Анализ технологий защиты электронной почты

1. Схемы вычислений значений  MAC этих протоколов отличаются по двум параметрам: применяемому алгоритму и области данных, для которых вычисляется значение кода аутентичности сообщения.
2. В TLS применяется PRF функция. PRF функция служит для получения небольшого по длине секретного значения, которое  служит для генерирования более длинных блоков данных (используя специальную схему расширения данных где использован алгоритм HMAC), защищённых от атак на функции хэширования и вычисления значений кода аутентичности сообщения. Секретное значение получается путём использования той же схемы расширения данных, но с алгоритмом MD5 или SHA.
3. В   TLS не извещения no_certificate, но определён ряд дополнительных кодов извещения (их всего 12, 9 из которых означают неустранимую ошибку).
4. В TLS включены все алгоритмы симметричной схемы шифрования, за исключением Fortezza.
5. Сообщение finished в TLS представляет собой хэш-код, вычисленный c помощью master_secret, предыдущих сообщений и метки, идентифицирующей клиент и сервер. Схема вычисления сообщения finished отличается от схемы, используемой в SSLv3. В TLS схемы выглядит так: PRF (master_secret, finished_label, MD5 (handshake_meassages) || SHA-1 (handshake_messages)), где

finished_label – строка «client finished» для клиента и «server_finished» для сервера.

6. Схема вычисления master_secret для TLS иная чем в SSLv3.
7. В SSL байты заполнителя добавляются к данным пользователя, подлежащим шифрованию,  минимально необходимом количестве, достаточном для того, чтобы получить общую длину данных для шифрования, кратную длине блока шифра. В случае TLS разрешается добавлять любое число заполнителей (до 255 байтов включительно), лишь бы в результате длина блока данных получилась кратной длине блока шифра.

 

4 ЗАЩИТА НА УРОВНЕ IP 

 

 

4.1 Архитектура защиты на уровне  IP

IPSec обеспечивает сервис  защиты на уровне IP, позволяя системе  выбрать необходимые протоколы защиты, определить алгоритм (алгоритмы) для соответствующего сервиса (сервисов) и задать значения любых криптографических ключей, требуемых для запрошенного сервиса. Для защиты используется два протокола: протокол аутентификации, указанный заголовком данного протокола (заголовком аутентификации АН), и комбинированный протокол шифрования/аутентификации, определенный форматом пакета для этого протокола (протокола ESP). В данном случае обеспечиваются следующие виды сервиса:

контроль доступа;

целостность без установления соединений;

аутентификация источника  данных;

отторжение воспроизведенных пакетов (форма целостности последовательностей);

конфиденциальность (шифрование);

ограниченная конфиденциальность транспортного потока.

В случае ESP есть два варианта: с использованием и без использования опции аутентификации. Как АН, так и ESP имеют возможности контроля доступа, основанного на распределении криптографических ключей и управлении транспортными потоками, относящимися к этим протоколам защиты.

Таблица 7 – Обзор предоставляемых сервисов

Вид сервиса	AАH	ESP (только шифрование)	ESP (шифрование и аутентификация)
Контроль доступа	ü	ü	ü
Целостность без установления соединений	ü		ü
Аутентификация источника	ü		ü

Продолжение таблицы 7

Отторжение воспроизведенных пакетов	ü	ü	ü
Конфиденциальность		ü	ü
Ограниченная конфиденциальность транспортного потока		ü	ü

 

Ключевым  объектом в механизмах аутентификации и конфиденциальности для IP является защищенная связь (Security Association). Связь  представляет собой одностороннее  отношение между отправителем и  получателем, применяющим сервис защиты к транспортному потоку. Сервис защиты предоставляет возможность для защищенной связи использовать либо АН, либо ESP, но никак не обе эти возможности одновременно.

В любом пакете IP защищенная связь однозначно идентифицируется адресом пункта назначения в заголовке IPv4 или IPv6 и индексом параметров защиты (даёт возможност ьвыбрать защищённую связь по которой должен обрабатываться полученный пакет) во вложенном заголовке расширения (АН или ESP).

Заголовки АН и ESP поддерживают два режима использования: транспортный и туннельный. Дадим  краткий обзором этих режимов.

4.2 Транспортный режим

Транспортный  режим обеспечивает защиту прежде всего  для протоколов высшего уровня. Это  значит, что защита транспортного  режима распространяется на полезный груз пакета IP. Примеры включают сегмент TCP  или UDP, или пакет протокола ICMP , которые размещаются непосредственно над IP в стеке главного протокола. Когда система использует заголовки АН или ESP над IPv4, полезным грузом являются данные, обычно размещаемые сразу после заголовка IP. Для IPv6 полезным грузом являются данные, обычно следующие после заголовка IP и всех имеющихся заголовков расширений IPv6, за возможным исключением заголовка параметров адресата, который тоже может подлежать защите.

ESP в транспортном  режиме шифрует и, если нужно,  идентифицирует полезный груз IP, но не заголовок IP. АН в транспортном режиме идентифицирует полезный груз IP и некоторые части заголовка IP.

4.3 Туннельный режим

Туннельный  режим обеспечивает защиту всего  пакета IP. После добавления к пакету IP полей АН или ESP весь пакет, вместе с полями защиты, рассматривается  как полезный груз некоторого нового "внешнего" пакета IP с новым  внешним заголовком IP. Весь оригинальный, или внутренний, пакет при этом пересылается через "туннель" от одной точки сети IP к другой, и ни один из маршрутизаторов на пути не может проверить внутренний заголовок IP. Ввиду того что оригинальный пакет инкапсулирован в новый, больший пакет может иметь совершенно другие адреса источника и адресата, что усиливает защиту. Туннельный режим используется тогда, когда один или оба конца защищенной связи являются шлюзами защиты, например брандмауэрами или маршрутизаторами, которые основаны на IPSec. При использовании туннельного режима системы в сетях за брандмауэрами могут осуществлять защищенный обмен данными без применения IPSec. Незащищенные пакеты, генерируемые такими системами, связываются по туннелям, проложенным через внешние сети с помощью туннельного режима защищенной связи, установленного программным обеспечением IPSec в брандмауэре или защищенном маршрутизаторе на границе локальной сети.

Таблица 8 – Функциональные возможности транспортного и туннельного режимов

Вид заголовка	Транспортный режим защищенной связи	Туннельный режим защищенной связи
АН	Идентифицирует полезный груз IP, а также отдельные части заголовка IP и заголовков расширений IPv6	Идентифицирует весь внутренний пакет IP (заголовок и полезный груз внутреннего пакета IP), а также отдельные части внешнего заголовка IP и внешних заголовков расширений IPv6

 

Продолжение таблицы 8

ESP	Шифрует полезный груз IP и все заголовки расширений IPv6, следующие за заголовком ESP	Шифрует внутренний пакет IP
ESP с аутентификацией	Шифрует полезный груз IP и все заголовки расширений IPv6, следующие за заголовком ESP. Идентифицирует полезный груз IP, но не заголовок IP	Шифрует внутренний пакет IP. Идентифицирует внутренний пакет IP

 

4.4 Заголовок аутентификации (AH)

Заголовок аутентификации (АН) обеспечивает поддержку целостности  данных и аутентификации пакетов  IP. Свойство целостности данных гарантирует невозможность незаметной модификации содержимого пакета в пути следования. Функция аутентификации дает возможность конечной системе или сетевому устройству идентифицировать пользователя или приложение и соответственно отфильтровать трафик, а также защититься от очень распространенных сегодня в Internet атак с подменой сетевых адресов. Заголовок АН также защищает от атак воспроизведения сообщений.

Заголовок аутентификации состоит из следующих полей:

Следующий заголовок. Идентифицирует тип заголовка, следующего непосредственно за данным заголовком;

Длина полезного груза (8 битов). Длина заголовка  аутентификации в 32-битовых словах, уменьшенная на 2;

Зарезервировано (16 битов). Для будущего использования;

Индекс  параметров защиты (32 бита). Идентифицирует защищенную связь;

Порядковый  номер (32 бита). Значение счетчика, для  сервиса защиты от воспроизведения;

Данные  аутентификации (переменной длины). Поле переменной длины , содержащее MAC для данного пакета;

Атаки воспроизведения  сообщений заключаются в том, что противник может получить экземпляр удостоверенного пакета и позже предъявить его предполагаемому адресату. Повторное получение одинаковых удостоверенных пакетов IP может каким-то образом нарушить сервис или иметь какие-то другие нежелательные последствия.

4.5 Использование AH в транспортном  и туннельном режиме.

В этом подразделе рассмотрим область применения аутентификации, обеспечиваемой с помощью протокола АН, и размещение заголовка аутентификации в каждом из двух режимов. При этом случаи IPv4 и IPv6 несколько различаются.

Для транспортного  режима АН с применением IPv4 данные АН размещаются непосредственно после оригинального заголовка IP и перед полезным грузом IP (например, сегментом TCP). Аутентификации подлежит весь пакет, за исключением изменяемых полей в заголовке IPv4, которые обнуляются для вычисления значения MAC.

В контексте IPv6 данные АН рассматриваются как  полезный груз сквозной передачи; т.е. проверка и обработка этих данных промежуточными маршрутизаторами не предполагается. Поэтому данные АН размещаются после базового заголовка IPv6 и заголовков расширений транзита, маршрутизации и фрагментации. Заголовок расширения параметров адресации может размещаться до или после заголовка АН — в зависимости от требований семантики. Опять же, аутентификация предполагается для всего пакета, за исключением изменяемых полей, которые обнуляются для вычисления значения MAC.

Для туннельного  режима АН удостоверяется весь оригинальный пакет IP, a заголовок АН вставляется между оригинальным заголовком IP и новым внешним заголовком IP. Внутренний заголовок IP несет адреса оригинальных источника и адресата, в то время как внешний заголовок IP может содержать совершенно другие адреса IP (например, адреса брандмауэров или других шлюзов защиты).

В туннельном режиме весь внутренний пакет IP, включая весь внутренний заголовок IP, защищается средствами АН. Внешний заголовок IP (а в случае IPv6 и внешние заголовки расширений IP) защищается с исключением изменяемых и непрогнозируемых по значению полей.

4.6 Протокол ESP

Поля пакета ESP:

Индекс параметров защиты (32 бита). Идентифицирует защищенную связь;

Порядковый  номер (32 бита). Значение счетчика, обеспечивающее функцию защиты от воспроизведения, как и в случае для АН;

Полезный  груз (переменной длины). Это сегмент  транспортного уровня (в транспортном режиме) или пакет IP (в туннельном режиме), который защищается шифрованием;

Заполнитель (0-255 байтов);

Длина заполнителя (8 битов). Указывает число байтов заполнителя, непосредственно  предшествующего данному полю;

Следующий заголовок (8 битов). Идентифицирует тип данных, содержащихся в поле данных полезного груза, с помощью идентификации первого заголовка этого полезного груза (например, заголовка расширения IPv6 или протокола верхнего уровня, такого как TCP);

Данные аутентификации (переменной длины). Поле переменной длины , содержащее код ICV (Integrity Check Value — код контроля целостности), вычисляемый для всего пакета ESP без поля данных аутентификации;

4.7 Шифрование и алгоритмы аутентификации

Сервис ESP предполагает шифрование полей полезного груза, заполнителя, длины заполнителя и следующего заголовка.

Имеющиеся на сегодня спецификации требуют, чтобы  любая реализация поддерживала использование алгоритма DES в режиме СВС (режим сцепления шифрованных блоков. Другие алгоритм которые могут применяться для сервиса ESP:

"тройной"  DES с тремя ключами,

RC5,

IDEA,

"тройной"  IDEA с тремя ключами,

CAST,

Blowfish.

Как и АН, протокол ESP поддерживает использование значений MAC длиной по умолчанию 96 битов. Так же как и в случае с АН, имеющиеся сегодня спецификации требуют, чтобы любая реализация поддерживала схемы HMAC-MD5-96 и HMAC-SHA-1-96.

4.8 Транспортный режим ESP

Транспортный  режим ESP служит для шифрования и, если нужно, аутентификации данных, пересылаемых по протоколу IP (например, сегмента TCP). Для этого режима в случае с IPv4 заголовок ESP размещается в пакете IP непосредственно перед заголовком транспортного уровня (например, TCP, UDP, ICMP), а концевик (trailer) пакета ESP (содержащий поля заполнителя, длины заполнителя и следующего заголовка) размещается после пакета IP; если же используется функция аутентификации, то поле данных аутентификации ESP добавляется после концевика ESP. Весь сегмент транспортного уровня вместе с концевиком ESP шифруются. Аутентификация охватывает весь шифрованный текст и заголовок ESP.

В контексте IPv6 данные ESP рассматриваются как предназначенный для сквозной пересылки полезный груз, не предполагающий проверку или обработку промежуточными маршрутизаторами. Поэтому заголовок ESP размещается после основного заголовка IPv6 и заголовков расширений транзита, маршрутизации и фрагментации. Заголовок расширения параметров адресата может быть помещен до или после заголовка ESP — в зависимости от требований семантики. В случае IPv6 шифрование охватывает весь сегмент транспортного уровня вместе с концевиком ESP, а также заголовок расширения параметров адресата, если этот заголовок размещается после заголовка ESP. Аутентификация предполагается для шифрованного текста и заголовка ESP.