patrizio angelini alessio brozzi giulia massimi roberto turchetti sicurezza in rete ssl elementi di...
TRANSCRIPT
Patrizio ANGELINI
Alessio BROZZI
Giulia MASSIMI
Roberto TURCHETTI
Sicurezza in reteSSL
Elementi di Crittografia AA 2004/2005
2
Sommario
Introduzione Modelli e meccanismi di sicurezza SSL (Secure Socket Layer)
– Generalità– Architettura– Protocolli
Handshake Alert Change Cipher Spec Record
Conclusioni
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Alessio Brozzi
Introduzione Modelli e meccanismi di
sicurezza SSL – Generalità,
obiettivi e funzionalità– Certificati e PKI– Commercio elettronico
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Intro GM&M SSL EndA P
IntroduzioneSicurezza in rete
• Sicurezza a livello applicativo– concepita ad hoc per le applicazioni– richiede l’utilizzo di più meccanismi
• Sicurezza a livello trasporto– fornisce interfacce comuni a tutti i servizi applicativi– richiede piccole modifiche alle applicazioni
• Sicurezza a livello rete– funziona con applicazioni che non si curano affatto della sicurezza– consente di attraversare in modo sicuro domini non sicuri– può richiedere modifiche a livello Sistema Operativo
Intro
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Modelli di sicurezzaCi sono due modi per fornire un trasporto sicuro (cioè non intercettabile da orecchie maliziose durante la trasmissione):
• usare un'infrastruttura di trasporto sicura− il protocollo non cambia, ma ogni pacchetto trasmesso nello
scambio di informazioni viene gestito in maniera sicura dal protocollo di trasporto
• usare un protocollo sicuro a livello applicazione− si usa un protocollo anche diverso, che si occupa di gestire la
trasmissione delle informazioni
M&M
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Meccanismi di sicurezza• Livello applicazione
– PGP– S/MIME– Kerberos– HTTPS/SHTTP– SET
• Livello trasporto– SSL (Secure Socket Layer)
• Livello rete– IPSec
IP/IPSECIP/IPSEC
TCPTCP
HTTPHTTP FTPFTP SMTPSMTP
IPIP
TCPTCP
SSLSSL
HTTPHTTP FTPFTP SMTPSMTP
IPIP
TCPTCPUDP
KerberosKerberos SMTPSMTP HTTPHTTP
S/MIMES/MIME
PGPPGP
SETSET
HTTPSHTTPS
M&M
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• PGP (Pretty Good Privacy)
– uno dei software dedicati alla sicurezza dei documenti e dei messaggi di posta elettronica, sviluppato da Zimmermann nel 1991
– PGPkey: è il portachiavi che mantiene la coppia di chiavi privata e pubblica e tutte le chiavi pubbliche dei vari contatti
– PGPmail: è la barra degli strumenti di PGP per criptare, decriptare, firmare, verificare e cancellare in modo sicuro
– PGPdisk: realizza un disco virtuale nel quale tenere tutti i documenti privati senza bisogno di criptarli singolarmente. Questo disco, finché non è montato, non è accessibile all’utente
– standard de facto per la cifratura di email
Meccanismi di sicurezzalivello applicazione (1)
M&M
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• S/MIME (Secure/Multipurpose Internet Mail Extension) – estensione di MIME* che implementa funzionalità di sicurezza
introducendo nuovi tipi di contenuto per i messaggi di posta elettronica da utilizzarsi per inserire firme, certificati e blocchi di dati cifrati
– l’autenticazione si basa sui certificati X.509
• Kerberos– protocollo di autenticazione dei servizi di rete creato dal MIT– utilizza la crittografia a chiave segreta, evitando così la necessità di
inviare password attraverso la rete– consente di proteggere la rete dagli attacchi più comuni ma può risultare
complesso da implementare– il server mantiene tutte le chiavi segrete e dopo aver autenticato l’utente
distribuisce le session key– se il server è compromesso si perde l’integrità dell’intero sistema
Meccanismi di sicurezzalivello applicazione (2)
* MIME è il formato standard dei comuni messaggi di posta elettronica
M&M
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• HTTPS (RFC 2818)– introdotto da Netscape, trasmette i dati in HTTP semplice su un protocollo di
trasporto che si occupa di crittografare tutti i pacchetti (SSL) – la porta di ascolto del server e lo schema di URI (Uniform Resource
Identifier) utilizzati sono diversi da quelli del consueto HTTP
• S-HTTP (RFC 2660)– poco diffuso, incapsula richieste e risposte HTTP in un messaggio
crittografato secondo o un formato MIME apposito (MIME Object Security Services, MOSS), oppure un formato CMS (Cryptographic Message Syntax)
– più efficiente ma più complesso
• SET (Secure Electronic Transaction)– protocollo e infrastruttura per pagamenti con carte di credito– sviluppato in origine da Visa International e MasterCard International– limitato a messaggi inerenti transazioni commerciali– coinvolge (e certifica) acquirente, venditore e banca del venditore
Meccanismi di sicurezzalivello applicazione (3)
M&M
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Meccanismi di sicurezzalivello trasporto
• SSL (Secure Socket Layer)– privatezza della comunicazione
cifratura a chiave simmetrica
– autenticazione Serverutilizzo di certificati digitali per scambio
di chiavi
– autenticazione Client– integrità dei dati
M&M
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Meccanismi di sicurezzalivello rete
• IPsec (IP security)– metodo robusto e facilmente espandibile a garanzia
della sicurezza del protocollo IP e dei protocolli di livello superiore
– protegge i pacchetti tra due host, tra due security gateway (router o firewall) oppure tra un sistema host ed un security gateway
– può essere implementato più semplicemente in HW rispetto ad SSL, il quale necessita di TCP
– non richiede alcuna modifica alle applicazioni o ai livelli superiori
– necessario modificare i sistemi operativi
M&M
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SSL - Un bit di storia..
• Sviluppato ed introdotto da Netscape Communications Corporation– 1994 versione 1: diversi problemi, mai utilizzata– 1994 versione 2: implementata in Navigator 1– 1996 versione 3: implementata in Navigator 3– 1999 TLS (Transport Layer Security) RFC 2246
versione di SSLv3 standardizzata dall’IETF
SSL Gen
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SSL – Obiettivi (1)
• Sicurezza del collegamento: stabilire un collegamento sicuro tra due sistemi– l’intento è quello di fornire un canale di comunicazione sicuro
autenticato con chiavi effimere, basandosi su credenziali crittografiche asimmetriche di lunga durata: certificati X.509
• Interoperabilità: programmatori di diverse organizzazioni dovrebbero essere in grado di sviluppare applicazioni utilizzando SSL, accordandosi sui parametri utilizzati dagli algoritmi di crittografia senza necessità di conoscere il codice l'uno dell'altro
SSL Gen
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SSL – Obiettivi (2)• Ampliamento: fornire una struttura dentro la quale i
futuri metodi di crittografia a chiave pubblica e chiave simmetrica possano essere incorporati senza dover per questo creare un nuovo protocollo
• Efficienza: ridurre il numero di collegamenti che hanno bisogno di essere stabiliti ex-novo, soprattutto per non sovraccaricare la rete
SSL Gen
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SSL - Funzionalità• Privatezza del collegamento: i dati vengono protetti
utilizzando algoritmi di crittografia a chiave simmetrica (ad es. DES, RC4, ecc.)
• Autenticazione: usando la crittografia a chiave pubblica i client sono sicuri di comunicare con il server corretto, prevenendo eventuali interposizioni.
È prevista la certificazione sia del server che del client
• Affidabilità: il livello di trasporto include un controllo sull'integrità del messaggio basato su un apposito MAC (Message Authentication Code) che utilizza funzioni hash sicure come SHA, MD5
SSL Gen
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Una ( - certificati digitali e PKIUn certificato digitale:
• attesta la relazione tra un soggetto (individuo o altra entità) identificato tramite un insieme appropriato di dati (nome,cognome, etc..) e una chiave pubblica
• è un oggetto pubblico, accessibile da chiunque • è emesso da un’autorità di certificazione (CA)
che lo firma con la propria chiave privata• è conforme allo standard X.509
L’infrastruttura di gestione dei certificati prende il nome di Public Key Infrastructure (PKI)
SSL Gen
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Certificati X.509
• Un certificato X.509 contiene varie informazioni, tra cui:– numero seriale– nome della CA che lo ha emesso– periodo di validità– nome del soggetto– chiave pubblica del soggetto– firma della CA
SSL Gen
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Certificati X.509: utilizzo• I certificati consentono ai Web server ed ai client
l’autenticazione, per mezzo delle chiavi pubbliche, prima di stabilire una connessione
• Con un certificato si ha la garanzia che una data chiave pubblica appartenga ad un dato utente– tale garanzia è fornita dall’autorità di certificazione
• Per controllare l’autenticità del certificato dell’utente è necessario avere la chiave pubblica (quindi il certificato) della CA– i certificati della CA sono autofirmati (tanta fiducia… )– è necessario ottenerli con un meccanismo ad hoc (ad esempio
preinstallati nel sistema operativo o nell’applicazione)
SSL Gen
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Certificati X.509:Gestione Browser
SSL Gen
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Struttura della PKI (1)
• Certification Authority:
– l’Autorità che emette i certificati e le liste di sospensione e revoca
– dispone di un certificato con il quale sono firmati tutti i certificati emessi agli utenti
– è possibile costruire gerarchie di CAuna CA “root” genera e firma il certificato delle sotto-CA il processo può essere ripetuto per un numero infinito di livelli
– deve essere installata su di una macchina sicura
SSL Gen
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Intro GM&M SSL EndA P
• Registration Authority:– gli utenti vi si rivolgono per richiedere la certificazione
delle chiavi– richiede l’identificazione dell’utente tramite chiave
pubblica e indirizzo e-mail
• Certificate Server:– servizio di directory accessibile mediante un
“operational protocol”, tipicamente LDAP– lista di pubblicazione dei certificati e delle liste di
certificati revocati e sospesi
Struttura della PKI (2)
SSL Gen
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Intro GM&M SSL EndA P
Applicazioni pratiche
• Commercio elettronico– ordinazioni: le form con cui si ordina un prodotto
vengono inviate usando SSL– pagamenti: quando viene inserito un numero di carta di credito,
l’invio dei dati avviene usando SSL
• Accesso ad informazioni sicure– consultazione di informazioni accessibili solo
da utenti “qualificati”– invio di password o altri dati riservati
SSL Gen
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Commercio elettronico – esempio (1)
Def: Siano dati• a ∈ A : A = { acquirenti con accesso a Internet }• b ∈ V : V = { venditori con catalogo elettronico su
Internet }.
Si definisce esempio di commercio elettronico tra a e b la sequenza di azioni:
1) a consulta il catalogo di b, sceglie la merce da acquistare e attiva la transazione
2) b fornisce ad a la propria chiave pubblica
SSL Gen
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3) Il PC di a “automagicamente”:– prepara l’ordine elettronico m– genera una chiave k con cui codifica m m*– codifica k con la chiave pubblica di b k*– invia m* e k* a b
4) Il PC di b “automagicamente” :– decodifica k* con la chiave privata di b– con k decodifica m* e ottiene l’ordine
5) La merce viene spedita da b
Oss: come effettuare il pagamento?
Commercio elettronico – esempio (2)
SSL Gen
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Def: Siano dati
• a ∈ A : A = { acquirenti con accesso a Internet }• b ∈ V : V = { venditori con catalogo elettronico
su Internet }• cc ∈ C : C = { società di carte di credito }.
Si definisce esempio di pagamento con carta di credito tra a e b tramite cc la sequenza di azioni:
• a consulta il catalogo di b, sceglie la merce da acquistare, fornisce i dati della propria carta di credito e attiva la transazione
SSL Gen
Commercio elettronico – esempio (3)
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2) Il PC di a compie “automagicamente” due operazioni:– prepara l’ordine elettronico senza i dati della carta di credito e lo
invia a b– prepara la nota di debito con i dati della carta di credito e con
riferimento a b; codifica questa nota con un sistema di doppia codifica e la invia a cc
3) cc decodifica la nota di debito, effettua i controlli rituali, contabilizza l’addebito su a e l’accredito su b, comunica a b il buon esito contabile dell’operazione
4) b riceve il messaggio da cc ed evade l’ordine
TEO: il sistema è sicuro ma informaticamente complesso!
La dimostrazione è lasciata per esercizio al lettore…(sugg.: 2 collegamenti indipendenti…)
I Teorema del pagamento...(schema teorico)
SSL Gen
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II Teorema del pagamento...(1)(schema reale)
TEO: assunte vere le ipotesi del I Teorema del pagamento esiste sempre un’alternativa semplice per risolvere il problema utilizzando SSL (Secure Socket Layer)
• il messaggio m contiene sia i codici della merce sia le coordinate della carta di credito
• m viene cifrato da a con un sistema a doppia codifica• m viene inviato a b• l’inoltro delle coordinate della carta di credito
a cc è a cura del venditore b
SSL Gen
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II Teorema del pagamento...(2)(schema reale)
Vantaggi
• la chiave k viene generata presso il mittente a, cambia ad ogni transazione e non esce dal PC di a
• b è sicuro di ricevere tramite cc il corrispettivo della merce spedita
Svantaggi
• b viene a conoscere le coordinate della carta di credito di a: la sicurezza del sistema pertanto è anche in funzione dell’etica di b, non valutabile a priori
SSL Gen
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II Teorema del pagamento...(3)(una variante)
SSL Gen
• il messaggio m contiene sia i codici della merce sia le coordinate della carta di credito
• m viene cifrato da a con un sistema a doppia codifica• m stavolta viene inviato a cc• l’inoltro dell’ordine al venditore b è a cura di cc
Tale schema presenta gli stessi vantaggi del precedente senza la necessità di basarsi sull’etica di b
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Roberto Turchetti
Browser & SSL– Esempio
Architettura SSL Protocollo Handshake
– Fasi del protocollo– Esempio
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Browser & SSL
SSL Gen
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Modalità standard per accedere ai siti web con connessioni non sicure
Il simbolo del lucchetto aperto significa che non
c’è sicurezza né criptazione
Esempio (1)
SSL Gen
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Intro GM&M SSL EndA P
Messaggio che dimostra l’assenza
di certificato
Esempio (2)
SSL Gen
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Si sta procedendo con pagamento mediante
carta di credito quindi la sessione diventa protetta
Esempio (3)
SSL Gen
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Il certificato è stato rilasciato a www.itn.net
Esempio (4)
SSL Gen
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Quindi i dati della carta di credito NON andranno a United
ma a Travelocity.com !!
Esempio (5)
SSL Gen
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SSL a grandi linee
• SSL prevede una fase iniziale, detta di handshake, in cui viene usata una connessione TCP/IP non sicura
• Il risultato di tale fase, in cui avviene la contrattazione da parte di client e server del livello e degli algoritmi di sicurezza da usare, è l'avvio di una nuova sessione
• SSL procede con la cifratura (e/o con la messa in chiaro) della sequenza di byte del protocollo applicazione usato (dati, url, username e password…)
SSL Gen
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Sessione SSL
• La sessione SSL è un’associazione logica tra client e server– definisce un insieme di parametri crittografici che possono
essere condivisi da varie connessioni
• La sessione evita la costosa rinegoziazione dei parametri di sicurezza per ciascuna connessione
SSL Gen
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SSL - Architettura generale
SSL Arch
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Architettura generalecomponenti di SSL (1)
• Protocollo SSL Handshake– permette al server ed al client di autenticarsi a
vicenda e di negoziare un algoritmo di crittografia e le relative chiavi prima che il livello di applicazione trasmetta o riceva il suo primo byte
• Protocollo Change Cipher Spec– rende operativo l’insieme di protocolli di cifratura
appena negoziati
SSL Arch
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• Protocollo Alert– notifica situazioni anomale o segnala
eventuali problemi • Protocollo SSL Record
– è interfacciato su di un protocollo di trasporto affidabile come il TCP
– è usato per l'incapsulamento dei dati provenienti dai protocolli superiori. Si occupa della compressione, del MAC e della cifratura
Architettura generalecomponenti di SSL (2)
SSL Arch
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Protocollo Handshake (1)
È responsabile della negoziazione di una sessione, che è costituita dai seguenti parametri:
– session identifer: identificatore della sessione scelto dal server– peer certificate: certificato X.509 dell'interlocutore (opzionale)– compression method: algoritmo di compressione– cipher spec: algoritmi di cifratura, autenticazione e relativi
parametri crittografici– master secret– is resumable: flag che indica se la sessione può essere utilizzata
per iniziare nuove connessioni
SSL HS
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• autenticazione server– il client cifra dei dati segreti con la chiave pubblica del server
• autenticazione client– il client cifra alcuni dati tramite la sua chiave privata, creando in
pratica una firma
Protocollo Handshake (2)
L'handshake consente a client e server di autenticarsi a vicenda usando un meccanismo a chiave pubblica:
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
La richiesta di una nuova connessione sicura può avvenire o da parte del client o da parte del server.
Client e server cooperano per:• la creazione di chiavi simmetriche usate per una
veloce cifratura/decifratura • la scelta della suite di cifratura (algoritmi e metodi di
compressione)
Protocollo Handshake (3)
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
Handshake - Fasi
* opzionale
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
HS – dettagli (1)
Step1: Client Hello
Il client invia un messaggio “Client Hello” al Server per informarlo che vuole iniziare, o eventualmente rinegoziare, una sessione.
Il messaggio contiene i campi:
– protocol version: due byte utilizzati per indicare la versione di SSL in uso
– random byte: byte casuali generati dal client
– session identifier: 32 byte contenenti l'identificativo di una precedente sessione che potrebbe essere riesumata. Se sono tutti zero indicano che si tratta di una nuova sessione
– lista delle CipherSuite: lista contenente le combinazioni di algoritmi di crittografia supportati dal client, ordinata secondo le sue preferenze
– lista di compression method: lista di algoritmi di compressione, in ordine di preferenza, supportati dal client
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
Step2: Server Hello
La risposta del server può essere:• messaggio “Server Hello”, nel quale comunica la suite di
crittografia e l’algoritmo di compressione scelti e invia altri dati sulla sessione
• alert, nel caso di fallimento dell’handshake• failure, se il server non supporta gli algoritmi del client
Il messaggio contiene i campi:– protocol version: 2 byte che rappresentano la versione del protocollo
scelto. Questo valore corrisponde al minimo tra la versione del protocollo proposta dal client e la massima supportata dal server
– random byte: byte casuali generati dal server
…continua
HS – dettagli (2)
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
– session identifier: identifica la sessione che deve essere avviata. Se l'identificativo di sessione inviato dal client è diverso da zero la vecchia sessione verrà riesumata, nel caso in cui sia pari a zero il server setterà un nuovo identificativo per la sessione da avviare
– CipherSuite: una coppia di byte che rappresenta la famiglia di algoritmi scelta dal server tra quelli proposti dal client
– compression method: rappresenta il metodo di compressione scelto dal server tra quelli proposti dal client
…continua Server Hello
HS – dettagli (3)
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
• Step3: Server Certificate (opzionale)
Il server manda un messaggio di “Server Certificate” per la sua autenticazione. Se il server non ha un certificato, manda un “Server Key Exchange” che contiene i parametri per Diffie-Hellman o per RSA. La scelta dipende dalla CipherSuite selezionata.
Inoltre il server può richiedere al client un certificato (“Client Certificate Request”).
HS – dettagli (4)
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
• Step4: Server Hello DoneIl messaggio di “Server Hello Done” è inviato al client per indicare che la fase di Hello è completata. Dopo l'invio del messaggio il server si mette in attesa di una risposta
• Step5: Client CertificateIl messaggio “Client Certificate” viene inviato solo se il server ha richiesto un certificato. Se questo non è disponibile, il client lo segnalerà per mezzo di un messaggio di alert, al quale il server potrebbe rispondere con un errore fatale se l'autenticazione è necessaria
HS – dettagli (5)
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
• Step6: Client Key ExchangeIl messaggio “Client Key Exchange” deve essere inviato obbligatoriamente dal client al fine di fissare il pre-master secret (numero scelto casualmente), che viene utilizzato per calcolare il master secret, cioè un valore condiviso da client e server necessario alla generazione dell’insieme di chiavi utilizzate
• Step7: Certificate VerifySe il client in precedenza ha inviato un certificato, ora col messaggio “Certificate Verify” invierà l’hash dei messaggi di handshake scambiati fino a questo punto e del master secret, in modo che il server possa verificarne l’autenticità
HS – dettagli (6)
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
• Step8: Change Cipher Spec & Finished
Il messaggio “Change Cipher Spec” ha lo scopo di segnalare i cambiamenti delle strategie di cifratura. Inviato sia dal client che dal server per comunicare alla parte ricevente che i dati successivi saranno protetti dalle chiavi appena negoziate.
Il messaggio “Finished” viene inviato da entrambi per verificare che scambio di chiavi e autenticazione abbiano avuto successo. Questo è il primo messaggio protetto con l'algoritmo negoziato.
A questo punto la fase di handshake è completata ed il client ed il server possono cominciare a scambiare i dati del livello applicazione.
HS – dettagli (7)
SSL HS
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Intro GM&M SSL EndA P
Quando non hai capito…
SSL HS
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Giulia Massimi
Generazione delle chiavi– MAC– CBC– Master secret– Key block
Protocollo Alert
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Intro GM&M SSL EndA P
Message Authentication CodeUn valore (detto anche checksum) ottenuto tramite una chiave privata per l’autenticazione di un messaggio. A differenza delle firme digitali, i MAC sono generati e verificati con la stessa chiave (simmetrica).
MAC
Messaggio M
Chiave segreta K
MAC(M,K)
Fornisce• Autenticità del messaggio M• Integrità del messaggio M
HASH(es: MD5)
Impronta (digest)
SSL …
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Intro GM&M SSL EndA P
Due parole sul CBC (1)
• L’algoritmo di autenticazione MAC può essere basato su Cipher Block Chaining – CBC
Il messaggio viene suddiviso in blocchi da 64 bit: M=M1M2…Mn
Ogni blocco di testo in chiaro viene cifrato utilizzando le informazioni del blocco di testo in chiaro precedente
Per evitare che messaggi identici vengano sempre cifrati allo stesso modo si usa un vettore inizializzato casualmente
SSL …
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Intro GM&M SSL EndA P
Due parole sul CBC (2)
Vettore di inizializzazione del processo (IV)
• applica CBC al messaggio M usando la chiave segreta k• scarta i primi n-1 blocchi C1,C2,…, Cn-1 e usa Cn
• invia M1,M2,…,Mn e il tag di autenticazione MACk(M) = Cn
SSL …
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Intro GM&M SSL EndA P
Il master secret pre master secret client_hello.random server_hello.random
master secret
client_write_MAC_secret
client_write_MAC_ secretclient_write_key
server_write_key
server_write_IV
client_write_IV
SSL …
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Intro GM&M SSL EndA P
Il master secret viene calcolato tramite una funzione
fPMS(Rclient, Rserver)
ovvero una funzione MAC basata sul pre-master secret abbastanza complicata e derivata dalla combinazione di SHA1 e MD5.
Generazione del master secret
SSL …
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Intro GM&M SSL EndA P
Le chiaviIl master secret è necessario alla generazione del key_block:
• Chiavi MAC:– server_write_MAC_secret: chiave segreta utilizzata per calcolare il MAC sui
blocchi generati nel livello inferiore del protocollo e inviati dal server– client_write_MAC_secret: chiave segreta utilizzata per calcolare il MAC sui
blocchi generati nel livello inferiore del protocollo e inviati dal client
• Chiavi simmetriche:– server_write_key: chiave simmetrica di sessione per i dati cifrati dal server e
messi in chiaro dal client– client_write_key: chiave simmetrica di sessione per i dati cifrati dal client e
messi in chiaro dal server
• Vettori di inizializzazione:– server_write_IV: sequenza di byte utilizzata per le cifrature in modalità CBC del
server– client_write_IV: sequenza di byte utilizzata per le cifrature in modalità CBC del
client
SSL …
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 61
Intro GM&M SSL EndA P
Generazione delle chiavi (1)Il key_block viene calcolato tramite una funzione
fMS(Rclient, Rserver)
ovvero una funzione MAC basata sul master secret abbastanza complicata e derivata dalla combinazione di SHA1 e MD5.
SSL …
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 62
Intro GM&M SSL EndA P
Generazione delle chiavi (2)• Il calcolo va effettuato finché non viene generato
un numero sufficiente di byte necessari alla formazione di tutte le chiavi
• Infine il key_block viene partizionato:
• La parte restante di key_block che non viene utilizzata da nessuna chiave verrà scartata
SSL …
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 63
Intro GM&M SSL EndA P
Riassumendo
Pre-Master secretPre-Master secret
write_MAC_secretwrite_keywrite_IV
write_MAC_secretwrite_keywrite_IV
Client RandomServer RandomClient RandomServer Random
Master secretMaster secret
SSL …
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Intro GM&M SSL EndA P
Considerazioni (1)A seconda degli algoritmi crittografici scelti per la fase di autenticazione esistono diversi modi per generare il pre-master secret:
• RSA– il client genera un numero casuale (48 byte) e lo invia al server cifrato con
la chiave pubblica del server (presa dal suo certificato digitale) • Diffie-Hellman
– i parametri pubblici DH del server vengono estratti dal suo certificato; se il client ne ha uno anche i suoi DH vengono estratti da questo, altrimenti vengono generati al momento
• Diffie-Hellman Ephemeral– indipendentemente dai certificati, sia server che client generano al
momento i parametri di Diffie-Hellman per ogni sessione
Negli ultimi due casi il pre-master secret viene calcolato a partire dai parametri di Diffie-Hellman
SSL …
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 65
Intro GM&M SSL EndA P
Considerazioni (2)
• RSA– pre-master secret è scelto unicamente dal client senza
consultare il server– intercettazione facile di tutto il traffico in caso di key-escrow
(furto o cessione obbligata, per motivi legali, della chiave privata del server)
• Diffie-Hellman– key-escrow: con i parametri segreti DH e l’intercettazione dei
dati scambiati si può risalire al master secret
• Diffie-Hellman Ephemeral– maggior impiego delle risorse di calcolo poiché ad ogni sessione
si devono rigenerare i parametri DH
SSL …
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 66
Intro GM&M SSL EndA P
Protocollo di Alert (1)
• I messaggi di alert sono utilizzati per notificare eccezioni che possono avvenire nella comunicazione– contengono il livello di severità e una descrizione
dell'evento occorso– come gli altri messaggi anche quelli
di alert sono cifrati e compressi
SSL Alert
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Intro GM&M SSL EndA P
• Ogni messaggio è composto da due byte:
– il primo assume il valore (relativo alla gravità dell’allarme) warning (1) o fatal (2).
fatal determina l’abbattimento della connessione corrente
– il secondo contiene il codice che denota lo specifico allarme
Protocollo di Alert (2)
Fatal Warningunexpected_message close_notifybad_record_mac no_certificatedecompression_failure bad_certificatehandshake_failure unsupported_certificateillegal_parameter certificate_revoked
certificate_expiredcertificate_unknow
SSL Alert
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Intro GM&M SSL EndA P
• I messaggi di alert:
– close_notify: notifica al ricevente che il mittente non trasmetterà più su quella connessione
– unexpected_message: un messaggio inappropriato è stato ricevuto. Questo tipo di alert è sempre fatale
– bad_record_mac: questa allerta è spedita quando un record è ricevuto con un errato MAC
– decompression_failure: la funzione di decompressione ha ricevuto un errato input, ad esempio dati che si espandono oltre la lunghezza loro assegnata
– handshake_failure: indica che il mittente è incapace di negoziare un set accettabile di parametri di sicurezza tra quelli possibili
Protocollo di Alert - tipi messaggi (1)
SSL Alert
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Intro GM&M SSL EndA P
– no_certificate: può essere mandato in risposta ad un certificate request se non è disponibile una certificazione appropriata
– bad_certificate: in caso di certificazione errata (ad esempio se contiene una firma che non è verificata correttamente)
– unsupported_certicate: se una certificazione è di un tipo non supportato
– certificate_expired: una certificazione è scaduta o attualmente non valida
– certificate_unknown: qualche altro non specificato problema è sorto nel processare la certificazione
– illegal_parameter: un campo del handshake è di dimensione errata o inconsistente con altri campi
Protocollo di Alert - tipi messaggi (2)
SSL Alert
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Patrizio Angelini
Protocollo Change Cipher Spec & Finished
Protocollo Record Conclusioni
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Intro GM&M SSL EndA P
Change cipher spec (1)
• Questo protocollo consiste di un solo messaggio composto da un singolo bit di valore 1, che è cifrato e compresso secondo la suite corrente di cifratura
• Questo messaggio ha lo scopo di far cominciare la comunicazione tra client e server rendendo effettive le proprietà appena concordate
• Un messaggio di change cipher spec inaspettato provoca un unexpected_message alert
SSL CCS
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Intro GM&M SSL EndA P
Change cipher spec (2)• Il client manda un messaggio di change cipher spec
subito dopo i messaggi di handshake key exchange and certificate verify
• Il server ne manda uno dopo aver processato con successo il messaggio di key exchange ricevuto dal client
SSL CCS
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Intro GM&M SSL EndA P
Change cipher spec (3)
• Quando si recupera una sessione si utilizzano le stesse chiavi negoziate precedentemente
• Il messaggio di change cipher spec è spedito subito dopo il messaggio di hello
SSL CCS
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Intro GM&M SSL EndA P
Finished message (1)• Il client invia al server il messaggio
finished protetto utilizzando il Master Secret M per verificare che lo scambio di chiavi sia avvenuto con successo
• Tale messaggio è composto da:
– FC = M + tutti msg di handshake scambiati finora + l’identità del client
• Il messaggio FC viene codificato con SHA e MD5 e
inviato al serverSSL CCS
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 75
Intro GM&M SSL EndA P
Finished message (2)
• Il server verifica il messaggio finished FC del client ricalcolando il tutto
• Invia al client il suo messaggio finished utilizzando M
• Tale messaggio è composto da:– FS = M + tutti msg di handshake scambiati finora
(incluso il msg finished del client) + l’identità del client
• Anche FS viene codificato con SHA e MD5 e inviato al client
SSL CCS
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Intro GM&M SSL EndA P
Protocollo Record (1)
• Si occupa di trasportare dati utente, o messaggi protocollari SSL, da un peer all’altro, fornendo ai livelli superiori gli stessi servizi di TCP, con in più i servizi di sicurezza
• Riceve i dati dal livello superiore, li suddivide in blocchi, eventualmente li comprime, calcola il MAC, cifra il tutto e trasmette il risultato dell’elaborazione
SSL Record
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Intro GM&M SSL EndA P
Protocollo Record (2)
SSL Record
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Intro GM&M SSL EndA P
• I dati applicativi vengono frammentati in blocchi di al più 214 (16.384) byte
• Compressione– opzionale– senza perdita– non deve far aumentare le dimensioni di un blocco di più di 1024 byte
• Calcolo del MAC– [Server|Client] write MAC key– sequence number– blocco compresso
• Cifratura– [Server|Client] write key– può essere a blocchi o a caratteri– non deve far aumentare le dimensioni di un blocco di più di 1024 byte
Protocollo Record (3)
SSL Record
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 79
Intro GM&M SSL EndA P
• Vettore di inizializzazione per CBC– per il primo record è quello derivato dal Master Secret– per ognuno dei successivi record è composto dagli ultimi byte di
quello precedente
• Header SSL– tipo di contenuto (Change cipher, alert, handshake, application)– versione principale (per sslv3 vale 3)– versione minore (per sslv3 vale 0)– lunghezza del record (max = 214 + 2048)
Protocollo Record (4)
SSL Record
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Intro GM&M SSL EndA P
• Tipi di dati consegnati a questo protocollo– handshake protocol– alert protocol– change cipher spec protocol– application protocol
• Opera sempre all’interno di uno stato, che definisce gli algoritmi di compressione, cifratura e autenticazione e i parametri relativi (come le chiavi)– vengono mantenuti 4 stati: gli stati di lettura (per i record ricevuti)
e scrittura (per i record inviati) correnti e gli stati di lettura e scrittura pendenti
Protocollo Record (5)
SSL Record
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Intro GM&M SSL EndA P
• Gli stati correnti devono essere aggiornati per ogni record elaborato e includono i seguenti elementi– stato della compressione: stato corrente dell'algoritmo di
compressione– stato della cifratura: comprende la chiave e altre informazioni
necessarie a definire lo stato dell'algoritmo, per esempio l'ultimo blocco nel caso di un cifrario a blocchi in modalità CBC
– MAC secret– numero di sequenza: valore incrementato dopo ogni record
Protocollo Record (6)
SSL Record
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 82
Intro GM&M SSL EndA P
I parametri di sicurezza definiti per uno stato sono settati fornendo i seguenti valori
– connection end: specifica se l’entità in questione è il client o il server
– bulk encryption algorithm: indica l’algoritmo di cifratura e i relativi parametri, come la lunghezza della chiave
– MAC algorithm: indica l’algoritmo di autenticazione ed i parametri relativi
– compression algorithm: indica l’algoritmo di compressione e i relativi parametri
– master secret: sequenza di 48 byte condivisa tra i due interlocutori
– client random: 32 byte casuali forniti dal client– server random: 32 byte casuali forniti dal server
Protocollo Record (7)
SSL Record
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Intro GM&M SSL EndA P
MAC in SSL record
Il MAC di ogni blocco è così generato:
hash (MAC_write_secret + pad_2 + hash (MAC_write_secret + pad_1 + seq_num +length + content));
dove:
• " + " denota la concatenazione.• pad_1 è il carattere 0x36 ripetuto 48 volte per MD5 o 40 volte per
SHA• pad_2 il carattere 0x5c ripetuto lo stesso numero di volte del
precedente• seq_num è il numero di sequenza del messaggio• hash è l'algoritmo hash definito nella CipherSpec• MAC_write_secret è la sequenza segreta usata come chiave per le
operazioni di MAC sui dati inviati
SSL Record
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 84
Intro GM&M SSL EndA P
Conclusioni
• Tipi di autenticazione• Studi e attacchi a SSL• Considerazioni• Vantaggi e svantaggi
End
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 85
Intro GM&M SSL EndA P
Tipi di autenticazione
• Connessione anonima– server e client non presentano certificati– scambi di chiavi con Diffie-Hellman– attacco man in the middle
• Server autenticato– autenticazione e scambi chiavi combinati con RSA
• Server e client autenticati– entrambi dimostrano di conoscere la chiave privata
corrispondente alla pubblica presente nel certificato
End
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 86
Intro GM&M SSL EndA P
Studi e attacchi a SSL (1)
• 2001: viene dimostrato che calcolare il MAC e poi cifrare è meno sicuro rispetto a cifrare e poi calcolare il MAC
• 2002: viene presentato un attacco agli schemi di padding per i cifrari a blocchi in modalità CBC
End
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 87
Intro GM&M SSL EndA P
• 2003: l’attacco agli schemi di padding per i cifrari a blocchi in modalità CBC viene esteso a SSL/TLS e richiede:– un’informazione ripetutamente cifrata (per esempio la
password della posta elettronica)– un cifrario a blocchi in modalità CBC– la possibilità di effettuare attacchi attivi
tra client e server– la possibilità di distinguere i tempi di
esecuzione su errori differenti
Studi e attacchi a SSL (2)
End
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Intro GM&M SSL EndA P
• SSL protegge efficacemente da molti attacchi, quali brute force, crittoanalisi e man in the middle
• SSL è progettato per garantire sicurezza sulla rete. Quindi i dati: – sono protetti durante il transito sulla rete
– non sono protetti quando vengono memorizzati sugli host la maggior parte dei furti di numeri di carta di credito avviene sugli host Carlos Salgado, nel 1997, fu in grado di mettere le mani su oltre 100.000
numeri di carte di credito sfruttando bug presenti su server web
• I siti "protetti da SSL" sono più difficili da monitorare da parte degli amministratori di sistema perché gli IDS (Intrusion Detection System) non sono in grado di rilevare traffico SSL– un hacker che effettua un attacco usando SSL può risultare invisibile ai
sistemi di sicurezza!
Studi e attacchi a SSL (3)
End
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 89
Intro GM&M SSL EndA P
Considerazioni (1)• Il buon funzionamento di SSL dipende
anche dall’accortezza dell’utente (rara)– controllo del lucchetto– verifica dei certificati– possibilmente accesso alla rete direttamente con https
• L'uso dell'algoritmo RC4 con chiavi di 40 bits può portare problemi– un paio di gruppi indipendenti sono riusciti a forzarlo in circa 8
giorni– tuttavia la scelta di RC4 è obbligata dalla legge USA
sull'esportazione degli algoritmi di crittografia
End
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Intro GM&M SSL EndA P
Considerazioni (2)• Ci sono diversi punti di SSL che, pur non essendo critici, potrebbero
offrire ulteriore sicurezza
– nel protocollo Handshake alcuni dati spediti con il CLIENT HELLO potrebbero essere spediti in un secondo momento, crittografati
– nel protocollo Record, un errato MAC non dovrebbe far terminare la connessione ma causare una richiesta di ripetizione del messaggio
pochi attacchi traggono vantaggio dalla duplice spedizione di dati, mentre in questo modo si apre la strada agli attacchi basati sul servizio negato
– i numeri di sequenza dovrebbero essere casuali invece che ordinati
Tuttavia la struttura attuale è stata concepita per permettere facili aggiornamenti ed il supporto a nuovi algoritmi di crittografia senza stravolgere la struttura di SSL
End
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 91
Intro GM&M SSL EndA P
Stavolta finiamo veramente…• Vantaggi
– non richiede alcuna modifica al SO poiché SSL può essere implementato all’interno di ogni singola applicazione
– indipendente dal protocollo di applicazione utilizzato
– compatibile con tutti i browser
• Svantaggi– richiede modifiche, seppur minime, alle applicazioni
End
9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 92
Intro GM&M SSL EndA P
Riferimenti bibliografici
• Corso di Reti di calcolatori 2 del Prof. Di Battista
• http://www.dia.unisa.it/professori/ads/corso-security/www/CORSO-9900/SSL/
• http://telemat.die.unifi.it/book/Internet/Security/elab3.htm
• Specifiche del protocollo SSLv3.0 in: ftp://ietf.cnri.reston.va.us/internet-drafts/draft-freier-ssl-version3-01.txt
End