Lập Trình an toàn - Secure programming
•
2 likes•2,441 views
Một số kiến thức về an toàn mạng, an ninh mạng, lập trình an toàn ngôn ngữ C++
Recommended
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Similar to Lập Trình an toàn - Secure programming
Similar to Lập Trình an toàn - Secure programming (20)
Lập Trình an toàn - Secure programming
- 1. Lương Ánh Hoàng hoangla@soict.hut.edu.vn LẬP TRÌNH AN TOÀN Secure Programming
- 2. • Cung cấp các kiến thức, kỹ thuật cơ bản để xây dựng các ứng dụng an toàn. Mục đích 2
- 3. • Yêu cầu về kiến thức: – An ninh mạng – Ngôn ngữ lập trình C/C++. • Lên lớp đầy đủ Yêu cầu 3
- 4. • Thời lượng: 45 tiết – Lý thuyết: 30 tiết – Bài tập:15 tiết Thời lượng môn học 4
- 5. • Secure Program Cookbook for C and C++, Matt Messier, John Viega, O'Reilly 2003. Tài liệu 5
- 6. • Chương 1. Kiểm tra đầu vào • Chương 2. Kiểm soát truy nhập • Chương 3. Kiểm soát xung đột • Chương 4. Mã hóa đối xứng • Chương 5. Hàm băm và xác thực thông điệp • Chương 6. Mã hóa công khai • Chương 7. Anti-‐Tampering • Chương 8. Các vấn đề khác Nội dung 6
- 7. 7
- 8. • Bài tập lớn: 70% • Quá trình: 30% Đánh giá 8
- 9. Lương Ánh Hoàng hoangla@soict.hut.edu.vn Chương 1. Kiểm tra đầu vào Input Validation
- 10. 1.1 Nguyên tắc kiểm tra. 1.2 Các hàm định dạng xâu (string formatting) . 1.3 Tràn bộ đệm. 1.4 Tràn số học. 1.5 Kiểm tra tên }ile và đường dẫn. 1.6 Giải mã URL 1.7 Cross-‐Site Scripting 1.8 SQL Injection Nội dung 10
- 11. • Luôn luôn giả định dữ liệu đầu vào là không đáng tin cậy – Dữ liệu từ mạng trong mô hình client-‐server – Dữ liệu từ người dùng – Dữ liệu từ tệp tin – … • Ưu tiên loại bỏ dữ liệu hơn là cố gắng sửa chữa dữ liệu. • Thực hiện kiểm tra đầu vào tại nhiều cấp, nhiều điểm – Kiểm tra đầu vào ở các hàm – Kiểm tra đầu vào giữa các module. – … • Không tiếp nhận lệnh trực tiếp từ người dùng nếu chưa qua kiểm tra. • Kiểm tra các ký tự đặc biệt, dấu nháy. • Tìm hiểu và sử dụng cơ chế trích dẫn (quoting mechanism) nếu cần. • Càng hiểu về dữ liệu bao nhiêu càng lọc được tốt bấy nhiêu. 1.1 Các nguyên tắc kiểm tra 11
- 12. • Họ các hàm printf() , syslog() cho phép định dạng dữ liệu rất mềm dẻo và mạnh mẽ tuy nhiên cũng cực kỳ nguy hiểm. • Thận trọng khi sử dụng “%n” – Tham số %n cho phép ghi ra số lượng ký tự đã kết xuất được ra một địa chỉ bất kỳ chỉ ra trong tham số tương ứng. Nếu không tồn tại tham số nào thì printf sẽ ghi đè lên một vùng nào đó thuộc stack của luồng đang thực thi. – VD. int counter = 0; printf(“Hello%n”,&counter); // OK, counter = 5 printf(“Hello%n”); // Nguy hiểm !!! • Không sử dụng trực tiếp xâu định dạng từ nguồn bên ngoài – Xâu định dạng có nguồn gốc từ ngoài chương trình có thể có một vài ký tự đặc biệt mà chương trình chưa lường trước được, hoặc không có tham số thay thế tương ứng. – VD. char str[1024]; gets(str); printf(“Xin chao:”); printf(str); // Nguy hiểm !!! printf(“%s”,str); // OK 1.2 Các hàm định dạng xâu 12
- 13. • Thận trọng khi sử dụng sprintf, vsprintf với “%s” – Các hàm trên đều giả định kích thước bộ đệm cho xâu đích là vô hạn. – Nên chỉ rõ số lượng ký tự tối đa sẽ sử dụng khi dùng với %s. – Nên sử dụng snprintf, vsnprintf nếu có thể. – VD char str[1024]; char dst[32]; gets(str); sprintf(dst,”Xau vua nhap vao la %s”,str); // Nguy hiểm sprintf(dst,”Xau vua nhap vao la %.16s”,str); // OK snprintf(dst,32,”Xau vua nhap vao la %s”,str);// OK 1.2 Các hàm định dạng xâu 13
- 14. • Tràn bộ đệm (Buffer Over}low): copy dữ liệu vượt quá biên của một bộ đệm nào đó => đè lên vùng nhớ của biến (cấu trúc) khác. • Phần lớn các hàm xử lý xâu trong C đều không thực hiện kiểm tra biên của bộ đệm: gets, strcpy, … • VD1: Dữ liệu bị hỏng int x = 0; char buff[8]; strcpy(buff,”Hello AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA”); printf(“%d”,x); • VD2: Stack bị hỏng char name[8]; gets(name); printf(name); 1.3 Tràn bộ đệm 14
- 15. • VD3: Không trở về được từ chương trình con void Hello() { char name[8]; printf(“What is your name ?”); gets(name); printf(“Hello %s !”, name); } void main() { Hello(); printf(“Bye”); } 1.3 Tràn bộ đệm 15
- 16. • VD4: Tấn công có chủ ý trên bộ đệm void Bye() { printf(“Bye”); } void Hello() { void (*p)() = Bye; char name[8]; printf(“What is your name ?”); gets(name); printf(“Hello %s !”, name); p(); } void main() { Hello(); } 1.3 Tràn bộ đệm 16
- 17. • Giải pháp: – Sử dụng các hàm strncpy, memcpy…và những hàm có kiểm soát kích thước bộ đệm một cách tường minh. – Sử dụng Stack Guard trong các trình biên dịch hỗ trợ. – Sử dụng DEP (Data Execution Preventation) trên hệ điều hành hỗ trợ. – Sử dụng ASLR (Address Space Layout Randomization) trên trình biên dịch và hệ điều hành hỗ trợ. 1.3 Tràn bộ đệm 17
- 18. • Dữ liệu nhận về có thể có sai sót trong trường liên quan đến kích thước. • Các thao tác liên quan đến số nguyên lớn có thể bị tràn, lẫn lộn giữa số nguyên không dấu và có dấu • VD1: Tràn số unsigned int x = 0xFFFFFFFF; // MAX_INT if ( x+5 > 5 ) printf (“X > 0” ) else printf(“X < 0”); • VD2: Dùng sai kiểu có/không dấu if (x < MAX_SIZE) { // x, số byte cần cấp phát tùy theo giải thuật tính được if (!(ptr = (unsigned char *)malloc(x))) abort( ); } else { /* Handle the error condition ... */ } 1.4 Tràn số học 18
- 19. • Dữ liệu nhận về có thể là tên }ile, ứng dụng cần xác định đường dẫn tuyệt đối nếu cần thiết. • Dùng hàm realpath() trên Unix/Linux và GetFullPathName trên Windows. • Sử dụng realpath() § Nguyên mẫu: char *realpath(const char *pathname, char resolved_path[MAXPATHLEN]); § Thận trọng: Có thể tràn resolved_path và không thread-‐safe. § Thư viện: stdlih.h § VD char resolved[1024]; char * result = realpath("printf.c",resolved); printf("%s",result); 1.5 Kiểm tra tên qile và đường dẫn 19
- 20. • Sử dụng GetFullPathName() § Thư viện: windows.h § Nguyên mẫu: DWORD GetFullPathName(LPCTSTR lpFileName, DWORD nBufferLength, LPTSTR lpBuffer, LPTSTR *lpFilePath); § VD: int nBufferLen = 0; LPTSTR lpBuffer; nBufferLen = GetFullPathName(L"test.c",0,0,0); if (nBufferLen>0) { lpBuffer = new TCHAR[nBufferLen+1]; GetFullPathName(L"test.c",nBufferLen,lpBuffer,0); wprintf(L"%s",lpBuffer); } 1.5 Kiểm tra tên qile và đường dẫn 20
- 21. • RFC 1738 quy định cách mã hóa các ký tự không nhìn thấy được trong URL dưới dạng “%<Mã hexa>”. • VD: http://m%61il.google.com http://m%25%36%31il.google.com • Cách giải mã: duyệt từ đầu đến cuối , tìm các ký tự % và thay thế bằng mã ASCII tương ứng. • Không sử dụng các hàm xử lý xâu chuẩn vì có thể có ký tự NULL trong URL. 1.6 Giải mã URL 21
- 22. • Cross-‐Site Scripting (XSS) là hình thức tấn công vào trình duyệt người dùng bắt nguồn từ việc kiểm tra lỏng lẻo từ server. • Có thể dẫn đến thất thoát thông tin nhạy cảm: mật khẩu, session, cookie… • Thực hiện bằng cách chèn mã HTML/JAVASCRIPT vào dữ liệu sẽ hiển thị ra trình duyệt => đoạn mã sẽ chạy trên trình duyệt của nạn nhân. • VD. Một ứng dụng web có hai trang – Hello.php: Hiển thị form và nhận tên của người dùng. – Chao.php: hiển thị tên nhận được lại cho người dùng. 1.7 Cross-‐Site Scripting 22
- 23. • File Hello.php <HTML> Xin chào, vui lòng nhập tên bạn <FORM action="chao.php" method=“POST"> <input type="text" name="name"/><br/> <input type="submit" value="Submit"> </FORM> </HTML> • File Chao.php <?PHP echo "Xin chao ".$_POST['name']; ?> • Demo • Với tên là : Secure • Với tên là: Secure <script>alert('XSS was found !');</script> • Với tên là: Secure <s%63ript>alert(‘Hacked’);</s%63ript> • Giải pháp: Lọc bỏ các thẻ HTML khỏi dữ liệu từ người dùng. Mỗi ngôn ngữ lập trình có một cách riêng. 1.7 Cross-‐Site Scripting 23
- 24. • SQL Injection: Tấn công vào CSDL thông qua dữ liệu nhập từ trình duyệt. • Lợi dụng việc kiểm tra lỏng lẻo từ đầu vào, chèn mã lệnh SQL vào các truy vấn đến CSDL của ứng dụng web. • Thường lợi dụng dấu nháy “ ‘ “ để kết thúc câu truy vấn SQL hoặc thêm các câu truy vấn khác. • VD: Lệnh so sánh tên và mật khẩu trong SQL – select * from users where username = ‘$user’ and password = ‘$pass’ – Nếu $user hoặc $pass chứa dấu “’” thì SQL sẽ hiểu nhầm nội dung truy vấn… • Các kỹ thuật khai thác: An ninh mạng • VD: Một ứng dụng web muốn kiểm tra tên và mật khẩu gồm hai trang – ask.php: Hiện form đăng nhập và thu nhận tên, mật khẩu – login.php: Kết nối đến CSDL và kiểm tra 1.8 SQL Injection 24
- 25. • VD (tiếp – File ask.php <HTML> Vui long nhap ten va mat khau <FORM action="login.php" method="GET"> Ten: <INPUT type="text" name="user"/><BR/> Mat khau:<INPUT type="text" name="pass"/><BR/> <INPUT type="submit" name="Submit"> </FORM> 1.8 SQL Injection 25
- 26. • VD (tiếp) – File login.php <?PHP $db_server = "localhost"; $db_username= "root"; $db_password= "123456"; $db = "test"; $table = "users"; $conn = mysql_connect($server,$db_username,$db_password); if (!$conn) { echo "Khong ket noi dc den CSDL"; return; } $ret = mysql_select_db($db,$conn); 1.8 SQL Injection 26
- 27. if (!$ret) { echo "Khong ton tai CSLD tuong ung"; return; } $user = $_GET['name']; $pass = $_GET['pass']; $sql = "select * from $table where username='$user' and password='$pass'"; echo $sql; $ret =mysql_query($sql,$conn); if (mysql_num_rows($ret)>0) echo "Dang nhap thanh cong"; else echo "Sai ten hoac mat khau"; ?> 1.8 SQL Injection 27
- 28. • Tấn công – username = a’ or ‘1’=‘1 – password = b’ or ‘1’=‘1 – … • Phòng chống – Loại bỏ tất cả các dấu ‘ và các ký tự đặc biệt nếu cần. – Sử dụng escaped string • Với php/mysql: mysql_real_escape_string, hoặc thêm ‘’. • Với SQL server: thêm ký tự ‘ trước ký tự đặc biệt. • Với Oracle DB: thêm ký tự ‘’ trước ký tự đặc biệt. 1.8 SQL Injection 28
- 29. Lương Ánh Hoàng hoangla@soict.hut.edu.vn Chương 2. Kiểm soát truy nhập Access Control
- 30. 2.1 Cơ chế kiểm soát truy nhập trên Unix/Linux 2.2 Cơ chế kiểm soát truy nhập trên Windows 2.3 Hạ thấp quyền truy nhập của tiến trình 2.4 Xóa }ile an toàn 2.5 Hạn chế quyền truy nhập trên }ile 2.6 Khóa }ile 2.7 Tạo }ile tạm 2.8 Hạn chế truy nhập đến hệ thống }ile Nội dung 30
- 31. • Trên Unix/Linux tất cả các tài nguyên đều được coi là }ile: tệp tin, ổ đĩa, bộ nhớ, thiết bị…. • Mỗi }ile kiểm soát bởi user id và group id. • Mỗi tiến trình có ba quyền: effective user id, real user id, saved user id. Effective user id được sử dụng trong phần lớn các kiểm tra. • Mỗi tiến trình cũng thuộc về ba nhóm: effective group id, real group id, saved group id. • Có ba loại quyền • Đọc (read) • Ghi (write) • Thực thi (execute) 2.1 Cơ chế kiểm soát truy nhập trên Unix/ Linux 31
- 32. • Mỗi }ile sẽ có ba nhóm quyền tương ứng với: user id, group id, và other. -‐rwxr-‐xr-‐x 1 Luong Anh Hoang None 17964 Aug 28 23:45 test.exe • Khi tiến trình tạo một }ile hoặc tài nguyên, hệ thống sẽ gán user id và group id cho }ile mới đó bằng effective user id và effective group id của tiến trình. • Khi tiến trình truy nhập một }ile hoặc tài nguyên, hệ thống sẽ lần lượt so sánh user id, group id của tiến trình và }ile và chọn ra tập quyền tương ứng. Nếu không khớp thì lớp quyền thứ 3 sẽ được sử dụng. 2.1 Cơ chế kiểm soát truy nhập trên Unix/ Linux 32
- 33. • Mỗi }ile cũng có thể có 3 bit đặc biệt • Sticky. Nếu bit này được thiết lập, người dùng sẽ không thể xóa hay đổi tên }ile của người khác nằm trong thưc mục mà người dùng quản lý. Mặc định là không được thiết lập. • Setuid: Bit này liên quan đến quá trình tạo một tiến trình mới. Nếu bit này được thiết lập, tiến trình được tạo từ }ile này sẽ không kế thừa quyền từ tiến trình cha, mà sẽ có quyền từ user id của chính }ile đó. • Setgid: • Đối với }ile thực thi, nếu bit này được thiết lập thì một tiến trình mới được tạo sẽ có quyền từ groupd id của }ile đó chứ không kế thừa từ tiến trình cha (tương tự Setuid). • Đối với thưc mục, nếu bit này được thiết lập thì các }ile tạo trong thư mục này sẽ có groupd id của thư mục cha, chứ không kế thừa từ tiến trình tạo ra }ile đó. 2.1 Cơ chế kiểm soát truy nhập trên Unix/ Linux 33
- 34. • Windows sử dụng ACL: Access Control List để phân quyền tài nguyên. • Các tài nguyên của Windows: }ile, registry, mutex, event, IPC… được kiểm soát thông qua DACL và SACL. • DACL là danh sách các ACE, mỗi ACE là một luật quy định một quyền hạn cụ thể. • DACL rỗng tương đương với việc tất cả mọi người có toàn quyền truy nhập tới đối tượng. • Mỗi ACE bao gồm 3 thông tin: • SID: Đại diện cho một user hay một group trong hệ thống • Quyền truy nhập • Giá trị boolean tương ứng với cho phép hay không cho phép. 2.2 Cơ chế kiểm soát truy nhập trên Windows 34
- 35. • Các quyền truy nhập 2.2 Cơ chế kiểm soát truy nhập trên Windows 35 TÊN Diễn giải DELETE The ability to delete the object READ_CONTROL The ability to read the object's security descriptor, not including its SACL SYNCHRONIZE The ability for a thread to wait for the object to be put into the signaled state; not all objects support this functionality WRITE_DAC The ability to modify the object's DACL WRITE_OWNER The ability to set the object's owner GENERIC_READ The ability to read from or query the object GENERIC_WRITE The ability to write to or modify the object GENERIC_EXECUTE The ability to execute the object (applies primarily to }iles) GENERIC_ALL Full control
- 36. • Ví dụ ACE • DENY GENERIC_ALL Everyone: Cấm mọi quyền với group Everyone • ALLOW GENERIC_WRITE Marketing: Cho phép nhóm group Marketing được quyền ghi • Mỗi đối tượng đều có một Owner, chính là người tạo ra đối tượng. • Owner có toàn quyền với đối tượng bất kể trong DACL có cấm hay không. • Owner có thể bị chiếm bởi user khác. 2.2 Cơ chế kiểm soát truy nhập trên Windows 36
- 37. • Nếu một tiến trình có đặc quyền cao, thực hiện các thao tác nguy hiểm => cần hạ thấp quyền trước khi thực hiện. • Tiến trình có thể kiểm tra real user id, real group id bằng lệnh getuid (), getgid(). Đây là các đặc quyền kế thừa từ tiến trình cha. • Tiến trình có thể kiểm tra effective user id và effective group id bằng lệnh geteuid() và getegid(). Đây thường là user id có đặc quyền cao hơn (do được khởi chạy từ super user, hoặc các bit setuid được bật). • Tiến trình từ bỏ đặc quyền bằng việc thiết lập group mới chính là real user id qua lệnh • setgroups(): Thiết lập lại nhóm của tiến trình. • setegid(): Thiết lập lại effective group id của tiến trình. • seteuid(): Thiết lập lại effective user id của tiến trình. 2.3 Hạ thấp quyền truy nhập của tiến trình 37
- 38. • Thông thường, một }ile sau khi xóa sẽ được hệ điều hành đánh dấu là xóa, nội dung chưa hoàn toàn bị loại bỏ trên đĩa. • Giải pháp • Ghi đè thông tin khác nhiều lần lên đĩa. • Ghi đè dữ liệu ngâu nhiên nhiều lần lên đĩa. • Ghi đè sử dụng mẫu định sẵn lên đĩa. • Sau mỗi chu kỳ ghi, sử dụng fsync để đồng bộ với đĩa, vô hiệu hóa cơ chế cache. Hoặc lệnh f}lush() nếu sử dụng thư viện C. • Một vài mẫu được sử dụng • static unsigned char single_pats[16] = { 0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88, 0x99, 0xaa, 0xbb, 0xcc, 0xdd, 0xee, 0xff }; • static unsigned char triple_pats[6][3] = { { 0x92, 0x49, 0x24 }, { 0x49, 0x24, 0x92 }, { 0x24, 0x92, 0x49 }, { 0x6d, 0xb6, 0xdb }, { 0xb6, 0xdb, 0x6d }, { 0xdb, 0x6d, 0xb6 } }; 2.4 Xóa qile an toàn 38
- 39. • Unix/Linux sử dụng umask cho mỗi tiến trình để vô hiệu hóa một vài bit khi tiến trình tạo }ile. • Hàm fopen, open luôn luôn tạo }ile với quyền 666. • Giả sử tiến trình muốn tạo }ile với quyền 666: requested_permissions = 0666; actual_permissions = requested_permissions & ~umask( ); • Ứng dụng thay đổi umask bằng hàm umask() trước khi thực hiện lời gọi tạo }ile. #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> mode_t umask(mode_t mask); 2.5 Hạn chế quyền truy nhập trên qile 39
- 40. • Tiến trình muốn kiểm soát truy nhập trên một phần của }ile hay toàn bộ }ile để tránh xung đột khi có nhiều tiến trình cùng truy nhập trên }ile. • Unix/Linux cung cấp cơ chế khóa mềm: Mọi tiến trình đều có quyền giành được khóa và thao tác trên }ile, tuy nhiên không phải tiến trình nào cũng tuân thủ theo khóa và có thể phá hỏng dữ liệu của tiến trình khác. • Windows thực hiện vấn đề này tốt hơn bằng khóa cứng. Có hai loại khóa: • Shared Lock: Cho phép các tiến trình khác (kể cả tiến trình giành được khóa) đọc nhưng không được ghi vào một phần đã khóa của }ile. • Exclusive Lock : Cấm tất cả các tiến trình khác không được đọc hay ghi vào phần đã khóa của }ile. Tiến trình giành được khóa có quyền đọc hoặc ghi vào }ile. 2.6 Khóa qile 40
- 41. • Các hàm khóa }ile trên Windows • LockFile, UnlockFile: Khóa và mở khóa đồng bộ, sẽ không trở về đến khi giành được khóa hoặc mở được khóa. • LockFileEx, UnlockFileEx: Khóa và mở khóa đồng bộ hoặc bất đồng bộ. • Khóa }ile cũng có thể xác định lúc tạo lập/truy nhập }ile thông qua hàm CreateFile. • Đoạn chương trình sau sẽ mở một }ile để đọc với chế độ Shared Lock. char buff[1024]; DWORD bytesRead = 0; HANDLE fileHandle = NULL; fileHandle = CreateFile(L"C:SecureProgrammingTest.txt", GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, 0, OPEN_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, 0); 2.6 Khóa qile 41
- 42. • VD (tiếp) ReadFile(fileHandle,buff,128,&bytesRead,0); buff[bytesRead] = 0; printf("File content:%sn",buff); LockFile(fileHandle,0,0,100,0); // Exclusive Lock printf("File is locked, press any key to unlock...n"); getch(); UnlockFile(fileHandle,0,0,100,0); printf("File is unlockedn"); getch(); CloseHandle(fileHandle); 2.6 Khóa qile 42
- 43. • Ứng dụng tạo }ile tạm để lưu trữ thông tin tạm thời của chương trình. • File tạm nên được tạo lập một cách an toàn, và xóa khi kết thúc chương trình. • Trên unix/linux: • Hàm mkstemp() có thể sử dụng để tạo }ile tạm với tên ngẫu nhiên. • Ứng dụng cần xóa }ile theo tên, ngay sau lời gọi mkstemp để đảm bảo không tiến trình nào truy nhập được. • Sau khi tiến trình kết thúc một cách bình thường/không bình thường, }ile tạm sẽ không thể truy nhập được nữa. • VD char szPath[] = “fileXXXXXX"; int fd; fd = mkstemp(szPath); unlink(szPath); printf("Temperary file created, press any key to continue..."); write(fd,"Hello",5); close(fd); 2.7 Tạo qile tạm 43
- 44. • Trên Windows: • Không có hàm tương đương mkstemp() • GetTempFileName() sinh tên }ile ngẫu nhiên nhưng dễ đoán. • GetTempPath() lấy đường dẫn đến thư mục tạm của người dùng hiện tại. • Tạo }ile bằng hàm CreateFile với hai thuộc tính FILE_ATTRIBUTE_TEMPORARY và FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE • VD HANDLE }ileHandle = NULL; }ileHandle = CreateFile(L"C:SecureProgrammingTmp.txt", GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, 0, OPEN_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_TEMPORARY| FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE, 0); 2.7 Tạo qile tạm 44
- 45. • Trên Unix/Linux, ứng dụng có thể tự giới hạn phạm vi truy nhập hệ thống tệp tin của mình bằng lệnh chroot() • Sau khi gọi chroot(): • Tiến trình không thể mở rộng phạm vi truy nhập bằng lệnh chroot lần nữa.. • Tiến trình chỉ có thể thu hẹp hơn nữa phạm vi truy nhập của mình. • Tiến trình phải chủ động gọi thêm chdir() để lệnh chroot có hiệu lực. • VD: #include <unistd.h> chroot("/new/root/directory"); chdir("/"); 2.8 Hạn chế truy nhập đến hệ thống qile 45
- 46. Lương Ánh Hoàng hoangla@soict.hut.edu.vn Chương 3. Kiểm soát xung đột Synchronization Technique
- 47. 3.1 Khái niệm 3.2 Đoạn găng (Critical Section). 3.3 Đèn hiệu (Semaphore) 3.4 Mutex 3.5 Event 3.6 SRW Lock Nội dung 47
- 48. § Xung đột là vấn đề phát sinh khi nhiều luồng của chương trình chạy trên bộ vi xử lý đa nhân cùng truy nhập một tài nguyên hệ thống. § Ví dụ 3.1 Khái niệm 48 int x = 0; DWORD WINAPI Thread(LPVOID lpParam) { for (int i=0;i<2000000;i++) x++; return 0; } int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL,NULL,Thread,NULL,NULL,NULL); HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL,NULL,Thread,NULL,NULL,NULL); WaitForSingleObject(hThread1,INFINITE); WaitForSingleObject(hThread2,INFINITE); printf("X=%d",x); getch(); return 0; }
- 49. § Đoạn găng (Critical Section) là đoạn chương trình được bảo vệ bởi hệ điều hành sao cho tại mọi thời điểm chỉ có một luồng được phép thực thi. § Sử dụng § Khai báo: CRITICAL_SECTION cs § Khởi tạo: InitializeCriticalSection(&cs) § Sử dụng EnterCriticalSection(&cs) // Bắt đầu đoạn găng … // Kết thúc đoạn găng LeaveCriticalSection(&cs) // DeleteCriticalSection(&cs) § Ví dụ § Đặc điểm: chỉ có tác dụng trong cùng một tiến trình 3.2 Đoạn găng 49
- 50. § Đèn hiệu (Semaphore) dùng để giới hạn số lượng luồng tối đa được phép thực thi cùng một đoạn chương trình. § Sử dụng § Khai báo: HANDLE hSemaphore § Khởi tạo: hSemaphore = CreateSemaphore(NULL,5,5,NULL) § Sử dụng WaitForSingleObject(hSemaphore, 0L) // … // ReleaseSemaphore(hSemaphore,1,NULL) // CloseHandle(hSemaphore) § Ví dụ § Đặc điểm § Dùng chung được giữa các tiến trình § Tốc độ chậm hơn CRITICAL_SECTION 3.3 Đèn hiệu 50
- 51. § Mutex dùng để bảo vệ tài nguyên của chương trình, tại một thời điểm chỉ cho phép một luồng của một tiến trình truy nhập. § Sử dụng § Khai báo: HANDLE hMutex; § Khởi tạo: hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL) § Sử dụng WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE) // … // ReleaseMutex(hMutex) § Ví dụ § Đặc điểm § Chậm hơn CRITICAL_SECTION § Có thể đồng bộ giữa các tiến trình 3.4 Mutex 51
- 52. § Event dùng đồng bộ hoạt động của các luồng thông qua cơ chế báo hiệu. § Sử dụng § Khai báo: HANDLE hEvent; § Khởi tạo: hMutex = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, “MyEvent”) § Sử dụng WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE) // … SetEvent(hEvent) // Báo hiệu các luồng khác ResetEvent(hEvent) // Chặn các luồng khác … // CloseHandle(hEvent) § Ví dụ 3.5 Event 52
- 53. § SRW Lock (Slim Reader Writer Lock )dùng đồng bộ hoạt động của các luồng thông tương tự như đoạn găng § Sử dụng § Khai báo: SRWLOCK lock; § Khởi tạo: InitializeSRWLock(&lock); § Sử dụng AcquireSRWLockShared(&lock) AcquireSRWLockExclusive(&lock) // … // ReleaseSRWLockShared(&lock) ReleaseSRWLockExclusive(&lock) § Ví dụ 3.5 SRW Lock 53
- 54. 1. Viết chương trình chat Client và Server với kênh truyền đã mã hóa bằng thuật toán AES-‐256, sử dụng thư viện OpenSSL và CryptoAPI. Mật khẩu mã hóa là : 123456. Việc mã hóa và việc nhận dữ liệu được thực hiện đồng thời trên 2 luồng riêng biệt, sử dụng cơ chế đồng bộ CRITICAL_SECTION 2. Viết chương trình mã hóa và giải mã tệp tin theo thuật toán AES-‐256, với tên nhập từ bàn phím, mật khẩu mã hóa là :nopass. Sử dụng thư viện OpenSSL và CryptoAPI Bài tập 54
- 55. Lương Ánh Hoàng hoangla@soict.hut.edu.vn Chương 4. Mã hóa đối xứng Symmetric Crytography
- 56. 4.1 Biểu diễn khóa 4.2 Chuyển đổi chuỗi hexa và khóa nhị phân. 4.3 Mã hóa và giải mã Base64 4.4 Các phương pháp mã hóa đối xứng 4.5 Mã hóa đối xứng với OpenSSL 4.6 Mã hóa đối xứng với Microsoft Crypto API Nội dung 56
- 57. • Khóa đối xứng: Một số rất lớn sử dụng để mã hóa và giải mã thông điệp. • Biểu diễn khóa: • Phân tách thành các byte và lưu dưới dạng một mảng. unsigned char key[KEYLEN_BYTES] • Biểu diễn dưới dạng số nguyên lớn nếu khóa có chiều dài 64-‐bit long long key • Biểu diễn dưới dạng chuỗi chữ số hexa char key[]=“AF12B5C7E0…” • Biểu diễn dưới dạng xâu ASCII (mật khẩu). char key[]=“secret!!!” • Lưu ý về tính “endian” của máy thực hiện mã hóa. 4.1 Biểu diễn khóa 57
- 58. • Chuyển đổi khóa nhị phân sang dạng chuỗi chữ số hexa #define MAX_KEY_LEN 32 unsigned char key[MAX_KEY_LEN]; char result[MAX_KEY_LEN*2+1]; for (int i=0;i<MAX_KEY_LEN;i++) sprintf(result+i*2,"%2X",key[i]); printf("Key:%s",result); 4.2 Chuyển đổi chuỗi hexa và khóa nhị phân 58
- 59. • Chuyển đổi chuỗi hexa sang khóa nhị phân char Hex2Dec(char c) { if (('a'<=c)&&(c<='z')) return c -‐ 'a'+10; if (('A'<=c)&&(c<='Z')) return c -‐ 'A'+10; if (('0'<=c)&&(c<='9')) return c -‐ '0'; return -‐1; } … #define MAX_KEY_LENGTH 32 char hexa[]="AF125C4D8E"; unsigned char key[MAX_KEY_LENGTH]; int keylen = strlen(hexa); char c1,c2; if ((keylen%2!=0)||(keylen/2 > MAX_KEY_LENGTH)) printf("Invalid key length"); keylen = keylen/2; for (int i=0;i<keylen;i++) { c1 = Hex2Dec(hexa[i*2]); c2 = Hex2Dec(hexa[i*2+1]); if ((c1==-‐1)||(c2==-‐1)) { printf("Invalid character !!!"); break; }; key[i] = (c1<<4)|c2; }; 4.2 Chuyển đổi chuỗi hexa và khóa nhị phân 59
- 60. • Mã hóa Base64 • Sử dụng 6-‐bit để mã hóa dữ liệu và biểu diễn dưới dạng các chữ cái ASCII. • Cứ 3 byte dữ liệu vào sẽ được biểu diễn thành 4 byte dữ liệu ra. • Các ký tự ra nằm trong khoảng: • ‘A’ – ‘Z’ tương đương các giá trị của từ mã từ 0-‐25. • ‘a’ – ‘z’ tương đương các giá trị của từ mã từ 26-‐51. • ‘0’-‐ ‘9’ tương đương các giá trị từ mã từ 52-‐61. • ‘+’ , ‘-‐’ tương ứng với các giá trị mã 62,63. • Nếu dữ liệu vào có kích thước không chia hết cho 3 sẽ thì được thêm vào bằng ký tự ‘=‘. • VD Dữ liệu gốc: ‘A’ – 0100.0001 Dữ liệu mã hóa dạng Base64: 010000.010000.000000.000000 ~ QQ== Dữ liệu gốc: ‘AA’ – 0100.0001.0100.0001 Dữ liệu mã hóa dạng Base64: 010000.010100.000100.000000 ~ QUE= Dữ liệu gốc: ‘AAA’ – 0100.0001.0100.0001.0100.0001 Dữ liệu dạng mã hóa Base64: 010000.010100.000101.000001 ~ QUFB 4.3 Mã hóa và giải mã Base64 60
- 61. • Mã hóa Base64 4.3 Mã hóa và giải mã Base64 61 Value Char Value Char Value Char Value Char 0 A 16 Q 32 g 48 w 1 B 17 R 33 h 49 x 2 C 18 S 34 i 50 y 3 D 19 T 35 j 51 z 4 E 20 U 36 k 52 0 5 F 21 V 37 l 53 1 6 G 22 W 38 m 54 2 7 H 23 X 39 n 55 3 8 I 24 Y 40 o 56 4 9 J 25 Z 41 p 57 5 10 K 26 a 42 q 58 6 11 L 27 b 43 r 59 7 12 M 28 c 44 s 60 8 13 N 29 d 45 t 61 9 14 O 30 e 46 u 62 + 15 P 31 f 47 v 63 /
- 62. • Đoạn chương trình mã hóa Base64: P4.5 – Secure C Programming Cookbook • Đoạn chương trình giải mã Base64: P4.6 – Secure C Programming Cookbook 4.3 Mã hóa và giải mã Base64 62
- 63. • Mã hóa đối xứng: Sử dụng chung một khóa cho mã hóa và giải mã • Có hai loại: Mã khối và mã dòng • Có nhiều chế độ mã hóa: ECB, CBC, CFB, OFB, CTR, CWC… • Có nhiều giải thuật: 4.4 Các phương pháp mã hóa đối xứng 63 Cipher Key size Speed[4] Implementation Notes AES 128 bits[5] 14.1 cpb in asm, 22.6 cpb in C Brian Gladman's[6] The assembly version currently works only on Windows. AES 128 bits 41.3 cpb OpenSSL Triple DES 192 bits[7] 108.2 cpb OpenSSL SNOW 2.0 128 or 256 bits 6.4 cpb Fast reference implementation[8] This implementation is written in C. RC4 Up to 256 bits (usually 128 bits) 10.7 cpb OpenSSL Serpent 128, 192, or 256 bits 35.6 cpb Fast reference implementation It gets a lot faster on 64-‐bit platforms and is at least as fast as AES in hardware. Blowfish Up to 256 bits (usually 128 bits) 23.2 cpb OpenSSL
- 64. • Thư viện OpenSSL: Thư viện mã nguồn mở, mạnh mẽ và dễ sử dụng. • OpenSSL hỗ trợ: • Nhiều thuật toán mã hóa: AES, DES , 3DES, Blow}ish, CAST, Idea, RC2, RC5. • Nhiều chế độ mã hóa: ECB, CBC, CFB, OFB, CTR… • Mã hóa dòng: RC4. • Các giải thuật băm: MD2, MD4, MD5,SHA-‐1,SHA-‐224,SHA-‐256… • MAC: HMAC. MDC2 • Các giải thuật mã hóa công khai: DH, DSA, RSA, ECC • Sử dụng thư viện: • Trên Unix/Linux: Tải source về và biên dịch. Kết quả là }ile libcrypto.[so/ a], libssl.[so/a] và các }ile .h để include vào chương trình. • Trên Windows: Tải bản binary đã biên dịch sẵn: libeay32.dll, ssleay32.dll, tệp tiêu đề (.h) và tệp thư viện (.lib). Link http://www.ie7pro.com/ openssl.html 4.5 Mã hóa đối xứng với OpenSSL 64
- 65. • Giao diện OpenSSL EVP • Là API mức cao của OpenSSL, cho phép truy nhập đến các thuật toán ở mức thấp một cách tập trung, dễ dàng. • Tệp tiêu đề <openssl/evp.h>. • Tệp thư viện: libeay32.lib, ssleay32.lib • Mã hóa AES với OpenSSL EVP. • Khởi tạo khóa, vector khởi tạo, salt với EVP_BytesToKey hoặc tự chọn một bộ Key, IV nào đó. • Khởi tạo ngữ cảnh mã hóa với hàm EVP_EncryptInit_ex. • Khởi tạo ngữ cảnh giải mã với hàm EVP_DecryptInit_ex. • Mã hóa dữ liệu bằng việc liên tục gọi hàm EVP_EncryptUpdate, kết thúc quá trình mã hóa bằng hàm EVP_EncryptFinal_ex. • Giải mã dữ liệu bằng việc liên tục gọi hàm EVP_DecryptUpdate, kết thúc quá trình giải mã bằng hàm EVP_DecryptFinal_ex. 4.5 Mã hóa đối xứng với OpenSSL 65
- 66. • VD • Sinh key và iv bằng hàm EVP_BytesToKey char key[32]; char iv[32]; char * key_data = “nopass”; unsigned int salt[] = {12345, 54321}; EVP_BytesToKey(EVP_aes_256_cbc(), EVP_sha1(), salt, key_data, 6, 1, key, iv); • Khởi tạo ngữ cảnh mã hóa với key và iv đã chọn EVP_CIPHER_CTX e_ctx; EVP_CIPHER_CTX_init(&e_ctx); EVP_EncryptInit_ex(&e_ctx, EVP_aes_256_cbc(),NULL, key, iv); • Khởi tạo ngữ cảnh giải mã với key và iv đã chọn EVP_CIPHER_CTX d_ctx; EVP_CIPHER_CTX_init(&d_ctx); EVP_DecryptInit_ex(&d_ctx, EVP_aes_256_cbc(),NULL, key, iv); 4.5 Mã hóa đối xứng với OpenSSL 66
- 67. • VD (tiếp) • Mã hóa với ngữ cảnh đã được khởi tạo char * plaintext=“Hello”; int len = strlen(plaintext); char ciphertext[1024]; int c_len = 0, f_len = 0; /* Gọi lại hàm này để cho phép OpenSSL sử dụng lại ngữ cảnh phiên mã hóa trước */ EVP_EncryptInit_ex(e, NULL, NULL, NULL, NULL); … // Mỗi chu kỳ Update, c_len sẽ chứa số byte của xâu mã được EVP_EncryptUpdate(e, ciphertext, &c_len, plaintext, len); … // Cuối chu kỳ Update, f_len sẽ chưa số byte còn lại của xâu mã EVP_EncryptFinal_ex(e, ciphertext+c_len, &f_len); … 4.5 Mã hóa đối xứng với OpenSSL 67
- 68. • VD (tiếp) • Giải mã với ngữ cảnh đã được khởi tạo char plaintext[1024]; int p_len = 0; /* Gọi lại hàm này để cho phép OpenSSL sử dụng lại ngữ cảnh phiên giãi mã hóa trước */ EVP_DecryptInit_ex(e, NULL, NULL, NULL, NULL); … // Giải mã với ciphertext và len được cung cấp trước EVP_DecryptUpdate(e, plaintext, &p_len, ciphertext, *len); … // Kết thúc quá trình giải mã, cập nhật dữ liệu còn lại vào plaintext. EVP_DecryptFinal_ex(e, plaintext+p_len, &f_len); 4.5 Mã hóa đối xứng với OpenSSL 68
- 69. • Thư viện CryptoAPI • Cung cấp các hàm mật mã học cơ bản thông qua các Cryptographic Service Providers (CSP). • Microsoft Base Cryptographic Service Provider: RC2, RC4, DES • Microsoft Enhanced Cryptographic Service Provider: Triple-‐DES • Microsoft AES Cryptographic Service Provider: AES • … • Cung cấp các hàm mã hóa và giải mã chứng thư số, và đồng thời bổ sung các hàm băm. • Cung cấp các hàm quản lý và lưu trữ chứng thư số. • Các hàm mã thông điệp hóa mức cao (Simpli}ied Message Functions). • Các hàm mã hóa thông điệp mức thấp (Low-‐Level Message Functions). 4.6 Microsoft Crypto API 69
- 70. • Thư viện CryptoAPI 4.6 Microsoft Crypto API 70
- 71. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. • Tệp tiêu đề wincript.h • Thư viện Crypt32.lib • Trình tự sử dụng 4.6 Microsoft Crypto API 71 Khởi tạo Provider Tạo khóa • Ngẫu nhiên • Từ mật khẩu • Từ bên ngoài Đặt chế độ mã • CBC • ECB • … Thiết lập vector khởi tạo Thực hiện Mã hóa/Giải mã
- 72. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. • Khởi tạo ngữ cảnh Provider thông qua hàm CryptAcquireContext BOOL WINAPI CryptAcquireContext(__out HCRYPTPROV* phProv, __in LPCTSTR pszContainer, __in LPCTSTR pszProvider, __in DWORD dwProvType, __in DWORD dwFlags ); VD: HCRYPTPROV hProvider; if (!CryptAcquireContext(&hProvider, 0, MS_ENH_RSA_AES_PROV, PROV_RSA_AES, CRYPT_VERIFYCONTEXT)) return 0; 4.6 Microsoft Crypto API 72
- 73. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. • Sử dụng Key thông qua một trong ba hàm. Kết quả trả về là đối tượng HCRYPTKEY • CryptGenKey( ): Sinh khóa ngẫu nhiên. • CryptDeriveKey( ): Sinh khóa từ mật khẩu. • CryptImportKey( ) : Sinh khóa từ một đối tượng trong bộ nhớ. VD1. Sinh khóa ngẫu nhiên DWORD dwFlags; HCRYPTKEY hKey; DWORD dwSize = 256; dwFlags = ((dwSize << 16) & 0xFFFF0000) | CRYPT_EXPORTABLE; if (!CryptGenKey(hProvider, CALG_AES_256, dwFlags, &hKey)) return 0; 4.6 Microsoft Crypto API 73
- 74. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. VD2. Sinh khóa từ mật khẩu: Cần phải băm mật khẩu và truyền vào hàm CryptDeriveKey char * password = “nopass”; BOOL bResult; DWORD cbData; HCRYPTKEY hKey; // Lưu Key HCRYPTHASH hHash; // Lưu giá trị băm của mật khẩu if (!CryptCreateHash(hProvider, CALG_SHA1, 0, 0, &hHash)) // Khởi tạo hàm băm return 0; cbData = lstrlen(password) * sizeof(TCHAR); if (!CryptHashData(hHash, (BYTE *)password, cbData, 0)) // Băm mật khẩu { CryptDestroyHash(hHash); return 0; } // Tạo key từ giá trị băm của mật khẩu bResult = CryptDeriveKey(hProvider, CALG_AES_256, hHash, CRYPT_EXPORTABLE, &hKey); CryptDestroyHash(hHash); 4.6 Microsoft Crypto API 74
- 75. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. • Thiết lập chế độ mã hóa CBC với hàm CryptSetKeyParam DWORD dwMode = CRYPT_MODE_CBC; CryptSetKeyParam(hKey, KP_MODE, (BYTE *)&dwMode, 0); • Sinh ngẫu nhiên vector khởi tạo (IV) BOOL bResult; // Lưu kết quả BYTE *pbTemp; // Lưu vector khởi tạo DWORD dwBlockLen, dwDataLen; dwDataLen = sizeof(dwBlockLen); // Lấy kích thước block của thuật toán mã hóa if (!CryptGetKeyParam(hKey, KP_BLOCKLEN, (BYTE *)&dwBlockLen, &dwDataLen, 0)) return 0; dwBlockLen /= 8; if (!(pbTemp = (BYTE *)LocalAlloc(LMEM_FIXED, dwBlockLen))) return FALSE; // Sinh ngẫu nhiên IV bResult = CryptGenRandom(hProvider, dwBlockLen, pbTemp); // Thiết lập IV bResult = CryptSetKeyParam(hKey, KP_IV, pbTemp, 0); LocalFree(pbTemp); 4.6 Microsoft Crypto API 75
- 76. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. • Mã hóa với CryptEncrypt • Với các giải thuật mã hóa dòng thì kích thước dữ liệu ra = kích thước dữ liệu vào. • Với các giải thuật mã hóa khối thì kích thước dữ liệu ra <= kích thước dữ liệu vào + kích thước khối. • Hàm CryptEncrypt sẽ ghi đè dữ liệu mã hóa được vào bộ đệm chứa dữ liệu vào. • Đoạn chương trình thực hiện mã hóa chung cho cả hai loại. 4.6 Microsoft Crypto API 76 ALG_ID Algid; // Giải thuật mã char * pbData = "Hello CryptAPI"; // Xâu nguồn cần mã char * pbResult = 0; // Xâu kết quả DWORD dwDataLen = 0,dwBlockLen = 0; cbData = strlen(pbData); // Chiều dài xâu nguồn dwDataLen = sizeof(ALG_ID); // Lấy thông tin về giải thuật mã hóa với key cho trước if (!CryptGetKeyParam(hKey, KP_ALGID, (BYTE *)&Algid, &dwDataLen, 0)) return 0;
- 77. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. • Mã hóa với CryptEncrypt 4.6 Microsoft Crypto API 77 if (GET_ALG_TYPE(Algid) != ALG_TYPE_STREAM) // Mã hóa khối { dwDataLen = sizeof(DWORD); ret = CryptGetKeyParam(hKey, KP_BLOCKLEN, (BYTE*)&dwBlockLen, &dwDataLen, 0); // Lấy kích thước block theo bit dwBlockLen = dwBlockLen/8; // Đổi kích thước block ra đơn vị byte // Cấp phát bộ nhớ để chứa kết quả pbResult = (char*)malloc(cbData+dwBlockLen); memcpy(pbResult,pbData,cbData); // Thực hiện mã hóa, kết quả là dwDataLen byte lưu trong pbResult dwDataLen = cbData; CryptEncrypt(hKey, 0, TRUE, 0, (BYTE*)pbResult, &dwDataLen, cbData+16)) ; }
- 78. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. • Mã hóa với CryptEncrypt (tiếp) 4.6 Microsoft Crypto API 78 else // Mã hóa dòng { // Cấp phát bộ nhớ lưu kết quả pbResult = (char*)malloc(cbData); // Bảo toàn dữ liệu nguồn memcpy(pbResult,pbData,cbData); // Thực hiện mã hóa CryptEncrypt(hKey,0,TRUE,0,pbResult,&dwDataLen,cbData); }
- 79. • Sử dụng thư viện CryptoAPI để thực hiện mã hóa đối xứng thông điệp với thuật toán AES. • Giải mã với CryptDecrypt • Kích thước dữ liệu đích <= kích thước dữ liệu nguồn • Thực hiện đơn giản hơn so với CryptEncrypt • Ví dụ 4.6 Microsoft Crypto API 79 char * pbData ; // Dữ liệu nguồn DWORD cbData; // Kích thước nguồn char * pbResult; // Dữ liệu đích DWORD dwDataLen; // Kích thước đích … // Cấp phát bộ nhớ và sao chép dữ liệu nguồn vào đích pbResult = (char*)malloc(cbData); memcpy(pbResult, pbData, cbData); dwDataLen = cbDataLen; // Giải mã, kết quả là dwDataLen byte lưu trong pbResult CryptDecrypt(hKey,0,TRUE,0,pbResult,&dwDataLen);
- 80. • Trao đổi khóa với OpenSSL • CryptoAPI không cho phép nhập và xuất khóa dạng thô như OpenSSL. • Để trao đổi khóa với thư viện khác, cần mã hóa khóa theo giải thuật AT_KEYEXCHANGE, và thực hiện nhập xuất dưới dạng cấu trúc BLOB. • Hàm CryptImportKeyvà CryptExportKey dùng để thực hiện nhập xuất khóa. • Xem thêm phần 5.26, 5.27 trong Secure Programming Cookbook. 4.6 Microsoft Crypto API 80
- 81. Lương Ánh Hoàng hoangla@soict.hut.edu.vn Chương 5. Hàm băm và xác thực thông điệp Hashes and Message Authentication
- 82. 5.1 Các loại hàm băm và MAC thông dụng 5.2 Băm với OpenSSL 5.3 Băm dữ liệu với CryptoAPI 5.4 Xác thực thông điệp với HMAC 5.5 Salt Nội dung 82
- 83. • Hàm băm (hashes) – Nhận đầu vào là một xâu và đầu ra là một chuỗi bit có chiều dài xác định. – Tỉ lệ đụng độ rất nhỏ. – Dùng để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu nhưng không đảm bảo tính xác thực của dữ liệu. – Thường kết hợp với mô hình mã hóa công khai chứ không sử dụng một mình. – Các giải thuật băm thông dụng: MD5, SHA1 5.1 Các hàm băm và MAC thông dụng 83
- 84. • Hàm băm (hashes) 5.1 Các hàm băm và MAC thông dụng 84 Algorithm Digest size Security conqidence Small message speed (64 bytes), in cycles per byte[2] Large message speed (8K), in cycles per byte Uses block cipher Davies-‐Meyer-‐ AES-‐128 128 bits (same length as cipher block size) Good 46.7 cpb 57.8 cpb Yes MD2 128 bits Good to low 392 cpb 184 cpb No MD4 128 bits Insecure 32 cpb 5.8 cpb No MD5 128 bits Very low, may be insecure 40.9 cpb 7.7 cpb No MDC-‐2-‐AES-‐128 256 bits Very high 93 cpb 116 cpb Yes MDC-‐2-‐DES 128 bits Good 444 cpb 444 cpb Yes RIPEMD-‐160 160 bits High 62.2 cpb 20.6 cpb No SHA1 160 bits High 53 cpb 15.9 cpb No SHA-‐256 256 bits Very high 119 cpb 116 cpb No SHA-‐384 384 bits Very high 171 cpb 166 cpb No SHA-‐512 512 bits Very high 171 cpb 166 cpb No
- 85. • Xác thực thông điệp (Message Authentication Code) – Nhận đầu vào là một xâu và một khóa bí mật, đầu ra là một mã có chiều dài xác định. – Dùng để kiểm tra tính toàn vẹn và xác thực của dữ liệu. – Các giải thuật thông dụng: OMAC, CMAC, HMAC 5.1 Các hàm băm và MAC thông dụng 85
- 86. • Xác thực thông điệp (Message Authentication Code) 5.1 Các hàm băm và MAC thông dụng 86 MAC Built upon Small message speed (64 bytes)[4] Large message speed (8K) Appropriate for hardware Patent restric-‐ tions Parallel-‐izable CMAC A universal hash and AES ~18 cpb ~18 cpb Yes No Yes HMAC-‐SHA1 Message digest function 90 cpb 20 cpb Yes No No MAC127 hash127 + AES ~6 cpb ~6 cpb Yes No Yes OMAC1 AES 29.5 cpb 37 cpb Yes No No OMAC2 AES 29.5 cpb 37 cpb Yes No No PMAC-‐AES Block cipher 72 cpb 70 cpb Yes Yes Yes RMAC Block cipher 89 cpb 80 cpb Yes No No UMAC32 UHASH and AES 19 cpb cpb No No Yes XMACC-‐SHA1 Any cipher or MD function 162 cpb 29 cpb Yes Yes Yes
- 87. • OpenSSL cung cấp hai loại giao diện với các hàm băm – Giao diện riêng rẽ với mỗi giải thuật băm cụ thể. • Mỗi giải thuật băm có tệp tiêu đề riêng • Tên gọi các hàm là khác nhau cho các giải thuật băm. – Giao diện chung EVP cho mọi loại hàm băm. • Tệp tiêu đề chung: <openssl/evp.h> • Trình tự sử dụng như nhau: – Khởi tạo ngữ cảnh: EVP_DigestInit – Cập nhật dữ liệu băm: EVP_DigestUpdate – Lấy kết quả: EVP_DigestFinal. 5.2 Băm dữ liệu với OpenSSL 87
- 88. • VD: Băm với SHA1 5.2 Băm dữ liệu với OpenSSL 88 #include <openssl/sha.h> int i; SHA_CTX ctx; unsigned char result[SHA_DIGEST_LENGTH]; /* SHA1 has a 20-‐byte digest. */ unsigned char *s1 = (unsigned char*)"Testing"; unsigned char *s2 = (unsigned char*)"...1...2...3..."; SHA1_Init(&ctx); SHA1_Update(&ctx, s1, strlen((char*)s1)); SHA1_Update(&ctx, s2, strlen((char*)s2)); /* Yes, the context object is last. */ SHA1_Final(result, &ctx); printf("SHA1("%s%s") = ", s1, s2); for (i = 0; i < SHA_DIGEST_LENGTH; i++) printf("%02x", result[i]); printf("n");
- 89. • VD: Băm với giao diện EVP 5.2 Băm dữ liệu với OpenSSL 89 #include <openssl/evp.h> #include <stdio.h> #include <string.h> int i , ol; EVP_MD_CTX ctx; unsigned char *result; unsigned char *s1 = (unsigned char*)"Testing"; unsigned char *s2 = (unsigned char*)"...1...2...3..."; EVP_DigestInit(&ctx, EVP_sha1()); EVP_DigestUpdate(&ctx, s1, strlen((char*)s1)); EVP_DigestUpdate(&ctx, s2, strlen((char*)s2)); if (!(result = (unsigned char *)malloc(EVP_MD_CTX_block_size(&ctx))))abort(); EVP_DigestFinal(&ctx, result, &ol); printf("SHA1("%s%s") = ", s1, s2); for (i = 0; i < ol; i++) printf("%02x", result[i]); printf("n"); free(result);
- 90. • Trình tự băm với CryptoAPI – Tệp tiêu đề: Wincrypt.h – Khởi tạo ngữ cảnh Provider: CryptAcquireContext – Tạo đối tượng hash: CryptCreateHash – Băm liên tiếp với: CryptHashData – Lấy kết quả: CryptGetHashParam – Giải phóng đói tượng hash: CryptDestroyHash 5.3 Băm dữ liệu với CryptoAPI 90
- 91. • Ví dụ: Băm dữ liệu với thuật toán SHA-‐256 5.3 Băm dữ liệu với CryptoAPI 91 BYTE *pbData; DWORD cbData = sizeof(DWORD), cbHashSize, i; HCRYPTHASH hSHA256; HCRYPTPROV hProvider; unsigned char *s1 = (unsigned char*)"Testing"; unsigned char *s2 = (unsigned char*)"...1...2...3..."; // Khởi tạo ngữ cảnh Provider CryptAcquireContext(&hProvider, 0, MS_ENH_RSA_AES_PROV, PROV_RSA_AES, 0); // Tạo đối tượng hàm băm CryptCreateHash(hProvider, CALG_SHA_256, 0, 0, &hSHA256); // Thực hiện băm CryptHashData(hSHA256, s1, strlen((char*)s1), 0); CryptHashData(hSHA256, s2, strlen((char*)s2), 0); // Thực hiện băm…
- 92. • Ví dụ: Băm dữ liệu với thuật toán SHA-‐256 (tiếp) 5.3 Băm dữ liệu với CryptoAPI 92 // Lấy kích thước dữ liệu băm được CryptGetHashParam(hSHA256, HP_HASHSIZE, (BYTE *)&cbHashSize, &cbData, 0); pbData = (BYTE *)LocalAlloc(LMEM_FIXED, cbHashSize); // Lấy dữ liệu băm được CryptGetHashParam(hSHA256, HP_HASHVAL, pbData, &cbHashSize, 0); // Giải phóng đối tượng băm và ngữ cảnh Provider CryptDestroyHash(hSHA256); CryptReleaseContext(hProvider, 0); printf("SHA256("%s%s") = ", s1, s2); for (i = 0; i < cbHashSize; i++) printf("%02x", pbData[i]); printf("n"); LocalFree(pbData);
- 93. • Với OpenSSL – Tệp tiêu đều <openssl/hmac.h> – Gọi hàm HMAC_Init để khởi tạo ngữ cảnh và key sẽ sử dụng – Liên tục gọi hàm HMAC_Update để cập nhật dữ liệu. – Gọi hàm HMAC_Final để kết thúc quá trình băm – Gọi hàm HMAC_cleanup để xóa key khỏi bộ nhớ. – Có thể gọi hàm All-‐in-‐one HMAC – Bên nhận kiểm tra lại bằng cách thực hiện băm với với cùng một key và giải thuật và so sánh kết quả 5.4 Xác thực thông điệp với HMAC 93
- 94. • Với OpenSSL 5.4 Xác thực thông điệp với HMAC 94 int i; HMAC_CTX ctx; unsigned int len; unsigned char out[20]; unsigned char * key = (unsigned char*)"secret"; int keylen = strlen((char*)key); // Khởi tạo HMAC với key là secret HMAC_Init(&ctx, key, keylen, EVP_sha1( )); // Thực hiện băm xâu "fr HMAC_Update(&ctx, (unsigned char*)"hash me pls", 11); // Lấy kết quả HMAC_Final(&ctx, out, &len); for (i = 0; i < len; i++) printf("%02x", out[i]); printf("n");
- 95. • Với CryptAPI – Tạo đối tượng Hash với hàm CryptCreateHash, trong đó tham số hKey là một key đã được tạo trước. – Thiết lập thông tin về giải thuật băm với hàm CryptSetHashParam. – Thực hiện băm với hàm CryptHashData – Lấy kích thước, nội của dữ liệu băm được với hàm CryptGetHashParam. – Giải phóng đói tượng Hash và Key 5.4 Xác thực thông điệp với HMAC 95
- 96. • Với CryptAPI 5.4 Xác thực thông điệp với HMAC 96 BYTE out[20]; DWORD cbData = sizeof(out), i; HCRYPTKEY hKey; HMAC_INFO HMACInfo; HCRYPTHASH hHash; HCRYPTPROV hProvider; // Lấy ngữ cảnh provider CryptAcquireContext(&hProvider, 0,MS_ENH_RSA_AES_PROV,PROV_RSA_AES,CRYPT_VERIFYCONTEXT); // Sinh key từ mật khẩu hKey = CreateKeyFromPassword(hProvider,"secret"); // Tạo đối tượng băm CryptCreateHash(hProvider, CALG_HMAC, hKey, 0, &hHash);
- 97. • Với CryptAPI 5.4 Xác thực thông điệp với HMAC 97 // Thiết lập giải thuật băm HMACInfo.HashAlgid = CALG_SHA1; HMACInfo.pbInnerString = HMACInfo.pbOuterString = 0; HMACInfo.cbInnerString = HMACInfo.cbOuterString = 0; CryptSetHashParam(hHash, HP_HMAC_INFO, (BYTE *)&HMACInfo, 0); // Thực hiện băm CryptHashData(hHash, (BYTE *)"Hash me plz", 11, 0); // Lấy kết quả CryptGetHashParam(hHash, HP_HASHVAL, out, &cbData, 0); for (i = 0; i < cbData; i++) printf("%02x", out[i]); printf("n"); CryptDestroyHash(hHash); CryptDestroyKey(hKey); CryptReleaseContext(hProvider, 0);
- 98. • Salt – Chuỗi dữ liệu thêm vào để tăng không gian khóa và chống lại hình thức replay-‐attack. – Hai bên có thể thỏa thuận chung một salt nào đó thay đổi theo thời gian. – Salt thường được thêm vào đầu thông điệp gốc, sau đó thực hiện băm cả salt cả thông điệp. 5.5 Sử dụng Salt 98
- 99. 1. Viết chương trình mã hóa và giải mã tệp tin bằng giải thuật AES-‐256 bit. Mật khẩu nhập từ bàn phím. Kiểm tra tính đúng đắn của kết quả bằng giải thuật SHA-‐256. Sử dụng thư viện OpenSSL. Khuôn dạng dữ liệu của tệp tin sau khi mã hóa có thể như sau: <Kích thước><Nội dung tệp tin đã mã><Giá trị băm SHA-‐256> 2. Viết chương trình chat client-‐server đơn giản trong đó kênh truyền được mã hóa theo giải thuật AES-‐256. Key được sinh ra từ mật khẩu thỏa thuận trước và không truyền qua mạng, Vector khởi tạo là mã BCD được thiết lập từ ngày và giờ hiện tại của hệ thống (Hàm API GetSystemTime). Ví dụ: Nếu hiện tại là 07h ngày 10/10/2011 thì giá trị dưới dạng hexa của vector khởi tạo là 2011101007000….00 Bài tập 99
- 100. 3. Viết chương trình băm nội dung một }ile bằng giải thuật HMAC-‐AES256, sử dụng thư viện OpenSSL. Mật khẩu để băm nhập từ bàn phím.Kết quả băm được lưu vào cuối }ile. 4. Viết chương trình kiểm tra tính toàn vẹn của một }ile bằng giải thuật HMAC-‐AES256. Mật khẩu để kiểm tra nhập từ bàn phím. Bài tập 100
- 101. Lương Ánh Hoàng hoangla@soict.hut.edu.vn Chương 6. Mã hóa công khai Public Key Cryptography
- 102. 6.1 Mã hóa với OpenSSL RSA 6.2 Chữ ký số 6.3 Biểu diễn khóa 6.4 Kết nối SSL 6.5 Hạ tầng khóa công khai Nội dung 102
- 103. • Mã hóa bất đối xứng • Là các giải thuật sử dụng một cặp khóa cho việc mã hóa và giải mã • Dữ liệu được mã hóa bằng khóa công khai sẽ được giải mã bằng khóa bí mật và ngược lại. • Các giải thuật thông dụng: RSA, DSA, Dif}ie-‐Hellman. • Không sử dụng trực tiếp để mã hóa dữ liệu vì tốc độ rất chậm. • Thường được sử dụng để • Trao đổi khóa đối xứng trong phiên truyền mật • Chữ ký số • Xác nhận danh tính • … 6.1 Mã hóa với OpenSSL RSA 103
- 104. • OpenSSL RSA • Thường được sử dụng trao đổi khóa • Lưu trữ tất cả thông tin về một khóa dưới cấu trúc RSA. • Tệp tiêu đề rsa.h • Sinh cặp khóa đối xứng bằng hàm RSA *RSA_generate_key(int bits, // Kích thước khóa: 1024,2048… unsigned long exp,// Số mũ: 3, 17, 65537 void (*cb)(int, int, void), // Callback void *cb_arg); 6.1 Mã hóa với OpenSSL RSA 104
- 105. • Mã hóa với khóa công khai • Sử dụng hàm RSA_public_encrypt: int RSA_public_encrypt(int l, // Chiều dài dữ liệu unsigned char *pt, // Xâu/số cần mã unsigned char *ct, // Kết quả RSA *r, // Cấu trúc RSA int p); // Kiểu padding Kết quả trả về: chiều dài xâu mã được. 6.1 Mã hóa với OpenSSL RSA 105
- 106. • Giải mã với khóa bí mật • Sử dụng hàm RSA_private_decrypt: int RSA_private_decrypt(int l, unsigned char *ct, unsigned char *pt, RSA *r, int p); Kết quả trả về: chiều dài xâu giải mã được 6.1 Mã hóa với OpenSSL RSA 106
- 107. • Bài tập – Viết chương trình chat console client-‐server sử dụng giải thuật RSA. Chỉ chia sẻ public key trên đường truyền. 6.1 Mã hóa với OpenSSL RSA 107
- 108. • Chữ ký số dữ liệu nhằm xác thực danh tính của người gửi, tương tự như HMAC nhưng sử dụng giải thuật RSA • Quá trình ký số dữ liệu nhận đầu vào là giá trị băm của thông điệp, khóa bí mật của người gửi, đầu ra là giá trị hàm băm đã được mã hóa. • Bên nhận thực hiện quá trình ngược lại: tính giá trị băm của thông điệp, giải mã giá trị băm đã mã hóa của bên gửi bằng khóa công khai và so sánh hai giá trị băm này. • Hacker không thể giả mạo giá trị băm vì không có khóa bí mật của bên gửi. 6.2 Chữ ký số 108
- 109. • Sơ đồ ký 6.2 Chữ ký số 109 Dữ liệu Giá trị băm (MD) Hash (SHA1) Chữ ký Khóa bí mật Mã hóa Dữ liệu + Chữ ký