Luận Văn An ninh trong thông tin di động

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: NHẬN THỰC TRONG MÔI TRƯỜNG LIÊN MẠNG VÔ TUYẾN 4
1.1 Vai trò của nhận thực trong kiến trúc an ninh 4
1.2 Vị trí của nhận thực trong các dịch vụ an ninh 5
1.3. Các khái niệm nền tảng trong nhận thực 6
1.3.1 Trung tâm nhận thực (Authentication Center) 6
1.3.2 Nhận thực thuê bao (Subscriber Authentication) 6
1.3.3 Nhận thực tương hỗ (Mutual Authentication) 7
1.3.4 Giao thức yêu cầu/đáp ứng (Challenge/Response Protocol) 7
1.3.5 Tạo khoá phiên (Session Key Generation) 7
1.4 Mật mã khoá riêng (Private-key) so với khoá công cộng (Public-key) 8
1.5. Những thách thức của môi trường liên mạng vô tuyến 10
1.5.1 Vùng trở ngại 1: Các đoạn nối mạng vô tuyến 11
1.5.2 Vùng trở ngại 2: Tính di động của người sử dụng 12
1.5.3 Vùng trở ngại 3: Tính di động của thiết bị 14
CHƯƠNG 2: NHỮNG ỨNG DỤNG TIỀM NĂNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KHOÁ CÔNG CỘNG TRONG MÔI TRƯỜNG LIÊN MẠNG VÔ TUYẾN 16
2.1. Thuật toán khóa công cộng “Light-Weight” cho mạng vô tuyến 16
2.1.1 Thuật toán MSR 16
2.1.2 Mật mã đường cong elíp (ECC: Elliptic Curve Cryptography) 17
2.2. Beller, Chang và Yacobi: Mật mã khóa công cộng gặp phải vấn đề khó khăn 18
2.2.1 Các phần tử dữ liệu trong giao thức MSN cải tiến 19
2.2.2 Giao MSR+DH 21
2.2.3 Beller, Chang và Yacobi: Phân tích hiệu năng 22
2.3 Carlsen: Public-light – Thuật toán Beller, Chang và Yacobi được duyệt lại 22
2.4. Aziz và Diffie: Một phương pháp khoá công cộng hỗ trợ nhiều thuật toán mật mã 24
2.4.1 Các phần tử dữ liệu trong giao thức Aziz-Diffie 24
2.4.2 Hoạt động của giao thức Aziz-Diffie 25
2.5 Bình luận và đánh giá giao thức Aziz-Diffie 28
2.6 Tổng kết mật mã khoá công cộng trong mạng vô tuyến 29
CHƯƠNG 3: NHẬN THỰC VÀ AN NINH TRONG UMTS 30
3.1 Giới thiệu UMTS 30
3.2. Nguyên lý của an ninh UMTS 31
3.2.1 Nguyên lý cơ bản của an ninh UMTS thế hệ 3 32
3.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của GSM từ quan điểm UMTS 33
3.2.3 Các lĩnh vực tăng cường an ninh cho UMTS 35
3.3. Các lĩnh vực an ninh của UMTS 36
3.3.1 An ninh truy nhập mạng (Network Access Security) 36
3.3.2 An ninh miền mạng (Network Domain Security) 37
3.3.3 An ninh miền người sử dụng (User Domain Security) 37
3.3.4 An ninh miền ứng dụng (Application Domain Security) 38
3.4.5 Tính cấu hình và tính rõ ràng của an ninh (Visibility and Configurability) 38
3.4. Nhận thực thuê bao UMTS trong pha nghiên cứu 40
3.4.1 Mô tả giao thức khoá công cộng của Siemens cho UMTS 41
3.4.2 Các điều kiện tiên quyết để thực hiện giao thức Siemens 42
3.4.3 Hoạt động của Sub-protocol C của Siemens 43
3.4.4 Đánh giá giao thức nhận thực Siemens 46
3.5 Nhận thực thuê bao trong việc thực hiện UMTS 47
3.6 Tổng kết về nhận thực trong UMTS 51
CHƯƠNG 4: NHẬN THỰC VÀ AN NINH TRONG IP DI ĐỘNG 52
(Mobile IP) 52
4.1. Tổng quan về Mobile IP 53
4.1.1 Các thành phần logic của Mobile IP 53
4.1.2 Mobile IP – Nguy cơ về an ninh 55
4.2. Các phần tử nền tảng môi trường nhận thực và an ninh của Mobile IP 56
4.2.1 An ninh IPSec 57
4.2.2 Sự cung cấp các khoá đăng ký dưới Mobile IP 57
4.3. Giao thức đăng ký Mobile IP cơ sở 59
4.3.1 Các phần tử dữ liệu và thuật toán trong giao thức đăng ký Mobile IP 60
4.3.2 Hoạt động của Giao thức đăng ký Mobile IP 61
4.4 Mối quan tâm về an ninh trong Mobile Host - Truyền thông Mobile Host 63
4.5.1 Các phần tử dữ liệu trong Giao thức nhận thực Sufatrio/Lam 66
4.5.2 Hoạt động của giao thức nhận thực Sufatrio/Lam 67
4.6. Hệ thống MoIPS: Mobile IP với một cơ sở hạ tầng khoá công cộng đầy đủ 69
4.6.1 Tổng quan về hệ thống MoIPS 70
4.6.2 Các đặc tính chính của kiến trúc an ninh MoIPS 72
4.7 Tổng kết an ninh và nhận thực cho Mobile IP 75
KẾT LUẬN 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78




LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ thông tin vô tuyến tạo ra sự thay đổi sâu sắc theo cách mà mọi người tương tác với nhau và trao đổi thông tin trong xã hội chúng ta. Một thập kỷ qua, các mô hình đang thịnh hành cho cả các hệ thống điện thoại và các mạng máy tính là các mô hình mà người sử dụng tiếp cận mạng – tổ hợp điện thoại hoặc trạm máy tính được nối bằng dây tới cơ sở hạ tầng liên mạng rộng hơn. Ngày nay, các mô hình đó đã dịch chuyển đến một mô hình nơi mà mạng tiếp cận người sử dụng bất kì khi nào họ xuất hiện và sử dụng chúng. Khả năng liên lạc thông qua các máy điện thoại tổ ong trong khi đang di chuyển là thực hiện được và các hệ thống cho truy nhập Internet không dây ngày càng phổ biến.
Tiềm năng cung cấp độ mềm dẻo và các khả năng mới của thông tin vô tuyến cho người sử dụng và các tổ chức là rõ ràng. Cùng thời điểm đó, việc cung cấp các cơ sở hạ tầng rộng khắp cho thông tin vô tuyến và tính toán di động giới thiệu những nguy cơ mới, đặc biệt là trong lĩnh vực an ninh. Thông tin vô tuyến liên quan đến việc truyền thông tin qua môi trường không khí, điển hình là bằng các sóng vô tuyến hơn là thông qua môi trường dây dẫn khiến cho việc chặn hoặc nghe lén các cuộc gọi khi người sử dụng thông tin với nhau trở nên dễ dàng hơn. Ngoài ra, khi thông tin là vô tuyến thì không thể sử dụng vị trí kết nối mạng của người sử dụng như là một phần tử để đánh giá nhận dạng chúng. Để khai thác tiềm năng của công nghệ này mọi người phải có thể chuyển vùng tự do với các sản phẩm thông tin di động được và từ quan điểm cơ sở hạ tầng mạng ít nhất mọi người có thể xuất hiện tự do trong những vị trí mới. Trong khi các đặc tính này cung cấp cho người sử dụng các tiện ích mới thì nhà cung cấp dịch vụ và nhà quản trị hệ thống phải đối mặt với những thách thức về an ninh chưa có tiền lệ.
Luận văn này sẽ tìm hiểu đề tài về nhận thực thuê bao vì nó liên quan đến môi trường mạng vô tuyến. Theo ngữ cảnh này một “thuê bao” là người sử dụng: chẳng hạn một khách hàng của một dịch vụ điện thoại tổ ong hoặc một người sử dụng một dịch vụ truy nhập Internet không dây. Nhận thực thuê bao là một thành phần then chốt của an ninh thông tin trong bất kỳ môi trường mạng nào, nhưng khi người sử dụng là di động thì nhận thực đảm nhận các thành phần mới.
Những nghiên cứu ở đây tìm hiểu cơ chế để nhận thực thuê bao trong hai môi trường liên mạng. Đầu tiên là mạng tổ ong số hỗ trợ truyền thông bằng các máy điện thoại tổ ong. Mạng này đang trải qua một cuộc phát triển từ công nghệ thế hệ thứ hai sang thế hệ thứ 3 và các phương pháp trong đó nhận thực thuê bao kèm theo cũng đang thay đổi. Môi trường mạng thứ hai là Giao thức Internet di động (Mobile IP), một giao thức được phát triển trong những năm 90 của thế kỷ 20 cho phép Internet hỗ trợ tính toán di động. Điều quan trọng là nhận ra rằng hai môi trường này có nguồn gốc khác nhau. Môi trường tổ ong số được trình bày trong nghiên cứu này chẳng hạn như UMTS bắt nguồn từ các mạng điện thoại. Về mặt lịch sử nhiệm vụ chính của mạng này là hỗ trợ các cuộc hội thoại và phương pháp thiết lập các “mạch” cung cấp một kết nối liên tục giữa các điểm đầu cuối. Giao thức Internet di động là một sự mở rộng của kiến trúc liên mạng Internet hiện có trong đó tập trung vào việc hỗ trợ cho truyền thông giữa các máy tính và kiểu lưu lượng là số liệu hơn là thoại. Trong thế giới Internet, nhiệm vụ quan trọng nhất là định tuyến và phân phối các gói dữ liệu hơn là thiết lập các kênh tạm thời điểm-điểm.
Ngoài những sự khác nhau này theo nguồn gốc mạng tổ ong số và môi trường Internet trong đó Mobile IP hoạt động chúng ta còn gặp phải sự khác nhau trong các phương pháp được thực hiện đối với nhận thực và an ninh. Tuy nhiên quan trọng là hiểu rằng tất cả các công nghệ truyền thông cả công nghệ hỗ trợ hội thoại lẫn công nghệ hỗ trợ truyền số liệu ngày nay đều sử dụng công nghệ số. Vì vậy, tại các tầng dưới của ngăn xếp giao thức truyền thông, chúng sử dụng các cơ chế tương tự để truyền và nhận thông tin. Hơn nữa, khi truy nhập Internet không dây phát triển quan trọng không chỉ đối với máy tính mà còn đối với máy điện thoại tế bào thì thách thức mà hai môi trường liên mạng này phải đối mặt trong lĩnh vực an ninh có khuynh hướng hợp nhất. Trong tương lai, nếu điện thoại tế bào của ai đó trở thành một loại đầu cuối truy nhập Internet chính thì một kết quả có tính khả thi lâu dài là sự khác biệt giữa công nghệ truyền thông tổ ong và công nghệ của Internet sẽ không còn rõ ràng.
Chủ đề quan tâm thực sự ở đây là lĩnh vực máy tính, truyền thông và an ninh thông tin vì nó bị ảnh hưởng bởi liên mạng vô tuyến và tính toán di động. Tuy nhiên đó là lĩnh vực khổng lồ và phức tạp. Nhận thực thuê bao là một chủ đề hẹp hơn và vì vậy thích hợp hơn cho phạm vi của luận văn này. Tuy nhiên, dự định của luận văn này là sử dụng những khám phá về nhận thực thuê bao trong các mạng tổ ong số theo giao thức Mobile IP như một ống kính cho phép chúng ta nhận thức rõ ràng hơn khuynh hướng rộng hơn trong an ninh cho các môi trường liên mạng vô tuyến.
Chương 1 giới thiệu nhận thực vì nó liên quan đến lĩnh vực lớn hơn của máy tính, truyền thông và bảo mật thông tin trong mạng vô tuyến và cung cấp một số đặc tính cụ thể của môi trường mạng vô tuyến gây trở ngại cho người thiết kế hệ thống an ninh.
Chương 2, trọng tâm chuyển đến việc nghiên cứu từ những năm 1990 khẳng định rằng tồn tại phương pháp cho hệ thống mật mã khoá công cộng với tiềm năng lớn cho môi trường thông tin vô tuyến.
Chương 3, trọng tâm chuyển đến sự xem xét các giao thức cho các mạng truyền thông tổ ong băng tần cao thế hệ thứ 3 được gọi là UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
Chương 4 khảo sát nhận thực vì nó được đề xuất cho ứng dụng trong miền truy nhập Internet không dây được gọi là Mobile IP (Mobile Internet Protocol).
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng, thầy Nguyễn Viết Đảm và cô Phạm Thị Thuý Hiền đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.