امنيت شبكه و رمزگذاري

1. امنیت شبکه چیست؟

بیایید Alice و Bob را به عنوان دو نفری که می خواهند به طور امن با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، معرفی کنیم. این یک متن در مورد شبکه است. باید مشخص کنیم که Alice و Bob ممکن است که دو روتر (router) باشند که می خواهند جداول مسیر یابی خود را به طور امن تعویض کنند، دو Host که می خواهند یک ارتباط انتقال امن را شروع کنند دو کاربر email که می خواهند emailهای امن به هم منتقل کنند تمام این حالات بعدا در این قسمت گفته خواهد شد. Alice و Bob دو شخصیت ثابت و مشهور در ارتباط امن هستند. شاید به علت اینکه اسم های آنها سرگرم کننده تر از یک نوع موجود به اسم A است که می خواهد یک ارتباط امن با یک نوع موجود به اسم B برقرار کند. تبادل عشق ممنوع، ارتباطات زمان جنگ و معاملات تجاری نیازهای عمومی مردم شهری هستند برای ارتباطات امن. اولی را به دومی ترجیح می دهیم و خوشحالیم که Alice و Bob را به عنوان فرستنده و گیرنده استفاده کرده ایم و آنها را در اولین سناریو استفاده می کنیم.

1. ارتباط امن

ما گفتیم که Alice و Bob می خواهند به صورت امن ارتباط برقرار کنند ولی این دقیقاً به چه معناست؟ مطمئنا Alice می خواهد فقط Bob بتواند پیغامی را که برای او فرستاده است را بفهمد و با وجود این که آنها از طریق یک رسانه ناامن ارتباط برقرار می کنند جایی که یک مزاحم (Trudy یک مزاحم) ممکن است ارتباط را در هر چیزی که از A به B منتقل می شود قطع کند، بخواند یا کاری انجام دهد. Bob هم می خواهد مطمئن باشد که پیغامی که دریافت می کند واقعا توسط Alice است. همچنین Alice و Bob می خواهند مطمئن شوند که محتوای پیغام Alice در انتقال داده تغییر داده نشده است. با این ملاحظات ما می توانیم خصوصیات مطلوب داده شده از یک ارتباط امن را مشخص کنیم:

سری بودن: فقط فرستنده و گیرنده باید بتوانند محتوای پیغام فرستاده شده را بفهمند. برای این که کسانی که استراق سمع می کنند ممکن است جلوی پیغام را بگیرند. این واقعا احتیاج به این دارد که پیغام به صورتی رمزگذاری شود (اطلاعاتش تغییر ظاهر بدهند، پنهان شوند) بنابراین پیغام نمی تواند رمز گشایی شود (فهمیده شود) توسط یک مزاحم. این جنبه از امنیت ممکن است پر از رایج ترین مفهوم عبارت ارتباط امن باشد. دقت کندی که این نه تنها یک تعریف محدود از ارتباط امن است (ما جنبه های اضافی از ارتباط امن را در پایین لیست کرده ایم) بلکه یک تعریف تقرببا محدود از سری بودن است. برای مثال Alice ممکن است تنها چیزی که می خواهد این است که با Bob ارتباطی برقرار کند که محرمانه باشد! ما تکنیک های رمزگذاری را برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها در بخش (2) خواهیم خواند.

تصدیق و استناد: هر دو فرستنده و گیرنده احتیاج دارند که از هویت طرف مقابل که در ارتباط شرکت کرده است مطمئن شوند. برای اطمینان از این که طرف دیگر واقعا کسی یا چیزی است که اظهار دارند. در ارتباط رودر روی مردم این مشکلات به راحتی توسط تشخیص دیداری حل می شود. هنگامی که موجودات ارتباط دهنده اطلاعات را از طریق یک رسانه ای که نمی توانند طرف مقابل را ببینید رد و بدل می کنند، تصدیق هویت خیلی ساده نیست. برای این که به عنوان مثال آیا شما مطمئن هستید که یک email دریافت شده که شامل یک رشته نوشتاری است که می گوید از طرف یکی از دوستان شما آمده است واقعا از طرف دوست شما آمده است؟ اگر کسی با تلفن به شما زنگ بزند و ادعات کند از بانک شما زنگ زده و شماره حسابتان را بخواهد و شماره شناسایی شخصی رمز شما (PIN) و حساب شما را برای این که درستی اش را چک کند، آیا شما این اطلاعات را از طریق تلفن می دهید؟ خوشبختانه نه. ما تکنیک های سندیت را در بخش (3) امتحان می کنیم شامل انواع مختلف، شاید متعجب کننده همچنین بر اساس تکنیک های رمز گذاری که در بخش (2) خواهیم دید.

درستی و بی عیبی پیغام: با این که فرستنده و گیرنده می توانند یکدیگر را تصدیق کنند، آنها همچنین می خواهند مطمئن شوند که محتوای ارتباط آنها قصدا یا از روی تصادف تغییر نکرده است در حین انتقال علاوه بر تکنیک های check sum که در انتقال

قابل اعتماد پروتکل های خط داده ای دیده ایم در بخش (4) نیز خواهیم دید.

این تکنیک ها همچنین بر اساس تکنیک های رمزگذاری بخش (2) هستند.

بعد از ساختن چیزی که ما به عنوان ارتباط مطمئن معنا کردیم، بیایید فرض کنیم که واقعا منظور از کانال ناامن چیست. چه اطلاعاتی یک مزاحم می تواند به آن دسترس داشته باشد و روی داده منتقل شده چه عملی می توان انجام داد . شکل زیر این سناریو را نشان می دهد.

Alice فرستنده می خواهد اطلاعات را به Bob گیرنده بفرستد. برای این که بطور امن اطلاعات را رد و بدل کند، هنگامی که لوازم مورد نیاز سری بودن، سندیت و درستی پیغام را دیدیم. Alice و Bob پیغام های کنترلی خواهند فرستاد و سپس پیغام اطلاعاتی در همان روش مشابه که فرستنده و گیرنده TCP هم اطلاعات کنترلی و هم اطلاعات داده ای به هم منتقل می کنند) همه یا بعضی از این پیغام ها معمولا رمزگذاری می شوند. یک مزاحم منفعل می تواند گوش بدهد و پیغام های کنترلی و داده ای روی کانال را ضبط کند. یک مزاحم فعال می تواند پیغام ها را از روی کانال بردارد و یا پیغام هایی را روی کانال ضبط کند (اضافه کند).

2-1) مراعات امنیت شبکه در اینترنت

قبل از اینکه در جنبه های تکنیکی امنیت شبکه در بخش بعدی کاوش کنیم. بیایید مقدمه مان را با نسبت دادن شخصیت های ساختگی مان Alice و Bob و trudy یک سناریوی دنیای واقعی در اینترنت امروز را نتیجه گیری کنیم.

بیایید با Trudy مزاحم شبکه شروع کنیم. آیا یک مزاحم شبکه دنیای واقعی واقعا می تواند گوش بدهد و پیغام های شبکه را ضبط کند؟ آیا انجام دادن آن اسان است؟ آیا یک مزاحم می تواند در شبکه فعالانه پیغام را بردارد یا درج کند؟ جواب به همه این سئوال ها بله است. Packet sniffer یک برنامه ای است که در یک دستگاه متصل به شبکه اجرا می شود که منفعلانه تمام فریم های لایه لینک داده که توسط دستگاه های رابط (اینترفیس) شبکه می گذرند را دریافت می کند. در محیط انتشار داده مانند Ethernet LAN این بدان معناست که packet sniffer تمامی فریم ها را که از یا به تمامی hostها در LAN منتقل می شوند دریافت می کند. هر hostای با یک کارت Ethernet به راحتی می تواند به عنوان یک packet sn عمل انجام دهد. زیرا که Ethernet NIC فقط احتیاج به ست شدن در حالت بی قاعده برای دریافت همه فریم های Ethernet که می گذرند دارد. این فریم ها می توانند به برنامه های کاربردی که داده های سطح کاربردی را استخراج می کنند منتقل شوند.

برای مثال درسناریو telnet که در شکل (2) نشان داده شده است کلمه عبور سریع از A به B فرستاده می شود. همچنین کلمه عبور وارد شده در B در host ، sniff می شود.

Packet sniffing مانتد یک شمشیر دولبه است. این می تواند برای مدیر شبکه برای مونیتور کردن و مدیریت شبکه به کار رود و بسیار گرانبها باشد ولی همچنین توسط هکرهای غیراخلاقی نرم افزار استفاده شود.

Packet sniffing به صورت رایگان در دسترس است به عنوان مثال یک محصول تجاری در سایت های www متفاوت. پروفسورهایی که یک واحد شبکه درس می دهند به دادن تمرین هایی که شامل نوشتن یک packet sniffing و داده سطح کاربری برنامه سازی شده مشهور هستند.

هر دستگاه متصل به شبکه اینترنت لزوما احتیاج به فرستادن دیتاگرام IP به شبکه است که این دیتاگرام ها آدرس IP فرستنده را به عنوان داده سطح بالا حمل می کنند. یک کاربر می توانند کنترل را از طریق نرم افزار آن دستگاه (در سیستم عامل های محصول) کامل کند. به راحتی می توان پروتکل های دستگاه را تغییر داد برای این که یک آدرس IP قراردادی را در فیلد آدرس منبع دیتاگرام قرار داد. این به عنوان IP spooting شناخته شده است کاربر همچنین می تواند یک بسته IP بسازد که شامل داده لایه سطح بالاتری که می خواهد باشد و طوری نشان می دهد که گویی آن داده از یک IP قراردادی فرستاده می شود. Packet sniffing و Ip spooting فقط دو فرم رایج حمله در امنیت اینترنت هستند.

سومین دسته گسترده از تهدید امنیت حملات (DOA) deniad of service هستند. همانطور که از اسمش می توان حدس زد حمله DOS یک شبکه host یا هر قسمت از زیربندی شبکه که قابل استفاده توسط کاربران قانونی نیست، ارائه می کند. عموما یک حمله DOS توسط ایجاد کارهای بسیاری توسط این حمله کار می کند، بطوریکه کار قانونی نمی تواند اجرا بشود. به عبارت دیگر حمله سیل آسا SYN حمله کننده با بسته های TCP SYN به سرور هجوم می برد. بسته هایی که هر کدام حاوی یک IP تقلبی آدرس مبدا هستند. سرور توانایی تشخیص بین یک SYN قانونی در یک SYN تقلبی را ندارد. قدم دوم TCP handshake را کامل می کند برای یک SYN تقلبی و ساختار داده ها و حالت هایش را معین می کند. قدم سوم Three way hand shake هیچ گاه توسط حمله کننده کامل نمی شود.و یک تعداد رو به افزایش ارتباط زمینه ساز باقی می گذارد. بار شدن بسته های SYN برای پردازش و پر شدن حافظه خالی سرانجام سرور را به زانو درمی آورد. حمله DOS smurf عمل می کند توسط داشتن تعداد زیادی از پاسخ های host های بی گناه به درخواست بسته های ICMP که شامل یک آدرس IP تقلبی مبدا است. این نتیجه می دهد یک تعداد زیادی از بسته های ICMP echo-reply که به host فرستاده شده اند بطوریکه آدرس Ip نشان تقلبی است. RFC 2267 و RFC 2544 قدم های ساده بسیاری را نشان داده است که می توانند طی شوند. برای کمک به جلوگیری از این ها و حملات DOS دیگری.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

1. امنیت شبکه 1
   1. ارتباط امن2

- سری بودن 2

- تصدیق، استناد 3

- درستی و بی عیبی پیغام 4

1. مراعات امنیت شبکه در اینترنت6

1. اصول رمزگذاری 12
   1. رمزگذاری کلید متقارن15

• استاندارد رمزگذاری22
  1. رمزگذاری کلید عمومی26

1. سندیت: شما کی هستید؟ 39
   1. پروتوکل شناسایی ap 1.0 41
   2. پروتوکل شناسایی ap2.0 41
   3. پروتوکل شناسایی ap 3.0 44
   4. پروتوکل شناسایی ap 3.1 46
   5. پروتوکل شناسایی ap 4.0 47
   6. پروتوکل شناسایی ap 5.0 50

1. بی عیبی 56
   1. ساختن امضای دیجیتالی58
   2. خلاصه پیغام60
   3. الگوریتم های توابع hash 66

1. نتیجه گیری 69

1. منابع 70