o estudo da matéria.

5 Plano do módulo O que é a segurança em redes? Princípios de criptografia Integridade e autenticidade Segurança nas várias camadas da Internet Aplicação: Transporte: SSL Rede: IPsec Ligação: WLANs Segurança operacional: firewalls e IDS

6 Plano do módulo O que é a segurança em redes? Princípios de criptografia Integridade e autenticidade Segurança nas várias camadas da Internet Aplicação: Transporte: SSL Rede: IPsec Ligação: WLANs Segurança operacional: firewalls e IDS

7 Segurança de redes: o que é? Confidencialidade: só o emissor e o destinatário é que conseguem perceber a mensagem O emissor cifra a mensagem O destinatário decifra a mensagem Autenticidade: o emissor e o destinatário querem confirmar a identidade do interlocutor Integridade das mensagens: o emissor e o destinatário querem garantir que qualquer alteração à mensagem é detetada Disponibilidade: os serviços devem estar acessíveis e disponíveis para os utilizadores

8 Plano do módulo O que é a segurança em redes? Princípios de criptografia Integridade e autenticidade Segurança nas várias camadas da Internet Aplicação: Transporte: SSL Rede: IPsec Ligação: WLANs Segurança operacional: firewalls e IDS

9 A linguagem da criptografia m: texto em claro (plaintext) K A (m): mensagem cifrada com a chave K A (ciphertext) m = K B (K A (m)) K A Alice s encryption key Bob s K decryption B key plaintext encryption algorithm ciphertext decryption algorithm plaintext

10 Criptografia de chave simétrica O Bob e a Alice partilham a mesma chave (simétrica): K s Problema principal: como é que o Bob e a Alice chegam a acordo relativamente à chave? K S K S plaintext message, m encryption algorithm ciphertext K S (m) decryption algorithm plaintext m = K S (K S (m))

11 Técnica criptográfica simples Vamos descodificar esta mensagem cifrada? Bonoc no mywzedknyboc ó psho Algoritmo cifra de César cada letra do texto é substituída por outra, que se apresenta no alfabeto abaixo dela um número fixo de vezes (a chave k é esse número) No exemplo, k=10 Portanto, para descodificar basta substituir cada letra pela letra que se encontra acima dela 10 vezes Redes de computadores é fixe

12 Standards de criptografia simétrica A cifra de César é facílima de atacar Só há 26 chaves possíveis... DES: Data Encryption Standard Usa chave simétrica de 56 bits Quão seguro é o DES? Um ataque de força bruta consegue decifrar em menos de um dia 3DES é mais seguro: cifrar 3 vezes com 3 chaves diferentes AES: Advanced Encryption Standard Veio substituir o DES Usa chaves de 128, 192, ou 256 bits Um ataque de força bruta (tentar cada chave) que demore 1 segundo no DES demora triliões de anos no AES

13 Criptografia de chave pública O principal problema da criptografia de chave simétrica é conseguir o acordo entre o emissor e o destinatário relativamente à chave a usar A criptografia de chave pública segue uma abordagem radicalmente diferente O emissor e o destinatário não partilham a mesma chave Há uma chave pública, conhecida por todos Há um chave privada, conhecida apenas pelo destinatário + K B K - B Bob s public key Bob s private key plaintext message, m encryption algorithm ciphertext + K (m) B decryption algorithm plaintext message - + m = K (K (m)) B B

14 Requisitos e propriedades Requisito #1: é necessário um K + B() e um K - B() tais que K - B(K + B(m)) = m Requisito #2: Dada uma chave pública K + B() terá de ser impossível calcular a chave privada K - B() Propriedade importante: K - B(K + B(m)) = m = K + B(K - B(m)) Usar chave pública antes da privada MESMO RESULTADO! Usar chave privada antes da pública

15 Na prática Os algoritmos de chave pública (Diffie-Helman; Rivest-Shamir-Adleman, RSA) são computacionalmente muito intensivos e lentos O DES é pelo menos 100 vezes mais rápido do que o RSA Solução usada normalmente na prática: chave pública chave simétrica Usa-se criptografia de chave pública para estabelecer uma ligação segura e definir uma segunda chave: a chave simétrica da sessão Depois, essa chave simétrica vai ser usada para cifrar os dados da comunicação

16 Plano do módulo O que é a segurança em redes? Princípios de criptografia Integridade e autenticidade Segurança nas várias camadas da Internet Aplicação: Transporte: SSL Rede: IPsec Ligação: WLANs Segurança operacional: firewalls e IDS

17 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade I am Alice

18 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade I am Alice Numa rede o Bob não consegue ver a Alice, portanto a Trudy pode dizer que é a Alice

19 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade Alice s IP address I am Alice

20 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade Alice s IP address I am Alice A Trudy pode muito facilmente fazer spoofing do endereço da Alice

21 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade Alice s IP addr Alice s password I m Alice Alice s IP addr OK

22 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade Alice s IP addr Alice s password I m Alice Alice s IP addr Alice s IP addr OK Alice s password A Trudy guarda um pacote da Alice e mais tarde envia-o para o Bob (ataque de playback ) I m Alice

23 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade Alice s IP addr encrypted password I m Alice Alice s IP addr OK

24 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade Alice s IP addr encrypted password I m Alice Alice s IP addr OK O ataque de playback ainda funciona! Alice s IP addr encrypted password I m Alice

25 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade Solução: usar um número R (nonce), um número que é usado apenas uma vez na vida I am Alice R K A-B (R) A Alice está viva, e só ela é que pode cifrar o nonce, portanto deve ser a Alice!

26 Autenticação Objetivo: o Bob quer que a Alice prove a sua identidade Solução: usar um número R (nonce), um número que é usado apenas uma vez na vida Problema: é preciso ter chave simétrica! Usa-se criptografia de chave pública para trocar chave simétrica R I am Alice - K A (R) send me your public key + K A K A O Bob calcula + - (K (R)) = R A e percebe que só a Alice é que podia ter cifrado o R com aquela chave privada

27 Assinar digitalmente uma mensagem O Bob assina a mensagem m cifrando-a com a sua chave privada K B, criando uma mensagem assinada, K B (m) Bob s message, m Dear Alice Oh, how I have missed you. I think of you all the time! (blah blah blah) Bob Problema: é computacionalmente dispendioso cifrar com chave pública mensagens muito grandes O ideal era ter uma impressão digital, pequena, de tamanho fixo, fácil de computar Solução: aplicar uma função hash H à mensagem m, obtendo uma mensagem ( digest, síntese) de tamanho fixo: H(m) Propriedade essencial: para qualquer m, só há 1 H(m) large message m - K Bob s private B key Public key encryption algorithm H: Hash Function - m,k (m) B Bob s message, m, signed (encrypted) with his private key H(m)

28 Assinatura digital O Bob assina a mensagem A Alice verifica a assinatura large message m H: Hash function Bob s private key - K B H(m) digital signature (encrypt) encrypted msg digest - + K B (H(m)) large message m H: Hash function H(m) Bob s public key + K B equal? encrypted msg digest - K B (H(m)) digital signature (decrypt) H(m)

29 Autoridades de certificação Problema final: podemos confiar na chave pública? Uma autoridade de certificação (AC) dá essa garantia, certificando uma chave pública como pertencendo a uma entidade particular O Bob regista a sua chave pública numa AC, mostrando uma prova da sua identidade A AC cria um certificado que liga o Bob à sua chave pública Esse certificado é assinado pela AC, e diz: Esta é a chave pública do Bob Bob s identifying information Bob s public + key K B digital signature (encrypt) CA private key K - CA + K B certificate for Bob s public key, signed by CA

30 Plano do módulo O que é a segurança em redes? Princípios de criptografia Integridade e autenticidade Segurança nas várias camadas da Internet Aplicação: Transporte: SSL Rede: IPsec Ligação: WLANs Segurança operacional: firewalls e IDS

31 Camada de aplicação: seguro A Alice quer garantir confidencialidade, autenticação e integridade das suas mensagens de Para tal usa 3 chaves A sua chave privada para se autenticar, a chave simétrica para garantir confidencialidade na comunicação que se vai seguir, e a chave pública do Bob para trocar a chave simétrica de forma segura m m - K A. H( ) KA ( ) -. - K A (H(m)) + K S. K S ( ) +. K B ( ) K+ B K S + + K B (K S ) Internet

32 Camada de transporte: SSL/TLS Também garante confidencialidade, autenticidade e integridade Mas para todas as aplicações que usam SSL/TLS (Secure Socket Layer/Transport Layer Security) O SSL oferece uma API (com o tradicional socket) para as aplicações Muitas bibliotecas C/Java/etc. disponíveis Application Application SSL TCP TCP IP IP Aplicação normal Aplicação segura com SSL As garantias de segurança são dadas de forma semelhante ao seguro

33 Segurança na camada de rede Entre duas entidades de rede (routers, terminais), o emissor cifra toda a carga que transporta (payload) segmentos TCP ou UDP, mensagem ICMP, OSPF, etc. no fundo, todos os dados enviados por uma entidade ficam seguros Páginas web, , P2P, pacotes TCP SYN, etc. Cobertura total ( blanket coverage ) Usado nas VPN (Virtual Private Network) As instituições normalmente querem redes privadas, por razões de segurança Mas ter uma infraestrutura privada (routers, ligações, DNS) é muito caro Com uma VPN o tráfego é enviado pela Internet mas é cifrado antes de entrar na rede

34 VPN public Internet laptop w/ IPsec salesperson in hotel router w/ IPv4 and IPsec router w/ IPv4 and IPsec headquarters branch office

35 Camada de ligação: WiFi WEP: Wired Equivalente Privacy Critpografia de chave simétrica oferecendo confidencialidade, autenticidade e integridade Integrity Check Value (ICV) usado para garantir integridade Chave partilhada de 104 bits Emissor cria um initialization vector (IV) de 24 bits, e a chave total é assim de 128 bits encrypted IV Key ID data ICV MAC payload Muito eficiente, com implementações em hardware e software; mas muito fácil de atacar O IV só tem 24 bits, portanto há uma grande probabilidade de ser reutilizado, e essa reutilização é fácil de detetar, pois segue em claro i: soluções mais seguras que vieram substituir o WEP

36 Plano do módulo O que é a segurança em redes? Princípios de criptografia Integridade e autenticidade Segurança nas várias camadas da Internet Aplicação: Transporte: SSL Rede: IPsec Ligação: WLANs Segurança operacional: firewalls e IDS

37 Firewall Isola a rede de uma organização da Internet, deixando que passem alguns pacotes, mas bloqueando outros Previne ataques de DoS (por exemplo SYN flooding), acessos ilegais a dados internos, permitindo apenas acessos autorizados Três tipos Filtros de pacotes stateless : filtragem feita pacote-apacote, com decisão de encaminhar ou deixar cair pacote baseada apenas nos endereços IP, portos TCP/UDP, etc. Filtros de pacotes stateful : além dos cabeçalhos, mantém também informação sobre o estado de cada ligação TCP, filtrando pacotes que não fazem sentido (por exemplo, pacotes enviados de uma ligação que não foi aberta ainda) Gateways de aplicação: filtra pacotes baseando-se não só nos campos IP/TCP/UDP mas também nos dados da aplicação Rede privada gente boa firewall Internet gente má

38 Sistemas de deteção de intrusões Firewalls e filtros de pacotes operam ao nível dos cabeçalhos dos pacotes não fazem qualquer correlação entre sessões Sistema de deteção de intrusões (IDS: intrusion detection system) Faz deep packet inspection : olha para os conteúdos do pacote e.g., verifica se há strings de caracteres perigosas, comparando com uma base de dados de vírus conhecidos Examina correlações entre pacotes

39 Questionário Socrative: fim de aula

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