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教科書：資訊與網路安全概論，黃明祥、林詠章著，Mc Graw Hill出版，普林斯頓總經銷淡江大學資管系所侯永昌 1

第十一章網路通訊協定安全淡江大學資管系所侯永昌 2

前言 § 為了確保網路間電腦能夠溝通，網路需要有一通訊協定(Protocol) § TCP/IP (Transmission Control Protocol /Internet Protocol) 是目前網際網路普遍採用的通訊協定標準淡江大學資管系所侯永昌 3

TCP/IP 通訊協定 § TCP/IP是 1970年美國國防部發展分封交換網路(ARPANET)時發表，是一種網路通信協定 § 目前已成為一項國際標準協定 § TCP/IP由一群協定組成，負責處理兩台主機之間的連結與資訊交換 § 細分四個層級(Layer)，每一層都透過呼叫它的下一層所提供的服務來完成自己的需求淡江大學資管系所侯永昌 4

TCP/IP 通信協定四個層級 SMTP TELNET FTP DNS SNMP 應用層 (Application) TCP UDP 傳輸層 (Transport) IP ICMP 網際層 (Internet) 網路介面：驅動程式 (Drivers) 網路介面層 (Interface) 網路硬體：Ethernet、Token Ring等淡江大學資管系所侯永昌 5

OSI網路協定與TCP/IP協定淡江大學資管系所侯永昌 6

應用層 l l TCP/IP 協定的最上層，可相對於OSI的交談層 (session layer)、展示層(presentation layer)與應用層(application layer) 主要提供應用程式資料傳輸的介面根據網路協定(如socket)可在應用層上開發網路通訊相關的應用程式，好讓使用者能利用這些應用程式進行資料傳輸應用層中相關的應用程式有簡易郵件傳輸協定 SMTP、檔案傳輸協定FTP與超文件傳輸協定等HTTP 淡江大學資管系所侯永昌 7

傳輸層 § 由傳輸控制協定(Transmission Control Protocol, TCP)及使用者資料流協定(User Datagram Protocol, UDP)組成 § 提供主機間的資料分割及傳送服務，並確定資料已被送達及接收 § TCP：具備錯誤回復及封包(Packet)重組的能力，提供兩主機之間可信賴的傳輸，接受端收到每一封包均會送出回應 § UDP：是一種非連結協定(Connectionless)，沒有錯誤回復功能及考慮流量控制及可靠性。優點是傳輸速度快，適用在快速查詢回應淡江大學資管系所侯永昌 8

網路層 § 為TCP/IP的第二層，相對於OSI的網路層 § 由網際網路協定(Internet Protocol, IP)及網際網路控制訊息協定(Internet Control Message Protocol, ICMP)組成 § 負擔安排資料封包的傳送或轉送，使每一封包均能順利到達目的地淡江大學資管系所侯永昌 9

網路層的通訊協定 § IP (Internet Protocol) l l l 定義資料單元的格式定義網際網路定址方式(IP Address) 決定資料封包在網路上的傳遞路徑 § ICMP (Internet Control Message Protocol) l 一個網路狀況監視具 § ARP (Address Resolution Protocol) l 透過網路IP位址來找出網路卡的實體位置MAC位址 § RARP (Reverse Address Resolution Protocol) l 協助發送端來找到本身的IP位址淡江大學資管系所侯永昌 10

資料連結層 § 資料連結層也稱為網路介面層(Network Interface Layer) § 負責提供實質網路媒體的驅動程式(Device Drivers)，定義如何使用網路實體(Ethernet) 來傳送資料淡江大學資管系所侯永昌 11

封包(1/2) 在ARPANET上，電腦與電腦間溝通的資料，會先拆解成一定長度的訊息，而這些被拆解出來的訊息，便是封包(Packet)。封包在網路上會以不同的路線傳送到目的地，之後再進行重組，如圖 1所示。因此，ARPANET是屬於一種封包交換的網路。封包是網路通訊的最小單位，將資料切割成封包傳輸，速度較快，且不會影響到其他電腦的運作。

封包(2/2) 圖 1

封包的傳遞與拆裝封包傳遞與拆裝之流程淡江大學資管系所侯永昌 14

利用TCP/IP傳送訊息 TCP負責將訊息切割成適合傳送的小塊資料(Datagram)，在遠端主機重新按順序組合起資料包，並且要負責重送遺失的資料包。故其主功能是用來打包封包和組合封包。 TCP在每一塊資料包的前面加上一個Header，告知IP層此資料包要送達之IP Address。 IP負責為資料包(封包)找到一條可達接收端主機的適當路徑。 IP必須在資料包前加上自己的資料頭，才能讓資料包能藉由各網路上的路由器往前傳送。

TCP/IP資料頭的格式 § TCP資料頭格式包括下列幾個重要欄位： l l 來源埠(Source Port) 目的埠(Destination Port) 資料包序號(Sequence Number) 回執編號(Acknowledge Number) § IP資料頭格式包括下列幾個重要欄位： l l l 來源位址(Source Address) 目的位址(Destination Address) 協定代碼(Protocol Number) 淡江大學資管系所侯永昌 16

Ethernet資料頭格式的重要欄位 § § 來源主機位址(Source Address) 目的主機位址(Destination Address) 類型代碼(Type Code) 檢查碼 (Checksum Code) 淡江大學資管系所侯永昌 17

應用層的網路安全通訊協定 § § § SMTP : 簡易電子郵件傳輸協定 TELNET : 遠端登入協定 FTP : 檔案傳輸協定 DNS : 網域名稱伺服器 SNMP : 簡易網路管理協定淡江大學資管系所侯永昌 18

應用層的網路安全通訊協定(續) § 以資訊為基礎的服務 l l l Gopher：一種選項導向的資訊瀏覽器與伺服器 WAIS：廣域資訊服務，用來索引並蒐尋資料庫檔的服務 WWW/HTTP：通訊協定的資訊系統 § 以遠端程序呼叫為基礎的服務 l l NFS : 網路檔案系統(Network File System) NIS : 網路資訊服務(Network Information Services) 淡江大學資管系所侯永昌 19

網際網路安全架構 SHTTP SSL HTTP UDP 安全評量 GSAPPI PGP Telnet, FTP GSSAPI PEM E-Mail IP SEC IP 作業系統 (OS) 淡江大學資管系所侯永昌 20

PGP安全電子郵件系統 § PGP是 1991年Philip Zimmermann 設計，以公開金鑰演算法為基礎所發展出來的電子郵件傳送具，提供隱密性、資料來源鑑別、資料真確性與不可否認性等服務 § PGP應用下列技術提供電子郵件安全服務： l l 隱密性：採用CBC模式的IDEA加密演算法金鑰管理：應用RSA長度 384、512或 1024位元訊息真確性及數位簽章：使用RSA與MD 5的演算法壓縮：訊息在加密前先用ZIP 2. 0 壓縮，可減少資料量和明文資料的重複性淡江大學資管系所侯永昌 21

PGP 訊息的傳送及接收淡江大學資管系所侯永昌 22

電子郵件系統所使用的符號及其意義淡江大學資管系所侯永昌 23

PGP協定的數位簽章機制 PGP的數位簽章結構圖鑑別性淡江大學資管系所侯永昌 24

PGP協定的訊息加密機制 PGP的訊息加密結構圖機密性淡江大學資管系所侯永昌 25

PGP協定的郵件傳遞流程發送方＝上面應該是RSA加密(EP) 機密、完整、鑑別

PGP協定的郵件傳遞流程(續) 接收方＝上面應該是RSA解密(DP)

SSL安全傳輸協定 § SSL (Secure Socket Layer)是由Netscape於 1995年所發表的網路安全協定。其主要功能是建立瀏覽器與web伺服器間資料傳遞的安全通道 § SSL透過加密的技術來保障交易資料的安全，當用戶端在傳送資料時，便啟動 SSL加密機制 § 「https: //」開頭，即表示具有SSL保護的網頁淡江大學資管系所侯永昌 28

SSL安全傳輸協定(續) § SSL提供的安全服務主要有下列幾項： l l l 提供資料傳送的機密性 (Confidentiality) 提供資料傳送的完整性 (Integrity) 提供使用者與顧客間的身分鑑別機制 (Authenticity) § SSL協定主要分成兩部份： l l SSL紀錄協定(SSL Record Protocol) • 提供資料機密性及完整性兩種服務 SSL交握協定(SSL Handshake Protocol) • 提供使用者與伺服器間的身分驗證機制淡江大學資管系所侯永昌 29

數位憑證格式(1/2) - X. 509 V 3 【憑證版本】標明憑證的版本格式。【序號】由發行的 CA 所指定的獨一無二的號碼, 序號可用來追蹤憑證。【簽章】指明 CA 所支援的加密演算法和訊息摘要函數。【發行者名稱】 CA 的識別名稱 (Distinguished Name, DN)。【有效期間】憑證的開始與終結日期；這並不包含憑證被註銷的可能性。【主體】憑證所有者的 DN。

數位憑證格式(2/2) - X. 509 V 3 【主體的公開金鑰資訊】與主體欄位結合的公開金鑰與演算法。【發行者的唯一識別碼】選擇性欄位, 用來識別憑證的發行者或 CA。RFC 2459 一般不建議使用這個欄位。【主體的唯一識別碼】選擇性欄位, 用來識別憑證主體。 RFC 2459 一般不建議使用這個欄位。【延伸】選擇性欄位, 用來作私下的延伸。這個欄位沒有定義, 但已經包含替代的主體名稱、金鑰用途資訊、以及 CRL 的分發點。【加密的】這個欄位包含真正的簽章、演算法的識別碼、憑證中其它欄位的安全雜湊、以及這個雜湊的數位簽章。

SSL紀錄協定運作過程完整性機密性淡江大學資管系所侯永昌 32

SSL交握協定運作過程淡江大學資管系所侯永昌 33

TLS傳輸層安全協定 § IETF (Internet Engineering Task Force)組織在 1999年發表了傳輸層安全(Transport Layer Security, TLS)協定 § TLS主要是以SSL第三版本為基礎，TLS大部分的記錄格式與SSL相同 l l 僅版本編號的部分有些出入在加密套件與訊息驗證碼的選擇上也有些許不同在亂數的產生方式及訊息驗證碼也有些微出入但基本精神都是一致的淡江大學資管系所侯永昌 34

IPSec § 由於網路層目前多半使用IP作為資料傳輸的協定，但在安全上仍有漏洞，有鑑於此，IETF便積極制定一套網路層的安全通訊協定，稱之為IP安全通訊協定(IP Secure, IPSec) § IPSec主要提供三種安全服務： l l l 鑑別性(Authentication) 機密性(Confidentiality) 金鑰管理(Key Management) § IPSec主要包含兩種協定： l l 確認性標頭協定(Authentication Header, AH)：用來確保來源認證性及資料完整性安全資料封裝協定(Encapsulating Security Payload, ESP)：用來提供資料機密性淡江大學資管系所侯永昌 35

IPSec協定分析 IP Security Architecture RFC 2401/1825 確認性標頭協定 Authentication Header (2402/1826) Keyed MD 5 (1828) HMAC-MD 5 HMAC-SHAI (2403 -2404) Other Transforms 安全資料封裝協定 Encapsulating Security Payloads (2406/1827) DES (2405/2410 2451/1829) Triple DES (1851) Other Transforms 金鑰管理 Key Management IKE (2409) ISAKMP/ Oakley (2408/2412) Other Key Management

IPSec 運作模式 • Transport Mode – 在原 IP Header與 IP Payload間插入 IPSec Header – 適用 Host-to-Host環境 • Tunnel Mode – 在封包前面加上新 IP Header與 IPSec Header – 適用 Gateway-to-Gateway環境

IPSec Transport Mode Host A Router LAN 1 (加密) IPA, IPB Payload IPSec IPA Internet IPSec between Hosts IPA, IPB Payload IPSec IPA Rout er Host B LAN 2 (解密) Payload IPA, IPB

IPSec Tunnel Mode IPSec Gateway X Internet Host A (加密) LAN 1 Payload IPA, IPB IPSec Gateway Y Host B (解密) IPSec between Gateways Payload IPA, IPB IPSec IPX, IPY LAN 2 Payload IPA, IPB

IPSec之確認性標頭協定確認性標頭的格式內容淡江大學資管系所侯永昌 40

IPSec之安全資料封裝協定 IP並不在簽章的範圍內，因此，ESP無法偵測到 IP 標頭是否遭到竄改安全資料封裝協定的格式內容淡江大學資管系所侯永昌 41

IPSec之金鑰管理機制 § 金鑰管理服務的主要目的是在幫助使用者安全地協議出所需的秘密金鑰 § 手動(Manual)金鑰管理： l l 系統管理者以人的方式用自己的金鑰與其他系統的金鑰來設定所需的安全協議適合小型且通訊對象固定的環境來使用 § 自動(Automated)金鑰管理： l l l 安全協議的設定作由系統自動來執行適合大型且通訊對象經常變動的環境中採用改良的Diffie-Hellman 淡江大學資管系所侯永昌 42

Diffie-Hellman的金鑰交換機制 § 讓春嬌和志明能以互動的方式，產生一把相同的祕密金鑰 SK，只要他們有共同同意的 g(與 p互質之原根 )和 p(很大之質數 ) 淡江大學資管系所侯永昌 43

Diffie-Hellman演算法的優缺點 § 優點： l l 祕密金鑰只有在需要時才產生，可以避免許多金鑰保管上的問題金鑰的產生只需少數幾個事先協定好的共同參數，幾乎不需要任何前置作業 § 缺點： l Deffie-Hellman並未要求身分鑑別，攻擊者可以假借「春嬌」的身分不斷的請求交換金鑰，因此容易遭受「藏鏡人」「塞爆」的網路攻擊 • 每次作訊息交換時，都要求附上驗證對方身分的資訊，以確認對方的身分淡江大學資管系所侯永昌 44

如何預防塞爆攻擊？ § 可以利用Cookies 來協助，Cookies為是一64位元的亂數 l l l A 先產生其Cookies (CA)，並傳送給B B 亦產生其Cookies (CB)，將CB連同CA一起傳送給使用者A A 收到之後便將公開金鑰YA連同CA及CB一起傳送給B 同樣地， B也將其公開金鑰YB連同CA及CB一起傳送給A A與B收到對方的公開金鑰後會先去驗證所收到的CA及 CB是否與紀錄上的相同若相同才執行所對應的指數運算，若不同則拒絕處理該訊息淡江大學資管系所侯永昌 45

阻斷服務攻擊 § 阻斷服務攻擊 (Denial-of-Service Attack, Do. S)是目前TCP/IP協定上常見的攻擊方式，其攻擊方式是試圖讓系統的作超過其所能負荷，導致系統癱瘓 § Do. S的攻擊方式可分為下列幾種： l l l 死亡偵測攻擊(Ping-of-Death Attack) 分割重組攻擊(Teardrop Attack) 來源位址欺騙攻擊(Land Attack) 請求氾濫攻擊(SYN Flooding Attack) 回覆氾濫攻擊(Smurf Flooding Attack) 分散式攻擊(Distributed Attack) 淡江大學資管系所侯永昌 46

死亡偵測攻擊 § 藉由傳送一個大於 65, 535位元組的偵測 (Ping)封包給系統，由於系統最大只能接收 65, 535位元組的IP封包，因此一個大於 65, 535位元組的封包將使系統因溢位而發生錯誤 § 雖然通常系統無法接受一個大於 65, 535位元組的封包，但攻擊者還是可以將此封包分解後傳送，然後再到被攻擊系統處組合，進而造成系統癱瘓 § 現今的作業系統大部份都已經可以自動地來淡江大學資管系所侯永昌 47 偵測這類型的攻擊

分割重組攻擊 § 利用封包分割與重組間的落差 (Gap)來對系統進行攻擊 § 當封包的大小超過封包所能傳送的最大單位時，封包就必須進行分割，然後依序地將這些分割後的封包傳輸到目標主機，目標主機收到後，會對這些封包重組 § 刻意製造不正常的封包序列，例如資訊重疊位移或改變封包大小等，使得主機在重組過程因發生錯誤而造成當機淡江大學資管系所侯永昌 48

來源位址欺騙攻擊 • 來源位址欺騙攻擊是利用IP欺騙 (IP Spoofing)的方式來攻擊目標主機 • 攻擊者刻意將目標主機的IP位址附在封包的來源 (Source) IP位址與目的地 (Destination) IP位址這兩個欄位上，使得這個封包的來源及目的地位址都一樣 • 主機在收到這些封包時，由於無法回應訊息給自己而使得系統當機或處理速度變慢淡江大學資管系所侯永昌 49

請求氾濫攻擊 § 是藉由傳送大量SYN封包給目標主機，使得目標主機忙於處理這些封包，而無法正常地提供合法使用者服務 § SYN封包是當使用者要跟目標主機通訊時，會先送出一個 SYN封包來要求目標主機進行通訊，目標主機收到後會回應一個SYN-ACK封包給使用者，使用者再送一個ACK封包給目標主機確認 § 然後才開始進行通訊協議。攻擊者就送出多個SYN封包給目標主機，主機以為要進行通訊便開啟一個通訊埠並傳送 SYN-ACK訊息給使用者，並等待使用者回覆ACK封包 § 這個等待必須等到該封包溢時 (Overflow)才會移除，若一個時段內有多個這樣的等待事件，則會使得系統處理速度變緩慢淡江大學資管系所侯永昌 50

回覆氾濫攻擊 § 攻擊者傳送一連串Ping封包(或 ICMP echo messages)給一個第三者 § 然後以IP欺騙的方式將之送給第三者的這些封包上之來源位址改為受攻擊主機的IP位址 l l 第三者會誤以為這些封包是由這個受害主機所傳送過來的，因此將回覆封包傳送給這個受害主機由於Ping封包會要求路由器對網路廣播，使得網路上充滿了要求及回應封包，進而讓網路壅塞甚至中斷淡江大學資管系所侯永昌 51

分散式攻擊 § 指多個遠端主機在同一時段內傳送許多訊息給目標主機，使得目標主機在短時間內因收到大量的訊息而癱瘓(DDo. S) § 另一種分散攻擊方式是針對網路來進行攻擊，其攻擊方式就是在網路上傳輸許多訊息，藉以浪費頻寬，造成網路壅塞，這種攻擊雖不致會對電腦主機造成傷害，但能使合法的使用者無法正常地存取資料 § 一般來說分散式阻斷服務攻擊是很難防範的，因為由這些分散主機所做的傳輸都跟正常的使用者無異，因此系統很難去分辨真假淡江大學資管系所侯永昌 52

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