Tài liệu Luận văn thạc sĩ an toàn bảo mật thông tin trong mạng lưới không dây

An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 1 LỜI MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, giới công nghệ thông tin đã chứng kiến sự bùng nổ của nền công nghiệp mạng không dây nhƣ WPAN, WLAN, WMAN, WWAN. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nhiều mạng không dây khác nhau, công nghệ mạng không dây Mesh (WMNs) đã nổi nên nhƣ là một trong những công nghệ tiên tiến nhất và có thể đƣợc xem nhƣ là công nghệ của tƣơng lai. WMNs cho phép các khu vực rộng lớn có thể đƣợc che phủ bằng truy cập không dây với chi phí thấp. WMNs đang nhanh chóng đƣợc thƣơng mại hóa trong nhiều kịch bản ứng dụng khác nhau. Các nhà khai thác có thể dễ dàng cung cấp các dịch vụ không dây băng rộng với chi phí đầu tƣ và khai thác thấp, đồng thời có thể phủ sóng diên rộng ở những nơi công cộng, mạng cộng đồng, xây dựng tự động hóa, các mạng tốc độ cao đô thị, và mạng doanh nghiệp. Tuy nhiên, sự tiện lợi của mạng không dây cũng đặt ra một thử thách lớn về bảo mật đƣờng truyền cho các nhà quản trị mạng. Ƣu thế về sự tiện lợi của kết nối không dây có thể bị giảm sút do những khó khăn nảy sinh trong bảo mật mạng. Một số lỗ hổng tồn tại trong các giao thức cho WMNs có thể bị khai thác bởi những kẻ tấn công để làm suy giảm hiệu suất của hệ thống mạng. An ninh trên mạng nói chung và trên WMNs nói riêng là một vấn đề rất quan trọng mà có thể giải quyết đƣợc. Hiểu biết về WMNs và quan tâm đúng đắn đến các vấn đề và thách thức của chúng là điều rất cần thiết. Đề tài sẽ tập trung vào các vấn đề an ninh trên WMNs, các nguy cơ và các biện pháp truy cập tấn công vào WMNs, xem xét các cơ chế, giải pháp có thể để ngăn chặn và chống lại các cuộc tấn công vào WMNs. 2. Mục tiêu nghiên cứu Luận văn nghiên cứu hệ thống lý thuyết liên quan đến việc bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây, xây dựng giải pháp an ninh thử nghiệm cho mạng lƣới không dây ở chế độ ah hoc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 2 3. Phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu các mô hình kiến trúc, giao thức của mạng lƣới không dây. - Nghiên cứu một số hình thức tấn công trong mạng lƣới không dây. - Nghiên cứu phƣơng pháp bảo mật và cách bảo mật trong hệ thống mạng lƣới không dây. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Trong luận văn sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu liên quan đến việc bảo mật và kế thừa kết quả nghiên cứu của một số luận văn, đề tài nghiên cứu khoa học. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết cơ bản về bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây, sẽ tiến hành xây dựng mô hình bảo mật thử nghiệm trong mạng ad hoc. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Bảo mật thông tin trên mạng là phƣơng pháp đã và đang đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ ở nhiều nƣớc trên thế giới đặc biệt là đối với mạng không dây. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 3 CHƢƠNG 1 KIẾN TRÚC CỦA MẠNG LƢỚI KHÔNG DÂY 1. Giới thiệu về mạng lƣới không dây Khái niệm mạng hình lƣới (Mesh Network) nói chung đƣợc sử dụng trong một số lĩnh vực của ngành công nghệ thông tin. Kỹ thuật mạng hình lƣới là cách thức truyền tải dữ liệu, âm thanh và câu lệnh giữa các nút xử lý, cho phép truyền thông liên tục và tự xác định lại cấu hình xung quanh đƣờng đi bị che chắn bằng cách “nhảy” từ nút này sang nút khác cho đến khi thiết lập đƣợc kết nối. Mạng lƣới có khả năng tự hàn gắn và tạo ra mạng có độ tin cậy cao, có thể hoạt động khi có một nút bị lỗi hoặc chất lƣợng kết nối mạng kém. Trong lĩnh vực mạng không dây, mạng lƣới đƣợc áp dụng để nới rộng phạm vi phủ sóng của mạng không dây truyền thống. Các nút trong mạng truyền thông trực tiếp với các nút khác và tham gia trong mạng lƣới. Nếu một nút có thể kết nối với một nút lận cận khác thì sẽ có kết nối với toàn mạng. Mạng WMN chuyển tiếp dữ liệu gói thông qua các chặng vô tuyến. Mỗi một nút lƣới hoạt động giống nhƣ một điểm chuyển tiếp hay một router với các nút lƣới khác trong mạng. Mạng WMN đƣợc dùng trong những mô hình nhƣ mạng truy nhập công cộng và những mạng không dây trong thành phố nơi mà các điểm truy cập là các nút lƣới của mạng. Mạng ngoài (Internet) Gateway Mesh Router AP Station ` Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của mạng WMN Sự tin cậy và hiệu năng của mạng là 2 tiêu chí chính của mạng WMN, đặc biệt trong môi trƣờng kênh vô tuyến. Tính di động của nút mạng thƣờng không Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 4 đƣợc xem xét đến. Những nút cố định có thể nằm trên những đế đèn, hay gắn liền đối với nhà cửa, v.v… , nơi đƣợc cung cấp năng lƣợng đầy đủ. Nhƣ vậy, các giao thức định tuyến có thể đƣợc tối ƣu theo sự tin cậy và hiệu năng của mạng. Các giao thức định tuyến có thể đƣợc mở rộng để sử dụng những tham số định tuyến đặc biệt. Và thậm chí chúng có thể nằm trên lớp 2 để có thể truy cập tốt hơn thông tin lớp MAC và lớp vật lý. Các nút mắt lƣới có thể có nhiều giao diện vô tuyến để gia tăng khả năng của mạng mắt lƣới không dây. Các giao diện vô tuyến giảm thiểu sự suy giảm thông lƣợng bởi các gói nhận và chuyển tiếp tuần tự trong các nút mắt lƣới với chỉ một giao diện vô tuyến. Điều này cũng có thể sử dụng nhiều kênh. Dung lƣợng tuỳ biến của mạng WMN là giới hạn nhƣng sự cài đặt đơn giản và tính mềm dẻo vẫn là những ƣu điểm của mạng. Gần đây các thiết bị khách hàng ngày càng đóng vai trò nhƣ là một nút mắt lƣới. Điều này mở rộng mạng WMN về vùng mạng tuỳ biến không dây cổ điển. Điều này không thành vấn đề, vì MANET và WMN có chung một khái niệm. Chúng chỉ sử dụng các giá trị khác nhau trong các tham số mạng: các nút với tính di động từ “tĩnh” sang “chuyển động với tốc độ v” sử dụng truyền thông vô tuyến qua một hay nhiều giao diện trên các chặng vô tuyến, nơi mà các tuyến đƣợc xác định rõ với các giao thức định tuyến tự tổ chức làm việc với các tham số định tuyến khác nhau. Có 3 kiểu mạng WMN, đó là : WMN hạ tầng, WMNs khách hàng, và WMN lai ghép. WMN hạ tầng bao gồm các thiết bị chuyên dụng của hạ tầng mạng, nhƣ là các điểm truy nhập hay chuyển tiếp. Các thiết bị khách hàng không tham gia vào việc định tuyến ở nút lƣới. Thay vào đó , chúng kết nối vào các điểm truy nhập bằng công nghệ truy nhập vô tuyến truyền thống. WMN khách hàng bao gồm các thiết bị khách hàng nhƣ máy tính xách tay. Các thiết bị khách hàng tham gia vào việc định tuyến ở nút lƣới. Hơn nữa chúng có thể thực hiện chức năng nhƣ một thiết bị hạ tầng. WMN lai ghép bao gồm cả hai loại thiết bị trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 5 Trong kỹ thuật mạng hình lƣới, có các khái niệm:  Nút (Node): Gồm có router và/hoặc các client (máy tính... ).  Nút đƣờng lên: Nút kết nối tới mạng Internet thông qua đƣờng truyền hữu tuyến để cung cấp kết nối Internet cho toàn mạng.  Nút đƣờng xuống: Nút kết nối tới mạng và có khả năng phục vụ cả kết nối hữu tuyến và vô tuyến cho mạng.  Nút lặp: Nút kết nối vào mạng và không dùng để phục vụ các client chỉ đóng vai trò là nút trung gian lặp tín hiệu. 1.1 Các cấu hình cơ bản của mạng WMN Điểm – Điểm (Point-to-Point): Là kiểu kết nối đơn giản nhất, hai nút truyền thông qua hai anten thu phát công suất cao hƣớng trực tiếp với nhau. Hình 1.2: Cấu hì nh mạng WMN kiểu điểm - điểm Điểm – Đa điểm (Point-to-Multipoints): Kết nối đƣợc chia sẻ giữa nút đƣờng lên dùng anten đa hƣớng với các nút đƣờng xuống (hoặc nút lặp) với anten thu công suất cao. Cấu hình mạng này dễ triển khai hơn cấu hình Điểm– Điểm vì khi thêm một thuê bao mới chỉ cần lắp đặt thêm thiết bị tại khu vực thuê bao chứ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 6 không phải lắp tại nút đƣờng lên. Tuy vậy, các trạm thu phải nằm trong phạm vi phủ sóng và có đƣờng nhìn thẳng với trạm phát sóng gốc. Các vật cản nhƣ cây cối, nhà cửa, đồi núi, ... sẽ góp phần làm cấu hình mạng lƣới Điểm – Đa điểm hoạt động không hiệu quả. Hình 1.3 : Cấu hì nh mạng WMN kiểu điểm – đa điểm Đa điểm – Đa điểm: Mỗi nút có vai trò không chỉ là điểm truy nhập cho các trạm mà còn làm nhiệm vụ chuyển tiếp dữ liệu. Cấu hình này có độ tin cậy mạng cao nhất do các nút có sự liên thông với nhau, một nút chỉ cần có kết nối với một nút bất kỳ mà không cần phải có kết nối trực tiếp với nút đƣờng lên nhƣ trong cấu hình Điểm – Đa điểm, là có thể kết nối với toàn mạng. Tuy nhiên, đổi lại giao thức tìm đƣờng của mạng sẽ có độ phức tạp cao hơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 7 Hình 1.4: Cấu hì nh mạng WMN kiểu đa điểm – đa điểm 1.2 Định tuyến trong mạng WMN Vì WMN có chung đặc điểm với những mạng tuỳ biến không dây, những giao thức định tuyến đƣợc phát triển cho MANET có thể đƣợc ứng dụng vào WMN. Chẳng hạn, những mạng mắt lƣới đƣợc Microsoft xây dựng dựa vào định tuyến nguồn động (DSR), và nhiều công ty khác, sử dụng định tuyến vector cự ly theo yêu cầu tuỳ biến (AODV). Những khái niệm lõi của những giao thức định tuyến hiện hữu đƣợc mở rộng để đạt đƣợc những yêu cầu đặc biệt của mạng mắt lƣới không dây. Dù đã có nhiều giao thức định tuyến cho mạng tuỳ biến không dây, những giao thức định tuyến cho WMN vẫn đƣợc tích cực nghiên cứu vì vài lý do sau: Trong đa số WMN, nhiều nút ở một chỗ hay ít di chuyển và không phụ thuộc vào nguồn pin. Do đó, những thuật toán định tuyến không cần chú ý vào việc đối phó với sự di động hay tối thiểu dùng nguồn nuôi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 8 Khoảng cách giữa những nút có lẽ đã đƣợc ngắn lại ở một WMN, do vậy gia tăng chất lƣợng liên kết và tốc độ truyền. Tuy nhiên, những khoảng cách ngắn cũng tăng ảnh hƣởng giữa các chặng, giảm bớt dải thông sẵn có trên mỗi mối liên kết. Bởi vậy, những tham số định tuyến mới cần đƣợc tìm hiểu và dùng để cải thiện hiệu năng của những giao thức định tuyến ở một mạng WMN với nhiều chặng và nhiều đƣờng truyền vô tuyến. Đối với mạng WMN có nhiều kênh và nhiều đƣờng truyền vô tuyến, giao thức định tuyến không những cần thiết để lựa chọn đƣờng đi trong những nút khác nhau, mà còn cần thiết để lựa chọn kênh thích hợp nhất hay đƣờng truyền vô tuyến cho mỗi nút lƣới. Bởi vậy, những tham số định tuyến cần đƣợc tìm hiểu và đƣợc dùng để tận dụng nhiều kênh, nhiều đƣờng vô tuyến trong một mạng mắt lƣới không dây. Trong một mạng WMN, sự thiết kế xuyên lớp là cần thiết vì sự thay đổi của một đƣờng định tuyến sẽ liên quan đến chuyển mạch kênh vô tuyến trong nút lƣới nhiều kênh và nhiều đƣờng truyền vô tuyến. Dựa trên hiệu năng của các giao thức định tuyến đang dùng cho mạng tuỳ biến và những yêu cầu đặc biệt của mạng WMN, giao thức định tuyến tối ƣu cho WMN cần đạt đƣợc những yêu cầu sau:  Dung sai lỗi: Một vấn đề quan trọng của các mạng là khả năng sống của mạng. Khả năng sống của mạng là khả năng hoạt động của mạng thậm chí khi có nút hoặc liên kết bị lỗi. WMN có thể bảo đảm chắc chắn chống lại lỗi liên kết bởi tự nhiên gây ra. Tƣơng ứng là giao thức định tuyến cũng nên hỗ trợ chọn đƣờng lại tuỳ vào các liên kết lỗi.  Cân bằng tải: Các bộ định tuyến vô tuyến cho mạng mắt lƣới tốt cho cân bằng tải bởi vì chúng có thể lựa chọn đƣờng đi hiệu quả nhất cho dữ liệu.  Giảm thiểu tiêu đề định tuyến: Sự bảo vệ băng thông là bắt buộc cho sự thành công của bất kì mạng vô tuyến nào. Giảm thiểu tiêu đề định tuyến là điều quan trọng, đặc biệt bởi một nguyên nhân tái quảng bá. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 9  Khả năng mở rộng: Mạng mắt lƣới có khả năng mở rộng và có thể kiểm soát hàng trăm hàng nghìn nút. Bởi vì nhà điều hành mạng không phụ thuộc vào một điểm điều khiển trung tâm, cộng thêm các điểm thu thập dữ liệu hoặc gateway là rất tiện lợi. Điều quan trọng cho mạng WMN với hàng nghìn nút là hỗ trợ khả năng mở rộng trong các giao thức định tuyến.  Hỗ trợ QoS: Để giới hạn dung lƣợng kênh, ảnh hƣởng của xuyên nhiễu, số lƣợng lớn các ngƣời dùng và sự nổi trội của các ứng dụng đa phƣơng tiện thời gian thực, việc hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ (QoS) trở nên một yêu cầu quyết định trong các mạng nhƣ vậy. 1.2.1 Giao thức DSR Giao thức đƣợc cấu thành từ hai cơ chế: Tìm đƣờng truyền và Duy trì đƣờng truyền. Các cơ chế này phối hợp với nhau cho phép các nút di động tìm và duy trì các con đƣờng tới bất kỳ các đích trong mạng. Việc sử dụng kiểu định tuyến nguồn cho phép tránh khỏi vấn đề định tuyến vòng, các nút mạng trung gian không cần phải cập nhật liên tục các thông tin định tuyến và cho phép các nút chuyển tiếp hoặc đọc và lƣu các thông tin định tuyến cần thiết từ các gói dữ liệu để sau đó sử dụng. Giao thức DSR cho phép các nút mạng tự khám phá một con đƣờng nguồn qua các nút mạng trung gian tới bất kỳ một nút đích nào trong mạng ad hoc. Mỗi một gói dữ liệu đƣợc gửi đi sau đó sẽ chứa một danh sách đầy đủ các nút trung gian mà gói này phải đi qua để đến đƣợc đích mà không có vấn đề di chuyển theo vòng diễn ra đồng thời tránh khỏi việc cập nhật liên tục các thông tin định tuyến trên các nút trung gian chuyển tiếp gói tin dữ liệu này. Bằng cách đƣa con đƣờng nguồn vào trong phần header của các gói dữ liệu, mỗi một nút khi chuyển tiếp bất kỳ một gói tin nào dạng này cũng dễ dàng lƣa trữ lại để sử dụng. Tìm đƣờng đi RD (Route Discovery): Là cơ chế tìm đƣờng khi nút gốc S muốn gửi gói dữ liệu tới nút đích D nhƣng chƣa biết đƣờng đi. Khi một nút S cần gửi một gói tin tới nút đích D, S ghi thứ tự các bƣớc đi trong cả đƣờng đi tới D vào phần thông tin header của gói tin. Thông thƣờng, S sẽ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 10 lấy thông tin về đƣờng đi thích hợp tới D bằng cách tìm trong bộ nhớ các đƣờng đi đƣợc lƣu lại từ những lần đi trƣớc của nút. Nếu không tìm thấy, S khởi tạo cơ chế RD để tìm đƣờng đi. Trong trƣờng hợp này, S đƣợc gọi là gốc và D là đích của cơ chế RD. Duy trì đƣờng đi RM (Route Maintenance): Là cơ chế trong đó nút S có khả năng tìm đƣờng mới khi đƣờng truyền đang sử dụng bị gián đoạn do cấu hình mạng đã thay đổi hoặc kết nối giữa các nút trong đƣờng truyền đó không hoạt động. Khi phát hiện ra đƣờng truyền cũ bị đứt, S có thể tìm một đƣờng truyền tới D khác mà nó biết hoặc thực hiện cơ chế RD để tìm ra đƣờng mới. Khi gửi hoặc chuyển tiếp một gói tin bằng đƣờng truyền xác định đƣợc, mỗi nút có trách nhiệm kiểm chứng việc nhận dữ liệu của nút tiếp theo trong đƣờng đi. Gói dữ liệu sẽ đƣợc tiếp tục truyền (với một số lần đƣợc xác định trƣớc) cho tới khi có xác nhận đã nhận đƣợc dữ liệu. Các cơ chế RD và RM hoạt động hoàn toàn dựa theo yêu cầu của các nút. Không giống với các giao thức khác, DSR không đòi hỏi phải truyền định kỳ các gói dữ liệu tìm đƣờng quảng bá, các tín hiệu kết nối hoặc các gói dữ liệu phát hiện nút lân cận. Với lý do này, DSR làm giảm nghẽn mạch mạng do truyền định kỳ các gói dữ liệu về 0 khi tất cả các nút có vị trí tƣơng đối ổn định so với các nút khác và tất cả các đƣờng đi cần thiết cho việc truyền thông đã đƣợc phát hiện. Các tham số ảnh hƣởng đến hiệu suất của mạng: Một trong những vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu khi thiết kế, triển khai và đƣa mạng vào hoạt động là khảo sát đƣợc các tham số ảnh hƣởng đến hiệu suất của mạng. Khả năng mở rộng: Kích thƣớc mạng lớn có thể làm cho giao thức định tuyến hoạt động không hiệu quả, không tìm đƣợc đƣờng đi tin cậy và làm giảm hiệu suất mạng. Mạng lƣới có kiến trúc ah-hoc nên khó cài đặt các cơ chế đa truy nhập tập trung nhƣ: Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA), do độ phức tạp và các yêu cầu đồng bộ thời gian và quản lý mã, vì vậy cơ chế truy nhập thƣờng đƣợc dùng là đa truy nhập phân tán Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 11 (CSMA/CA). Tuy nhiên, CSMA/CA có độ hiệu quả sử dụng tần số không gian rất thấp, giảm khả năng mở rộng của mạng, nên kỹ thuật này cũng không phải là tối ƣu. Vì vậy việc tạo ra kỹ thuật lai ghép giữa CSMA/CA với TDMA hoặc CDMA có thể là hƣớng tiếp cận mới nâng cao tính năng của mạng lƣới không dây. Khác với các mạng Ah-hoc khác, hầu hết các ứng dụng của mạng lƣới không dây là các dịch vụ băng thông rộng, với nhiều yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ. Do vậy còn có nhiều vấn đề khác cần quan tâm khi thiết kế giao thức truyền thông. 1.2.2 Giao thức AODV Yêu cầu cơ bản của thuật toán có thể đƣợc gọi là các hệ thống tiếp nhận đƣờng đi theo yêu cầu thuần túy, các nút không nằm trên tuyến hoạt động thì không duy trì bất kì thông tin định tuyến cũng nhƣ không tham gia vào bất kì bảng định tuyến nào. Hơn nữa, một nút không có gì để khám phá và duy trì tuyến tới nút khác cho đến khi hai nút phải kết nối, trừ khi các nút trƣớc cung cấp các dịch vụ của mình nhƣ là trạm trung chuyển để duy trì kết nối giữa hai nút khác. Khi khu vực kết nối của nút di động đƣợc quan tâm, mỗi nút di động có thể nhận biết đƣợc các nút hàng xóm nhờ việc sử dụng một số kĩ thuật, bao gồm quảng bá nội vùng ( không phải toàn hệ thống) đƣợc biết đến nhƣ các bản tin Hello. Bảng định tuyến của các nút lân cận đƣợc tổ chức tối ƣu hóa thời gian để đáp ứng nội vùng và cung cấp cho các yêu cầu thành lập tuyến mới. Mục tiêu chính của thuật toán là:  Chỉ phát gói quảng bá khi cần thiết  Để phân biệt giữa quản lý kết nối nội vùng và duy trì topo mạng nói chung.  Để phổ biến thông tin về các thay đổi trong kết nối nội cùng với các nút di động hàng xóm có khả năng cần thông tin. AODV sử dụng một cơ chế khám phá tuyến, cũng nhƣ đƣợc sử dụng trong thuật toán định tuyến nguồn động DSR. Thay vì dùng tuyến nguồn, AODV lại dựa vào bảng định tuyến thiết lập động tại các nút trung gian. Sự khác biệt này làm cho chi phí lớn hơn là các tuyến nguồn đƣợc mang trong mỗi gói dữ liệu.Mỗi nút ad hoc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 12 duy trì một bộ đếm số của chỉ số thứ tự tăng đơn điệu, đƣợc dùng để thay thế cho bộ nhớ tuyến. Sự kết hợp của các kĩ thuật này tạo ra một thuật toán sử dụng băng thông một cách hiệu quả (bằng cách giảm tối thiểu tải trọng mạng để điều khiển và phân phát dữ liệu) là đáp ứng sự thay đổi trong topo và đảm bảo vòng lặp tuyến tự do. Các vấn đề cơ bản của thuật toán định tuyến AODV là:  Các bản tin ROUTER REQUEST và ROUTER REPLY (Khám phá đƣờng)  Các bản tin ROUTER ERORR, HELLO và danh sách lƣu giữ tuyến trƣớc ( Duy trì đƣờng)  Các chỉ số thứ tự  Hopcount  Mở rộng vòng định tuyến 1.2.2.1 Khám phá đƣờng Quá trình khám phá đƣờng đƣợc phát động mỗi khi một nút nguồn cần truyền thông với một nút khác khi mà nó không có thông tin định tuyến về nút này trong bảng của nó. Nút nguồn phát động khám phá đƣờng bằng việc quảng bá gói Route Request (RREQ) tới các hàng xóm của nó. Quá trình gửi yêu cầu Tuyến có sẵn sàng? Yes No Lưu bản tin vào hàng đợi; phát động ROUTE REQUEST Chuyển tiếp bản tin Kết thúc . Hình 1.5: Quá trình gửi yêu cầu khám phá đường Khi một nút cần xác định tuyến tới một nút đích, nó tạo ra sự tràn lụt các bản tin RREQ trong mạng. Nút khởi đầu này quảng bá một bản tin RREQ tới tất cả các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 13 nút lân cận, các nút này lại tiếp tục quảng bá bản tin tới các hàng xóm của nó, và cứ nhƣ vậy. Để ngăn chặn sự quay vòng chu kì, mỗi nút nhớ việc chuyển tiếp tuyến yêu cầu mới nhất trong một bộ nhớ đệm tuyến yêu cầu. Khi các yêu cầu này trải rộng trong mạng, các nút trung gian lƣu giữ các tuyến ngƣợc quay lại nút nguồn. Khi một nút trung gian có nhiều tuyến ngƣợc, nó luôn luôn chọn các tuyến với giá trị hop count nhỏ nhất. Khi một nút nhận đƣợc yêu cầu của một nút khác hoặc nó biết một tuyến đủ mới tới đích, hoặc bản thân nó chính là đích, nút này sẽ phát động một bản tin RREP, và gửi bản tin này dọc theo tuyến ngƣợc quay trở lại nút nguồn. Khi bản tin RREP vƣợt qua các nút trung gian, các nút này sẽ cập nhật bản định tuyến của nó, để mà trong tƣơng lai, các bản tin có thể đƣợc gửi theo tuyến này tới đích. Nút khởi đầu RREQ có thể nhận đƣợc bản tin RREP từ nhiều hơn một nút. Mỗi nút hàng xóm khi nhận đƣợc RREQ hoặc gửi bản tin Route Reply (RREP) quay trở lại nút nguồn hoặc quảng bá tiếp gói tin RREQ tới các hàng xóm khác của nó sau khi đã tăng chỉ số hop count lên 1. 1.1.2.2 Duy trì đƣờng Mỗi nút lƣu giữ một danh sách chặng trƣớc và danh sách cổng ra. Một danh sách chặng trƣớc là một thiết lập các nút mà tuyến xuyên suốt qua nút giữ danh sách. Danh sách cổng ra là thiết lập các chặng tiếp theo mà nút gửi qua. Trong các mạng nơi mà tất cả các tuyến là song hƣớng, các danh sách này về cơ bản là nhƣ nhau. Mỗi nút gửi định kì các bản tin Hello tới các chặng trƣớc của nó. Một nút quyết định gửi một bản tin Hello tới một chặng trƣớc xác định chỉ khi nếu không có bản tin nào đƣợc gửi gần đây tới chặng trƣớc đó. Do đó, mỗi nút mong đợi nhận định kì các bản tin (không giới hạn các bản tin Hello) từ mỗi nút trong danh sách cổng ra của nút. Nếu một nút không nhận đƣợc bản tin nào từ một vài nút cổng ra trong một khoảng thời gian dài, khi đó nút đƣợc cho là không còn có thể tới đƣợc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 14 Mỗi khi một nút xác định đƣợc một trong số các chặng tiếp theo của nó không còn tới đƣợc, nó hủy bỏ tất cả các mục tuyến ảnh hƣởng và phát động một bản tin RERR. Bản tin RERR này bao gồm một danh sách tất cả các đích mà không thể tới đƣợc nhƣ một kết quả của liên kết gãy. Các nút gửi RERR tới mỗi chặng trƣớc của nó. Các chặng trƣớc này cập nhận bản định tuyến và lần lƣợt chuyển tiếp RERR đến các chặng trƣớc của nó, và cứ nhƣ vậy. Để ngăn chặp lặp các bản tin RERR, một nút chỉ chuyển tiếp bản tin RERR nếu ít nhất một tuyến đã bị hủy bỏ. Quá trình xử lý nhận Bản tin RREQ Kiểm tra kiểu tin Bản tin Bản tin RERR RREP Cập nhật tuyến (nếu tốt hơn tuyến cũ) Cập nhật bảng định tuyến Loại bỏ tuyến ảnh hƣởng Đích? Nguồn? Còn ít nhất một loại bỏ? Yes No No Chuyển tiếp bản tin RREP tới chặng tiếp Là tuyến đủ mới? Yes Gửi RREP Yes Yes No Chuyển tiếp bản tin RRER đến các chặng trƣớc Xếp hàng đợi gửi tin nhắn No Nếu không có trong bộ nhớ, chuyển tiếp gói RREQ tới các hàng xóm Kết thúc Hình 1.6: Tóm tắt xử lý nhận tại một nút Hoạt động của các nút không ảnh hƣởng tới tuyến đƣờng tới đích. Nếu các nút nguồn di chuyển trong suốt một phiên hoạt động, nó có thể phát động lại khám phá tuyến để thành lập một tuyến mới tới đích. Khi hoặc đích hoặc một vài nút trung gian di chuyển, một RREP đặc biệt đƣợc gửi tới các nút nguồn bị ảnh hƣởng. Bản tin Hello định kì có thể đƣợc sử dụng để đảm bảo liên kết đối xứng cũng nhƣ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 15 phát hiện liên kết lỗi. Một liên kết lỗi cũng đƣợc chỉ ra nếu tiếp một gói tin tới nút hàng xóm thất bại. Chỉ một lần chặng tiếp theo trở nên không nhận đƣợc, nút luồng lên bị gẫy sẽ quảng bá một RREP đƣợc gửi đi với một chỉ số thứ tự mới nhất (ví dụ, một chỉ số thứ tự mà lớn hơn chỉ số trƣớc đấy đƣợc biết) và hop count tại vô cùng tới tất cả các hoạt động luồng lên của các hàng xóm khác. Những nút này sau đó chuyển tiếp bản tin tới các hàng xóm hoạt động của nó. Quá trình này đƣợc tiếp tục cho đến khi tất cả các hoạt động của nút nguồn đƣợc thông báo là kết thúc bởi AODV chỉ duy trì vòng lặp tuyến tự do và chỉ có một số lƣợng có hạn các nút trong mạng ad hoc. Nhờ vào việc nhận khai báo của các liên kết gãy, nút nguồn có thể khởi động lại quá trình khám phá tuyến nếu nó vẫn yêu cầu một tuyến tới đích. Để xác định một tuyến vẫn cần thiết hay không, một nút có thể kiểm tra các tuyến đƣợc sử dụng mới đây, cũng nhƣ các khối điều khiểu các giao thức lớp trên xác định các kết nối mở còn lại đƣợc chỉ đến đích. Nếu các nút nguồn (hay bất cứ nút nào dọc theo tuyến trƣớc đó) quyết định nó muốn thiết lập lại tuyến đƣờng tới đích, nó sẽ gửi một RREQ với chỉ số thứ tự đích của một số lớn hơn chỉ số đƣợc biết đến trƣớc đấy, để đảm bảo rằng nó xây dựng một tuyến mới, tuyến có thể tồn tại, và không có nút hồi đáp nếu nó vẫn quan tâm đến tuyến trƣớc đó. Hình 1.7: Ví dụ về lưới giao thức định tuyến Hình 1.7 cho thấy ví dụ của một giao thức định tuyến AODV, dựa trên các giao thức định tuyến trạng thái kết nối với các thông điệp cảnh báo định kỳ. Khi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 16 một nút không tìm thấy một điểm đến trong danh sách định tuyến của nó, nó sẽ phát sóng thông điệp yêu cầu tuyến đƣờng, khi các nút nhận đƣợc tín hiệu phát sóng yêu cầu tuyến đƣờng của nút lân cận, một thông điệp sẽ đƣợc gửi lại nếu nút lân cận biết các tuyến đƣờng. Nếu không các thông điệp yêu cầu phát lại tuyến đƣờng. Các thông báo yêu cầu một số tuyến đƣờng tự kết nối các thông tin chất lƣợng để hỗ trợ trong việc phát hiện ra đƣờng đi tối ƣu nhất. 1.3 Vấn đề an ninh của mạng lƣới không dây Nhƣ chúng ta đã biết mạng không dây sử sóng điện từ để thu và phát tín hiệu, môi trƣờng truyền sóng là môi trƣờng không khí. Do vậy vấn đề an ninh trong mạng không dây sẽ trở lên phức tạp hơn mạng có dây rất nhiều. Ngày nay khi công nghệ càng phát triển thì khả năng và kỹ thuật tấn công cũng trở lên tinh vi hơn, nguy cơ bị tấn công mạng ngày càng tăng. Bởi vì tấn công, phá hoại là do con ngƣời thực hiện, kỹ thuật càng phát triển, càng thêm khả năng đối phó, ngăn chặn thì kẻ tấn công cũng ngày càng tìm ra nhiều các kỹ thuật tấn công khác cũng nhƣ những lỗi kỹ thuật khác của hệ thống. Các giải pháp bảo mật thông tin trên đƣờng truyền đã bộc lộ nhiều lỗ hổng, vì thế an toàn thông tin ngày càng trở lên mong manh hơn bao giờ hết. Sở dĩ nguy cơ bị tấn công của mạng không dây lớn hơn của mạng có dây là do những yếu tố sau: Kẻ tấn công thƣờng thực hiện một cách dễ dàng tại bất kỳ nơi đâu trong vùng phủ sóng của hệ thống mạng. Thông tin trao đổi đƣợc truyền đi trong không gian, vì vậy không thể ngăn chặn đƣợc việc bị lấy trộm hay nghe lén thông tin. Công nghệ còn khá mới mẻ, nhất là đối với Việt Nam. Các công nghệ từ khi đƣa ra đến khi áp dụng thực tế còn cách nhau một khoảng thời gian dài. Qua những phân tích trên chúng ta thấy đƣợc vấn đề an ninh trong mạng không dây đóng một vai trò hết sức quan trọng. Thông tin chỉ có giá trị khi nó giữ đƣợc tính chính xác, thông tin chỉ có tính bảo mật khi chỉ có những ngƣời đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 17 phép nắm giữ thông tin biết đƣợc nó. Thực sự vấn đề bảo mật cho mạng máy tính không dây nói chung phức tạp hơn hệ thống mạng có dây rất nhiều. Tuy nhiên, tập trung chƣơng trình không phải là khả năng mở rộng trong WMN, WMN vẫn thiếu giải pháp bảo mật hiệu quả và khả năng mở rộng, bởi vì an ninh dễ để bị tổn hại do tổn thƣơng của các kênh và các nút phƣơng tiện truyền thông không dây chia sẻ, không có cơ sở hạ tầng, và thay đổi cấu trúc liên kết mạng. Các cuộc tấn công có thể quảng cáo cập nhật định tuyến DSR và AODV, một loại các cuộc tấn công là gói chuyển tiếp, nghĩa là kẻ tấn công không có thể thay đổi bảng định tuyến, nhƣng các gói tin trên con đƣờng định tuyến có thể đƣợc dẫn đến một điểm đến khác nhau không phù hợp với giao thức định tuyến. Hơn nữa, những kẻ tấn công có thể đột nhập vào mạng, và đóng vai một nút hợp pháp và không tuân theo các yêu cầu chi tiết kỹ thuật của một giao thức định tuyến. Một số các nút độc hại có thể tạo ra những wormhole các phím tắt giữa các nút hợp pháp. Cùng một kiểu tấn công nhƣ trong giao thức định tuyến cũng có thể xảy ra trong các giao thức MAC. Những kẻ tấn công có thể lẻn vào mạng bằng cách nghe lén thụ động, tấn công gây nhiễu tại tầng liên kết, tấn công giả mạo tại tầng MAC, tấn công truyền lại… Trong một mật mã giao thức, trao đổi thông tin trong những ngƣời dùng xảy ra thƣờng xuyên. Nhƣ vậy, một chƣơng trình trao đổi, đƣợc gọi là trao đổi hợp lý, phải đƣợc sử dụng và đảm bảo rằng một bên hỏng không thể đạt đƣợc bất cứ điều gì từ hành vi sai trái, và do đó, sẽ không có chƣơng trình nào đƣợc thực hiện. Việc quản lý chính là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất cho an ninh mạng. Tuy nhiên, việc quản lý cho WMN trở nên khó khăn hơn, vì không có bên thứ ba đáng tin cậy hoặc máy chủ để quản lý các khóa bảo mật. Để tăng cƣờng an ninh của WMN, hai chiến lƣợc cần phải đƣợc thông qua. Hoặc để nhúng cơ chế bảo mật vào các giao thức mạng nhƣ an toàn định tuyến và các giao thức MAC hoặc để phát triển an ninh hệ thống giám sát và phản ứng để phát hiện các cuộc tấn công, giám sát gián đoạn dịch vụ, và phát hiện nhanh chóng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 18 các cuộc tấn công. Cho đến nay, nhiều giao thức an toàn đã đƣợc đề xuất . Tuy nhiên, để bảo vệ các cuộc tấn công là rất hạn chế, bởi vì các chƣơng trình nằm trong một lớp giao thức duy nhất không thể giải quyết vấn đề trong lớp khác. Tuy nhiên, tấn công vào an ninh trong một mạng có thể đến cùng một lúc từ lớp giao thức khác nhau. Vì vậy làm thế nào để thiết kế và thực hiện một hệ thống giám sát an ninh thực tế, bao gồm qua các lớp giao thức mạng an toàn và thuật toán phát hiện xâm nhập khác nhau đang là một thách thức. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 19 CHƢƠNG 2 BẢO MẬT TRONG MẠNG KHÔNG DÂY MESH Mục tiêu của việc kết nối mạng là để nhiều ngƣời sử dụng, từ những vị trí địa lý khác nhau có thể sử dụng chung tài nguyên, trao đổi thông tin với nhau. Do đặc điểm nhiều ngƣời sử dụng lại phân tán về mặt địa lý nên việc bảo vệ các tài nguyên thông tin trên mạng, tránh sự mất mát và xâm phạm là cần thiết và cấp bách, đặc biệt là đối với mạng không dây. Trong chƣơng này chúng ta tìm hiểu các hình thức tấn công và giải pháp bảo mật cho mạng WMN. Một số lỗ hổng tồn tại trong các giao thức trong WMN có thể bị lợi dụng bởi những kẻ tấn công nhằm làm giảm hiệu suất của mạng. Các nút trong mạng WMN dựa vào các nút trung gian để kết nối với các nút khác trong mạng và vào Internet. Do đó, các giao thức tầng MAC cũng nhƣ các giao thức định tuyến cho mạng WMN giả định rằng các nút thành viên hoạt động không có mục đích xấu. Vì vậy, tất các các nút đƣợc giả định theo giao thức MAC và thực hiện các hoạt động định tuyến và chuyển tiếp gói tin theo quy định của các giao thức tƣơng ứng. Dựa vào sự tin cậy giả định này, các nút đƣa ra các quyết định độc lập cho việc chuyền dẫn của mình. Tƣơng tự nhƣ vậy, các giao thức định tuyến yêu cầu các nút WMN trao đổi thông tin định tuyến trong miền lân cận để quyết định hiệu quả định tuyến. Bởi vì các nút đƣợc giả định là có hành vi tốt, mỗi nút đƣa ra một quyết định độc lập dựa vào đặc điểm của giao thức định tuyến. Nút này thông tin đến nút hàng xóm về quyết định này. Các nút hàng xóm cũng không kiểm tra hay xác minh quyết định này cũng nhƣ thông tin truyền dẫn. Trong thực tế, một số nút WMN có thể cƣ xử một cách “ích kỷ” và các nút khác có thể bị tổn thƣơng bởi những ngƣời dùng xấu. Các tin giả làm cho giao thức tầng MAC và các giao thức định tuyến bị tấn công bởi nhiều tấn công chủ động khác nhau nhƣ tấn công lỗ đen, tấn công wormhole và tấn công dồn dập. Các nút độc hại hoặc ích kỷ có thể bỏ đi một số gói dữ liệu có chọn lọc hoặc có thể lựa chọn cách bỏ đi tất cả các gói tin mà không chuyển tiếp trên bất kỳ đƣờng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn An toàn bảo mật thông tin trong mạng lƣới không dây – Đỗ Thị Thanh Hải 20 truyền nào. Thêm nữa, vì các nút thành viên có thể không phải là ngƣời quản trị, đặc biệt là trong cộng động đƣợc triển khai bởi WMN, việc bảo mật và toàn vẹn dữ liệu có thể bị tổn hạn nếu các nút trung gian giữ một bản copy toàn bộ dữ liệu để phân tích mật mã và tìm kiếm thông tin. Các nút độc hại có thể thêm vào các gói tin độc hại vào mạng và dẫn đến việc tấn công từ chối dịch vụ (DoS). Tƣơng tự, việc thụ động nhận các gói tin có thể bị phát lại sau một thời gian để truy cập vào tài nguyên của mạng. Tất cả những lỗ hổng này làm cho WMN có xu hƣớng bị tấn công. Những cuộc tấn công trên mạng WMN có thể đƣợc xem xét ở phần sau. 2.1. Các dạng tấn công trong mạng không dây mesh Phần này đề cập đến các cuộc tấn công vào mạng lƣới không dây. Trọng tâm chính sẽ là các cuộc tấn công có ảnh hƣởng đến tầng MAC và tầng mạng của loại mạng này. Các đặc điểm của giải pháp bảo mật cho mạng lƣới không dây cũng đƣợc xác định và cơ chế giải pháp khác nhau cũng sẽ đƣợc đề cập và thảo luận. Những nỗ lực trong việc tiêu chuẩn hóa cho việc bảo mật trong mạng lƣới không dây đƣợc cũng sẽ đƣợc đề cập đến nhằm tăng cƣờng khả năng bảo mật của các mạng này. 2.1.1. Tấn công tầng vật lý Tất cả các loại mạng không dây bao gồm cả mạng lƣới không dây đang bị tấn công phá sóng vô tuyến tại các lớp vật lý. Tấn công phá sóng vô tuyến là một cuộc tấn công có khả năng gây tổn hại mà có thể đƣợc thực hiện tƣơng đối dễ dàng đơn giản bằng cách cho phép một thiết bị không dây phát một tín hiệu mạnh, có thể gây nhiễu đủ để ngăn chặn các gói tin trong mạng nạn nhân đƣợc nhận. Hình thức tấn công đơn giản nhất là những kẻ tấn công có thể phát liên tục các tín hiệu để gây nhiễu sóng. Một cách khác là những kẻ tấn công có thể dùng đến những chiến lƣợc tinh vi hơn là chỉ truyền tín hiệu radio khi cảm nhận thấy có hành động trên kênh truyền và còn ngƣợc lại thì im lặng (đây gọi là phản ứng gây nhiễu). Tuy nhiên, với những loại tấn công gây nhiễu này, cơ chế truyền là tuỳ ý, có thể đƣợc coi nhƣ một tiếng ồn trong kênh và các giao thức MAC có thể chống lại hoặc làm mất tác dụng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn