Elementi di Sicurezza e Privatezza Lezione 17 Protocolli di rete e vulnerabilità. Chiara Braghin

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1 Elementi di Sicurezza e Privatezza Lezione 17 Protocolli di rete e vulnerabilità Chiara Braghin

2 Dalle news 1

3 Internet ISP Backbone ISP Routing locale e tra domini TCP/IP: routing, connessioni BGP (Border Gateway Protocol): routing announcements Domain Name System Trova l indirizzo IP a partire dal nome simbolico ( 2

4 TCP Protocol Stack Host 1 Application Transport Network Link Application protocol TCP/UDP protocol IP protocol Data Link Host 2 Application Transport Network Link 3

5 Formato dei dati Application message TCP Header Application message - data Transport (TCP, UDP) segment TCP data TCP data TCP data Network (IP) packet IP TCP data Link Layer frame ETH IP TCP data ETF IP Header Link (Ethernet) Header Link (Ethernet) Trailer 4

6 Internet Protocol (IP) Senza connessione Non affidabile Best effort 5

7 IP Routing Alice Source Destination ISP Pacchetto Office gateway Bob Internet routing utilizza gli indirizzi IP numerici Un percorso tipico utilizza una serie di hop 6

8 Funzioni del protocollo IP Routing L host IP conosce l indirizzo del router (gateway) Il gateway IP deve conoscere i percorsi verso altre reti Frammentazione e riassemblaggio Se max-packet-size < user-data-size Error reporting Spedisce un pacchetto ICMP (Internet Control Message Protocol) al mittente se il pacchetto è stato perso TTL field: decrementato dopo ogni hop Se TTL=0 pacchetto dismesso. Garantisce assenza di loop. 7

9 Problema: no autenticazione del src IP Fiducia nel fatto che il cliente inserisca l indirizzo IP della sorgente Facile da sovrascrivere usando raw socket Libnet: una libreria per formattare raw packet con IP header arbitrari Chiunque sia root nel proprio PC può spedire pacchetti con un indirizzo IP arbitrario la risposta verrà spedita alla sorgente falsificata Implicazioni: Anonymous DoS attacks 8

10 UDP User Datagram Protocol Unreliable transport on top of IP: No acknowledgment No congestion control No message continuation 9

11 TCP Transmission Control Protocol Connection-oriented, mantiene l ordine Mittente Suddivide i dati in pacchetti Attacca il numero dei pacchetti Destinatario Ack la ricezione; pacchetti persi vengono rispediti Riassembla i pacchetti nell ordine corretto libro spedisce ciascuna pagina Riassembla il libro

12 TCP Header Source Port U R G A C K SEQ Number ACK Number P P S S S Y H R N Dest port F I N TCP Header Other stuff 11

13 Review: TCP Handshake C S SYN: SN C rand C AN C 0 In ascolto SYN/ACK: SN S rand S AN S SN C Memorizza SN C, SN S ACK: SN SN C +1 AN SN S In attesa Connessione stabilita Pacchetti ricevuti con SN fuori dalla finestra vengono lasciati perdere 12

14 Problemi di sicurezza 1. I pacchetti attraversano host non fidati Eavesdropping, packet sniffing Attacchi semplici se l attaccante controlla una macchina vicino a quella della vittima 2. Lo sato della connessione TCP è facile da indovinare Rende possibile spoofing (= falsificazione) e session hijacking (dirottamento di sessione) 3. Denial of Service (DoS) vulnerabilities 13

15 1. Packet Sniffing Una promiscuous NIC (network interface card) legge tutti i pacchetti Legge tutti i dati in chiaro NB: ftp, telnet (e POP, IMAP) spediscono le password in chiaro! Trudy Alice Network Bob Prevenzione: Encryption (IPSEC) 14

16 2. TCP Connection Spoofing Se i valori (SN C, SN S ) sono prevedibili Un attaccante può iniziare una sessione TCP al posto della sorgente IP falsificata L autenticazione basata su IP non funziona Trudy TCP SYN srcip=vittima ACK srcip=vittima AN=predicted SN S command Server SYN/ACK dstip=vittima SN=server SN S Vittima Il Server crede che command provenga dall IP addr della Vittima 15

17 IPSEC (1) IP Spoofing: Un host, falsificando l indirizzo IP dei pacchetti fa credere all host vittima di essere il suo interlocutore Come impedirlo: non basare l autenticazione sugli indirizzi IP Sniffing: Un host legge i pacchetti destinati ad altri nodi della rete (semplice in reti broadcast e non segmentate) Come impedirlo: cifrare i pacchetti, non usare reti broadcast e segmentare il più possibile 16

18 IPSEC (2) Connection Hijacking: Qualcuno prende il controllo di un canale di comunicazione (dirottamento di una connessione) per leggere, modificare o eliminare pacchetti Come impedirlo: codificare i pacchetti ai livelli 2 e 3 del modello OSI 17

19 IPSEC (3) Estensione di sicurezza di IPv4 e IPv6 Garantisce la spedizione sicura di pacchetti IP Parte integrante di IPv6, opzionale in IPv4 Perché a livello rete? Proteggendo la comunicazione a questo livello si proteggono anche i livelli superiori Insieme di protocolli: IP Authentication Header (AH): garantisce autenticazione e integrità IP Encapsulating Security Protocol (ESP): garantisce confidenzialità IP Encapsulating Security Protocol con ICV (integrity check value): garantisce confidenzialità e, come AH, autenticazione e integrità 18

20 IPSEC (4) Componenti aggiuntive: Algoritmi di cifratura/hashing Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP) e Internet Key Exchange (IKE) protocol Modalità d uso (supportate sia da AH che da ESP): Transport mode Tunnel mode 19

21 IPSEC - Transport mode (1) Per connessioni host-to-host (usato dagli end-point non dai gateway) ogni host che vuole comunicare deve avere il software necessario per implementare IPsec Viene cifrato solo il payload dei pacchetti IP, non l'header si aggiunge solo l'header IPsec; sorgente e destinatario rimangono in chiaro Computazionalmente leggero 20

22 IPSEC - Transport Mode (2) 21 Figura tratta da

23 IPSEC - Tunnel mode (1) Per connessioni gateway-to-gateway solo i gateway devono avere il software che implementa IPsec si hanno punti di centralizzazione quindi single point of failure utilizzato per realizzare le VPN Viene cifrato tutto il pacchetto IP Viene aggiunto un nuovo header IP che può avere indirizzo sorgente e destinazione diversi Computazionalmente oneroso 22

24 IPSEC - Tunnel Mode (2) 23

25 Transport vs Tunnel Mode Transport Mode: garantisce una connessione sicura tra due host visto che cifra/firma il payload del pacchetto IP Tunnel Mode: incapsula l intero pacchetto IP e garantisce un hop sicuro virtuale tra due gataway della rete canale sicuro lungo rete insicura => VPN 24

26 Authentication Header (AH) next hdr: identifica il tipo di header che segue (TCP, IP). Permette di ricostruire il pacchetto originale AH len: lunghezza dell header SPI: 32-bit che servono per identificare la Security Association (SA) tra sorgente e destinatario di un traffico di rete basato su IPsec Sequence Number: contatore per evitare replay attack (viene inserito nella parte di dati autenticati, quindi si rileva un eventuale modifica) Authentication Data: contiene il MAC dell intero pacchetto IP (i.e., solo i campi dell header che non cambiano e il payload) e di alcuni campi dell header AH Figura tratta da 25

27 AH in Transport Mode Figura tratta da 26

28 AH in Tunnel Mode Il pacchetto IP originale viene instradato attraverso il nuovo pacchetto IP che lo ingloba. L indirizzo sorgente e destinazione possono essere diversi da quelli del pacchetto: si forma un tunnel. 27

29 Quale modalità? Come fare a capire se si è in Transport o Tunnel mode? Non c è un campo esplicito nell header AH/ESP 28

30 Encapsulating Security Protocol (ESP) Il payload è inserito tra l ESP header e l ESP trailer. SPI, SN e next hdr: come per A; next hdr punta all indietro. pad len: lunghezza del padding che permette la cifratura a blocchi (campo di riempimento, necessario in quanto alcuni codici di cifratura lavorano su blocchi di lunghezza fissa) encrypted payload: i dati che vengono cifrati (pacchetto TCP/UDP o IP a seconda della modalità + ESP trailer) ESP può garantire autenticazione, ma solo dell ESP header e del payload cifrato: non copre l intero pacchetto IP 29

31 ESP in Transport Mode (1) Pacchetto IP senza IPsec: IP header IP payload NB: IP payload = TCP header + TCP payload IPsec: IP header ESP header IP payload ESP trailer CIFRATO AUTENTICATO ESP Auth 30

32 ESP in Transport Mode (2) 31

33 ESP in Tunnel Mode (1) Prima: IP header IP payload Dopo: New IP header ESP header IP header originale IP payload originale ESP trailer ESP Auth CIFRATO AUTENTICATO 32

34 ESP - Tunnel Mode (2) 33

35 Componenti aggiuntive (1) Security Association Quando arriva un pacchetto IP quali parametri (chiave, protocollo, sessione) usare per interpretarlo? Identificata univocamente da: Partner IP address IPsec Protocol (ESP or AH) Security Parameters Index: hash/crypto algorithm (MD5, SHA-1, DES, etc.) e chiave segreta. 34

36 Componenti aggiuntive (2) Algoritmi di hashing e cifratura MD5 o SHA-1 DES Gestione delle chiavi Manuale o automatica ISAKMP (Internet Security Association Key Management Protocol): supporta lo scambio iniziale delle chiavi tra 2 host IKE (Internet Key Exchange) gestisce lo scambio di chiavi di sessione Oakley usato per lo scambio di chiavi multiple IPsec key exchange usa la porta 500/udp. 35

37 Tunnel mode e VPN VPN: Virtual Private Network Si crea un tunnel virtuale tra due gateway/host utilizzando Internet come mezzo di collegamento Usata per LAN-to-LAN internetworking È come se si prolungasse il cavo Ethernet tra le 2 LAN Diversi protocolli: PPTP Point-to-point tunneling protocol L2TP Layer-2 tunneling protocol IPsec (Layer-3: network layer) 36

38 VPN (1) 37

39 VPN (2) 38

40 IPSEC: Problemi Compatibilità con NAT (Network Address Translation) NAT modifica on-the-fly gli indirizzi IP del sorgente e/o destinatario 39

41 IPSEC: riferimenti RFC RFC 4301 Security Architecture for IPsec RFC 4302 AH: Authentication Header RFC 4303 ESP: Encapsulating Security Payload RFC 4306 The Internet Key Exchange (IKE) Protocol RFC 2403 Use of HMAC-MD5-96 within ESP and AH RFC 2404 Use of HMAC-SHA-1-96 within ESP and AH RFC 2405 The ESP DES-CBC Cipher Algorithm With Explicit IV 40