Sicurezza in rete SSL Patrizio ANGELINI Alessio BROZZI

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

Sommario l l l Introduzione Modelli e meccanismi di sicurezza SSL (Secure Socket Layer) – – – Generalità Architettura Protocolli l l l 2 Handshake Alert Change Cipher Spec Record Conclusioni

Alessio Brozzi l l l Introduzione Modelli e meccanismi di sicurezza SSL – Generalità, obiettivi e funzionalità – – 3 Certificati e PKI Commercio elettronico

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 M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 4

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 5

Meccanismi di sicurezza • Livello applicazione – PGP – S/MIME – Kerberos – HTTPS/SHTTP – SET S/MIME PGP SET HTTPS Kerberos SMTP HTTP UDP TCP IP HTTP FTP • Livello trasporto – SSL (Secure Socket Layer) SMTP SSL TCP IP • Livello rete – IPSec HTTP FTP SMTP TCP IP/IPSEC Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 6

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 email Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 7

Meccanismi di sicurezza livello applicazione (2) • 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 Intro M&M 9 giugno 2005 * MIME è il formato standard dei comuni messaggi di posta elettronica SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 8

Meccanismi di sicurezza livello applicazione (3) • 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 Master. Card International – limitato a messaggi inerenti transazioni commerciali – coinvolge (e certifica) acquirente, venditore e banca del venditore Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 9

Meccanismi di sicurezza livello trasporto • SSL (Secure Socket Layer) – privatezza della comunicazione Øcifratura a chiave simmetrica – autenticazione Server Øutilizzo di certificati digitali per scambio di chiavi – autenticazione Client – integrità dei dati Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 10

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 11

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 Ø versione di SSLv 3 standardizzata dall’IETF Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 12

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 13

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 14

SSL - Funzionalità • Privatezza del collegamento: i dati vengono protetti utilizzando algoritmi di crittografia a chiave simmetrica (ad es. DES, RC 4, 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, MD 5 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 15

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) Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 16

Certificati X. 509 • Un certificato X. 509 contiene varie informazioni, tra cui: – – – Intro numero seriale nome della CA che lo ha emesso periodo di validità nome del soggetto chiave pubblica del soggetto firma della CA M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 17

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) Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 18

Certificati X. 509: Gestione Browser Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 19

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 Ø una CA “root” genera e firma il certificato delle sotto-CA Ø il processo può essere ripetuto per un numero infinito di livelli – deve essere installata su di una macchina sicura Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 20

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 e-mail • 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 21

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 22

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: 1) a consulta il catalogo di b, sceglie la merce da acquistare e attiva la transazione 2) b fornisce ad a la propria chiave pubblica Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 23

Commercio elettronico – esempio (2) 3) 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 4) Il PC di b “automagicamente” : – decodifica k* con la chiave privata di b – con k decodifica m* e ottiene l’ordine 5) La merce viene spedita da b Oss: come effettuare il pagamento? Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 24

Commercio elettronico – esempio (3) Def: Siano dati • a ∈ A : A = { acquirenti con accesso a Internet } • b ∈ V : V = { venditori con catalogo elettronico • cc ∈ C : C su Internet } = { 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 25

I Teorema del pagamento. . . (schema teorico) 2) 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 3) 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 4) b riceve il messaggio da cc ed evade l’ordine TEO: il sistema è sicuro ma informaticamente complesso! Intro La dimostrazione è lasciata per esercizio al lettore… (sugg. : 2 collegamenti indipendenti…) SSL Gen M&M SSL End 9 giugno 2005 G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) 26

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 27

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 28

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 29

Roberto Turchetti l Browser & SSL – l l Architettura SSL Protocollo Handshake – – 30 Esempio Fasi del protocollo Esempio

Browser & SSL Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 31

Esempio (1) Modalità standard per accedere ai siti web connessioni non sicure Il simbolo del lucchetto aperto significa che non c’è sicurezza né criptazione Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 32

Esempio (2) Messaggio che dimostra l’assenza di certificato Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 33

Esempio (3) Si sta procedendo con pagamento mediante carta di credito quindi la sessione diventa protetta Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 34

Esempio (4) Il certificato è stato rilasciato a www. itn. net Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 35

Esempio (5) Quindi i dati della carta di credito NON andranno a United ma a Travelocity. com !! Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 36

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…) Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 37

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL Gen G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 38

SSL - Architettura generale Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G Arch A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 39

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G Arch A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 40

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G Arch A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 41

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 42

Protocollo Handshake (2) 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 43

Protocollo Handshake (3) 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) Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 44

Handshake - Fasi * opzionale Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 45

HS – dettagli (1) Step 1: 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 Cipher. Suite: 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 46

HS – dettagli (2) Step 2: 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 47

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 – Cipher. Suite: 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 48

HS – dettagli (4) • Step 3: 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 Cipher. Suite selezionata. Inoltre il server può richiedere al client un certificato (“Client Certificate Request”). Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 49

HS – dettagli (5) • Step 4: 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 • Step 5: 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 50

HS – dettagli (6) • Step 6: 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 • Step 7: 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 51

HS – dettagli (7) • Step 8: 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. Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 52

Quando non hai capito… Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A HS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 53

Giulia Massimi l Generazione delle chiavi – – l 54 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: MD 5) Impronta (digest) MAC(M, K) Chiave segreta K Fornisce • Autenticità del messaggio M • Integrità del messaggio M Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 55

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=M 1 M 2…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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 56

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 C 1, C 2, …, Cn-1 e usa Cn • invia M 1, M 2, …, Mn e il tag di autenticazione MACk(M) = Cn Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 57

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 58

Generazione del master secret Il master secret viene calcolato tramite una funzione f. PMS(Rclient, Rserver) ovvero una funzione MAC basata sul pre-master secret abbastanza complicata e derivata dalla combinazione di SHA 1 e MD 5. Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 59

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 60

Generazione delle chiavi (1) Il key_block viene calcolato tramite una funzione f. MS(Rclient, Rserver) ovvero una funzione MAC basata sul master secret abbastanza complicata e derivata dalla combinazione di SHA 1 e MD 5. Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 61

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 62

Riassumendo Pre-Master secret Client Random Server Random Intro Master secret write_MAC_secret write_key write_IV M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 63

Considerazioni (1) A seconda degli algoritmi crittografici scelti per la fase di autenticazione esistono diversi modi per generare il premaster 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 64

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A … P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 65

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Alert P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 66

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). Ø fatal determina l’abbattimento della connessione corrente – il secondo contiene il codice che denota lo specifico allarme Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Alert P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 67

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Alert P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 68

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Alert P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 69

Patrizio Angelini l l l 70 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A CCS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 71

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A CCS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 72

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A CCS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 73

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 MD 5 e inviato al server Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A CCS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 74

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 MD 5 e inviato al client Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A CCS P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 75

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Record P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 76

Protocollo Record (2) Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Record P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 77

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 – non deve far aumentare le dimensioni di un blocco di più di 1024 byte Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Record P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 78

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 – – Intro tipo di contenuto (Change cipher, alert, handshake, application) versione principale (per sslv 3 vale 3) versione minore (per sslv 3 vale 0) lunghezza del record (max = 214 + 2048) M&M 9 giugno 2005 SSL G A Record P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 79

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Record P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 80

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Record P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 81

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Record P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 82

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 0 x 36 ripetuto 48 volte per MD 5 o 40 volte per SHA • pad_2 il carattere 0 x 5 c ripetuto lo stesso numero di volte del precedente • seq_num è il numero di sequenza del messaggio • hash è l'algoritmo hash definito nella Cipher. Spec • MAC_write_secret è la sequenza segreta usata come chiave per le operazioni di MAC sui dati inviati Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A Record P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 83

Conclusioni • • Tipi di autenticazione Studi e attacchi a SSL Considerazioni Vantaggi e svantaggi Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 84

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 85

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 86

Studi e attacchi a SSL (2) • 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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 87

Studi e attacchi a SSL (3) • 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 Ø la maggior parte dei furti di numeri di carta di credito avviene sugli host Ø Carlos Salgado, nel 1997, fu in grado di mettere le mani su oltre 100. 000 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! Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 88

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 RC 4 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 RC 4 è obbligata dalla legge USA sull'esportazione degli algoritmi di crittografia Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 89

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 Ø 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 permettere facili aggiornamenti ed il supporto a nuovi algoritmi di crittografia senza stravolgere la struttura di SSL Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 90

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 Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 91

Riferimenti bibliografici • Corso di Reti di calcolatori 2 del Prof. Di Battista • http: //www. dia. unisa. it/professori/ads/corsosecurity/www/CORSO-9900/SSL/ • http: //telemat. die. unifi. it/book/Internet/Security/elab 3. htm • Specifiche del protocollo SSLv 3. 0 in: ftp: //ietf. cnri. reston. va. us/internet-drafts/draft-freier-sslversion 3 -01. txt Intro M&M 9 giugno 2005 SSL G A P Sicurezza in rete – SSL (Angelini, Brozzi, Massimi, Turchetti) End 92