Criptografia e Segurança das Comunicações. TLS Transport Layer Security

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1 Criptografia e Segurança das Comunicações TLS Transport Layer Security TLS : 1/21 Introdução (1) SSL- Secure Socket Layer, desenvolvido em 1995 pela Netscape para garantir segurança na transmissão de documentos na Internet. O SSL apenas protege pacotes TCP (não trabalha com o UDP). Versões: SSL: 1.0 (inseguro), 2.0, 3.0, 3.1 IETF definiu TLS- Transport Layer Security no RFC 2246, próximo (mas não igual) ao SSL 3.1 Tem por objectivos fornecer serviços de cifra de mensagens, autenticação de servidores (não obrigatório nos clientes, WWW efectua autenticação do cliente no login da sessão), integridade nas mensagens. TLS : 2/21

2 Introdução (2) O protocolo SSL/TLS encontra-se implementado em diversos locais open source no endereço J2SE versão 1.4, no pacote javax.net.ssl O SSL/TLS é implementado em vários navegadores WWW Netscape/Mozilla Firefox IExplorer O SSH/SFTP é distinto do SSL, embora utilize muitas das funcionalidades do openssl. O SSL é mais lento que sessão TCP, entre 2 e 10 vezes. TLS : 3/21 Introdução (3) O protocolo, tal como o IPsec, é um envelope do nível de transporte e é constituído por dois subníveis: Negociação ( handshake ) estabelece uma chave secreta, partilhada entre o cliente e o servidor, usando criptografia assimétrica. Registo ( record ) definição do formato dos dados. HTTP Negociação Alteração cifra Alerta Registo SSL TCP IP Aplicação Transporte Rede TLS : 4/21

3 Introdução (4) [Definição] Uma sessão SSL é uma associação entre um cliente e um servidor. Criada pelo protocolo de confirmação. Cada sessão tem o seu conjunto de parâmetros de segurança: Identificador de sessão: sequência arbitrária de Bytes, determinada pelo servidor. Certificado X.509 do par. Algoritmo de compressão de dados (opcional), Algoritmos seleccionados de cifra e de dispersão. Chave mestra secreta, de 48-bits, partilhada entre cliente e servidor. [Definição] Uma ligação SSL é uma relação transitória ponto-a-ponto. Uma sessão SSL pode ter associada várias ligações SSL, que podem partilhar entre si o mesmo conjunto de parâmetros de segurança. TLS : 5/21 Protocolo negociação (1) Parte mais complexa do SSL, envolve 10 mensagens. Tem por objectivos a autenticação e a negociação, entre o cliente e o servidor, dos parâmetros de segurança. O protocolo é dividido em 4 fases: A. Estabelecimento das características de segurança. B. Autenticação e troca de chaves do servidor para o cliente. C. Opcionalmente, autenticação do cliente. D. Finalização. A chave principal secreta, partilhada pelo cliente e pelo servidor é criada nas fases A (inicial) e B. TLS : 6/21

4 Protocolo negociação (2) Gera Client.random A. Estabelecimento das características de segurança A.1: client_hello 1. Tipo mensagem: 1 2. Protocol_version (dois campos de 8 bits) 3. Client.random: 1. Time (32 bits) 2. Random_bytes (28 bits): número aleatório, {client_hello}k PS para evitar ataques por repetição 4. Session_id (16 bits): 0-nova sessão, outro sessão antiga 5. CipherSuite: lista dos código dos algoritmos de cifra e valor para cálculo da chave inicial. 6. CompressionMethod: lista dos códigos dos algoritmos de compressão TLS : 7/21 Protocolo negociação (3) Cipher_Suite: códigos que identificam Método de troca de chaves pre-master secret NULL RSA DH fixo DH efémero DH anónimo Fortezza Cifra de sessão Simétrica Fluxo de chaves (RC4 de 40 e 128 bits) Bloco CBC (RC2 de 40 bits, DES 40 e 56 bits, AES de 128 bits, 3DES, IDEA, Fortezza) Assimétrica; RSA, Diffie-Hellman Função de dispersão: SHA ou MD5 TLS : 8/21

5 Protocolo negociação (4) client_hello {server_hello}k SS Gera Server.random A.2: server_hello 1. Tipo mensagem: 2 2. Protocol_version (dois campos de 8 bits). 3. Server.random: distinto do client.random 1. Time (32 bits) 2. Random_bytes (28 bits): 4. Session_id. 5. CipherSuite: código do algoritmo seleccionado (da lista do client.ciphersuite) e valor para cálculo da chave inicial. 6. CompressionMethod: código do algoritmo seleccionado de compressão. TLS : 9/21 Protocolo negociação (5) O server_hello identifica os parâmetros aceites pelo servidor. O servidor pode abortar a conexão, se considerar que os parâmetros não são seguros (mensagem segue protocolo SSL de alerta). Os nounce do cliente e do servidor evitam ataques de repetição. As mensagens cliente.hello e server.hello são cifradas, respectivamente, com a chave pública e chave secreta do servidor. TLS : 10/21

6 Protocolo negociação (6) As chaves de sessão são determinadas por etapas: 1. e enviam chave inicial (pre_master secret). NULL: não há troca de chaves, porque o servidor e o cliente já conhecem a chave pré-mestre. RSA: servidor possui certificado de chaves públicas {Chave pré-meste} K PS DH fixo: {g c mod N}K PS {g s mod N}K SS Chave pré-mestre = g cs mod N TLS : 11/21 Protocolo negociação (7) DH efémero cliente e servidor possuem certificados de chaves públicas {g c } K Pservidor {g s } K Pcliente Chave pré-meste = g cs mod N DH anónimo: autenticação de chaves inexistente, a evitar! Fortezza TLS : 12/21

7 Protocolo negociação (8) 2. e servidor calculam chave secreta (master secret), a partir da pre-master secret, client.random e server.random A PM CR SR BB PM CR SR CCC PM CR SR PM SHA PM SHA PM SHA MD5 MD5 (16 bits) (16 bits) (16 bits) MD5 Master Secret master_secret = MD5(pre_master_secret + SHA( A + pre_master_secret + ClientHello.random+ServerHello.random))+ SHA( BB + pre_master_secret + ClientHello.random+ServerHello.random))+ SHA( CCC + pre_master_secret + ClientHello.random+ServerHello.random)) TLS : 13/21 Protocolo negociação (9) 2. Bloco de chaves usando a mesma fórmula, com as seguintes alterações Nas caixas a amarelo, a Pre-master Secret é substituída pela Master Secret. Resultado de MD5 forma um bloco de chaves (em vez da Master Secret). 3. Do bloco de chaves são recolhidas: Chaves simétricas de autenticação para o cliente e para o servidor. Chaves simétricas de cifra para o cliente e para o servidor. Valores de inicialização para o cliente e para o servidor. O sistema de geração de 4 chaves é complexo, mas apenas é transmitida a pre-master key, e as funções de dispersão são rápidas! TLS : 14/21

8 Protocolo negociação (10) B. Autenticação e troca de chaves do servidor para o cliente Etapa constituída por diversas partes: A.Certificado do servidor (não enviado em caso de DH anónimo): Tipo mensagem: 11 B.Server_key_exchange (não enviado em caso de DH fixo e RSA): Tipo mensagem: 12 C.Pedido de certificado do cliente 1 (não enviado em caso de DH anónimo). Tipo mensagem: 13 D.Mensagemserver_hello_done (obrigatória). Tipo mensagem: 14 certificate 1 invulgar, devido ao custo server_key_exchange certificate_request server_hello_done TLS : 15/21 Protocolo negociação (11) C. Autenticação e troca de chaves do cliente para o servidor Etapa constituída por diversas partes: A.Certificado do cliente (se requerido pelo servidor) B.Client_key_exchange: depende do método acordado de troca de chaves RSA-pré chave cifrada com chave indicada pelo servidor DH fixo-nulo, porque pré chave já vem no certificado do cliente Concluida fase 1.C, cliente e servidor calculam chaves de sessão. certificate client_key_exchange TLS : 16/21

9 Protocolo negociação (12) D. Finalização Etapa constituída por diversas partes: A.Certificate_verify Tipo mensagem: 16 B.Mensagemfinished Tipo mensagem: 20 C.Certificate_verify D.Mensagemfinished Certificate_verify finished Certificate_verify finished As duascertificate_verify são o valor de dispersão da chave principal secreta, por forma ambos confirmarem que possuem as mesmas chaves. TLS : 17/21 Protocolo alerta (1) 1º Byte: indicação de aviso, ou de falha. 2º Byte: 23 códigos de alerta, entre as quais 10: unexpected_message [fatal] 40: handshake_failure [fatal] 42: bad_certificate 44: certificate_revoked 45: certificate_expired 47: ilegal_parameter [fatal] 80: internal error Nota: SSL e TLS variam nalguns aspectos: Algoritmo de determinação do master-secret Algoritmos no Cipher_suite Códigos de alerta TLS : 18/21

10 Protocolo registo Recebe dados da aplicação, executando 3 tarefas: fragmentação, compressão (eventualmente) e cifra/autenticação. Dados da aplicação Texto plano SSL Texto comprimido SSL Texto cifrado SSL fragmentação Tipo Versão Comprimento compressão Tipo Versão Comprimento Cifra/autenticação Tipo Versão Comprimento Nota: HTTPS := HTTP + SSL no porto 443 (cifrado) MAC padding TLS : 19/21 Ataques (1) Versão 1.1 do SSL apenas usava RC-40 quebrado em 1995 em ataque por força bruta em 8 dias com 120 estações de trabalho no INRIA/fr (consultar Geração da chave mestra e desafio feita por um PRNG-gerador determinista de números aleatórios, cuja semente é determinada pelo PID (enviado no ID da mensagem), PPID (1 se for do processo init) e tempo (segundos indicados na mensagem). Basta varrer os microsegundos e comparar resultado da aplicação do MD5 (consultar TLS : 20/21

11 Ataques (2) Versão 2 do SSL sujeita a ataque ciphersuit rollback : o intruso modifica as listas nas mensagemshello, por forma a que o cliente e servidor pensem que o outro nó apenas consegue trabalhar a baixo nível de segurança (por exemplo, para DES-40). A versão 3 impõe autenticação no protocolo de confirmação ( handshake ). A versão 3 é considerada segura. TLS : 21/21

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