Patrizio ANGELINI Alessio BROZZI Giulia MASSIMI Roberto TURCHETTI

Patrizio ANGELINI Alessio BROZZI Giulia MASSIMI Roberto TURCHETTI
Sicurezza in rete SSL Patrizio ANGELINI Alessio BROZZI Giulia MASSIMI Roberto TURCHETTI Elementi di Crittografia AA 2004/2005

Sommario Introduzione Modelli e meccanismi di sicurezza
SSL (Secure Socket Layer) Generalità Architettura Protocolli Handshake Alert Change Cipher Spec Record Conclusioni

Alessio Brozzi Introduzione Modelli e meccanismi di sicurezza
SSL – Generalità, obiettivi e funzionalità Certificati e PKI Commercio elettronico

Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)
Introduzione Sicurezza 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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Modelli di sicurezza Ci 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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Meccanismi di sicurezza
Livello applicazione PGP S/MIME Kerberos HTTPS/SHTTP SET Livello trasporto SSL (Secure Socket Layer) Livello rete IPSec IP TCP UDP Kerberos SMTP HTTP S/MIME PGP SET HTTPS IP TCP SSL HTTP FTP SMTP Esempi IP/IPSEC TCP HTTP FTP SMTP M&M 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Meccanismi di sicurezza livello applicazione (1)
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 M&M 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 * MIME è il formato standard dei comuni messaggi di posta elettronica M&M 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 M&M 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Meccanismi di sicurezza livello trasporto
SSL (Secure Socket Layer) privatezza della comunicazione cifratura a chiave simmetrica autenticazione Server utilizzo di certificati digitali per scambio di chiavi autenticazione Client integrità dei dati M&M 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Meccanismi di sicurezza livello 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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Una ( - certificati digitali e PKI
Un 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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Certificati X.509: Gestione Browser
SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 CA una 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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Struttura della PKI (2) Registration Authority: gli utenti vi si rivolgono per richiedere la certificazione delle chiavi richiede l’identificazione dell’utente tramite chiave pubblica e indirizzo 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 SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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: a consulta il catalogo di b, sceglie la merce da acquistare e attiva la transazione b fornisce ad a la propria chiave pubblica SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 Il PC di b “automagicamente” : decodifica k* con la chiave privata di b con k decodifica m* e ottiene l’ordine La merce viene spedita da b Oss: come effettuare il pagamento? SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

I Teorema del pagamento... (schema teorico)
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 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 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…) SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

II Teorema del pagamento...(3) (una variante)
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 Un’ulteriore variante in corso di diffusione prevede l’utilizzo di SET SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Roberto Turchetti Browser & SSL Architettura SSL Protocollo Handshake
Esempio Architettura SSL Protocollo Handshake Fasi del protocollo

Browser & SSL SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Modalità standard per accedere ai siti web con connessioni non sicure
Esempio (1) Modalità standard per accedere ai siti web con connessioni non sicure Il simbolo del lucchetto aperto significa che non c’è sicurezza né criptazione SSL Gen

Esempio (2) Messaggio che dimostra l’assenza di certificato SSL Gen
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Esempio (3) Si sta procedendo con pagamento mediante carta di credito quindi la sessione diventa protetta SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Esempio (4) Il certificato è stato rilasciato a www.itn.net SSL Gen

Esempio (5) Quindi i dati della carta di credito NON andranno a United ma a Travelocity.com !! SSL Gen 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

SSL - Architettura generale

Architettura generale componenti 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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Architettura generale componenti di SSL (2)
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 SSL Arch 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

L'handshake consente a client e server di autenticarsi a vicenda usando un meccanismo a chiave pubblica: 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 SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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) SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Handshake - Fasi * opzionale SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

HS – dettagli (2) 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 SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

HS – dettagli (3) …continua Server Hello 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 SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

HS – dettagli (4) 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”). SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

HS – dettagli (5) Step4: Server Hello Done Il 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 Certificate Il 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 SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

HS – dettagli (6) Step6: Client Key Exchange Il 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 Verify Se 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 SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

HS – dettagli (7) 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. SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Quando non hai capito… SSL HS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Giulia Massimi Generazione delle chiavi Protocollo Alert MAC CBC
Master secret Key block Protocollo Alert

Message Authentication Code
Un 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). Messaggio M HASH (es: MD5) Impronta (digest) MAC MAC(M,K) Il MAC si basa sull’utilizzo di una chiave e di una funzione hash. Il messaggio viene dato in input ad una funzione hash che genera il message digest relativo, quindi un algoritmo di cifratura, cifra il message digest per mezzo di una chiave. Il valore così ottenuto viene aggiunto al messaggio stesso. Chi riceve il messaggio può verificarne l’integrità decifrando il HMAC con l’apposita chiave e confrontando il message digest ricevuto con quello calcolato sul momento relativamente al messaggio in chiaro ricevuto Chiave segreta K Fornisce Autenticità del messaggio M Integrità del messaggio M SSL … 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 … 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 … 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

client_write_MAC_secret client_write_MAC_ secret
Il master secret pre master secret client_hello.random server_hello.random master secret server_write_key client_write_MAC_secret client_write_key client_write_MAC_ secret server_write_IV client_write_IV SSL … 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Generazione del master secret
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. SSL … 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Le chiavi Il 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)

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)

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)

Riassumendo Pre-Master secret Master secret write_MAC_secret write_key write_IV Client Random Server Random SSL … 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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)

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)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo di Alert (2) 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 SSL Alert 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo di Alert - tipi messaggi (1)
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 SSL Alert 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo di Alert - tipi messaggi (2)
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 SSL Alert 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Patrizio Angelini Protocollo Change Cipher Spec & Finished
Protocollo Record Conclusioni

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 server SSL CCS 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo Record (2) SSL Record 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo Record (3) 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 SSL Record 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo Record (4) 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 = ) SSL Record 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo Record (5) 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 SSL Record 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo Record (6) 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 SSL Record 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Protocollo Record (7) 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 SSL Record 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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)

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)

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)

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)

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 End 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 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! End 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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 RC4 è essenzialmente un generatore di numeri pseudo casuali, la cui uscita è usata per fare lo XOR con il flusso di dati End 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

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)

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)

Riferimenti bibliografici
Corso di Reti di calcolatori 2 del Prof. Di Battista Specifiche del protocollo SSLv3.0 in: ftp://ietf.cnri.reston.va.us/internet-drafts/draft-freier-ssl-version3-01.txt End 9 giugno 2005 Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti)

Patrizio ANGELINI Alessio BROZZI Giulia MASSIMI Roberto TURCHETTI

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