Automatick ´a anal ´yza dosaˇzitelnosti kryptografick´eho materi´alu po ˇc´asteˇcn´e kompromitaci

45 Pages·2014·1.65 MB·Slovak

MASARYKOVA UNIVERZITA
FAKULTA INFORMATIKY
} w(cid:1)(cid:2)(cid:3)(cid:4)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:8)(cid:10)(cid:11)(cid:12)(cid:13)Æ(cid:16)(cid:17)(cid:18)(cid:19)(cid:20)(cid:21)(cid:22)(cid:23)(cid:24)(cid:25)(cid:26)(cid:31) !"#$%&'()+,-./012345<yA|
Automaticka´ analy´za
dosazˇitelnosti kryptograficke´ho
materia´lu po cˇa´stecˇne´
kompromitaci u´ tocˇn´ıkem
BAKALA´RˇSKA´ PRA´CE
Martin Paul´ık
Brno, jaro 2014
Prohla´sˇen´ı
Prohlasˇuji, zˇe tato bakala´rˇska´ pra´ce je my´m pu˚vodn´ım autorsky´m
d´ılem, ktere´ jsem vypracoval samostatneˇ. Vsˇechny zdroje, prameny
a literaturu, ktere´ jsem prˇi vypracova´n´ı pouzˇ´ıval nebo z nich cˇerpal,
vpra´cirˇa´dneˇ citujisuveden´ımu´plne´hoodkazunaprˇ´ıslusˇny´ zdroj.
MartinPaul´ık
Vedouc´ıpra´ce: RNDr.PetrSˇvenda,Ph.D.
Podeˇkova´n´ı
Ra´d bych na tomto m´ısteˇ podeˇkoval sve´mu vedouc´ımu bakala´rˇske´
pra´ce RNDr. Petrovi Sˇvendovi, Ph.D. za cˇas, trpeˇlivost a cenne´ rady,
ktery´mi mi prˇi zpracova´n´ı bakala´rˇske´ pra´ce poma´hal. Podeˇkova´n´ı
patrˇ´ıtake´ moj´ırodineˇ zapodporupodobucele´hostudia.
Shrnut´ı
C´ılempra´cebylovytvorˇen´ına´stroje,ktery´ byumozˇnˇovalnacˇ´ıta´n´ıze
souboru DOT nebo z protokolu, vykreslen´ı grafu u´toku v graficke´m
uzˇivatelske´m rozhran´ı a prova´deˇn´ı analy´zy grafu u´toku v oblasti
kryptografi´ı.
Kl´ıcˇova´ slova
grafu´toku,minima´ln´ıpodmnozˇina,jazykDOT,modelu´toku,na´stroj
Obsah
1 Grafu´toku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1 U´cˇelgrafu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Detekce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.2 Obrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3 Forenzn´ıanaly´za . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Modelu´tokuagrafu´toku . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Analy´zadosazˇitelnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 S´ıt’ove´ grafyu´toku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4.1 S´ıt’ovy´ modelu´toku . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Na´strojeprogenerova´n´ıgrafuu´toku . . . . . . . . . . . . . 9
2.1 Na´strojeproanaly´zugrafus´ıteˇ . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.1 Architekturasadyna´stroju˚ . . . . . . . . . . . . 9
2.1.2 Nessus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.3 MITREOutpost . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 TVA(TopologicalVulnerabilityAnalysis) . . . . . . . . 11
2.3 NetSPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 MuLVAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 Na´strojCryptoAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1 ProtokolCAS+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 JazykDOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3 Graficke´ uzˇivatelske´ rozhran´ı . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3.1 Oknona´stroje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.3.2 ImplementaceGUI . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 Prˇ´ıkazovy´ rˇa´dek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4 Na´strojaprakticka´ uka´zka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.1 Analy´zapomoc´ıGUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2 Analy´zapomoc´ıprˇ´ıkazove´horˇa´dku . . . . . . . . . . . 35
5 Za´veˇr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1
´
Uvod
S na´stupem a rozvojem novy´ch technologi´ı se zveˇtsˇuje pocˇet kvalifi-
kovany´ch u´tocˇn´ıku˚, kterˇ´ı maj´ı ru˚zne´ u´mysly. Teˇmi mu˚zˇe by´t z´ıska´n´ı
informac´ı z prˇenosu dat mezi jednotlivy´mi uzˇivateli s´ıteˇ pomoc´ı od-
posloucha´va´n´ı,narusˇen´ıbezpecˇnostis´ıteˇ,prova´deˇn´ınelega´ln´ıchakc´ı
vdataba´ziadalsˇ´ıu´toky.Nastraneˇ bezpecˇnostiaochranydatexistuj´ı
mozˇnosti,jakseteˇmtou´toku˚mbra´nit.Mezineˇ patrˇ´ısˇifrova´n´ıdatpo-
moc´ı sˇifrovac´ıch algoritmu˚, pouzˇ´ıva´n´ı kryptograficky´ch hasˇovac´ıch
funkc´ı, digita´ln´ı podpisy, certifika´ty pro oveˇrˇova´n´ı du˚veˇryhodnosti
a dalsˇ´ı metody. Obranne´ metody se neusta´le vyv´ıjej´ı, paralelneˇ s na´-
ru˚stem dostupne´ho vy´pocˇetn´ıho vy´konu a dalsˇ´ıch technologi´ı. Ze-
jme´na v prˇ´ıpadeˇ c´ıleny´ch u´toku˚ mu˚zˇe by´t u´tocˇn´ıkem ty´m kvalifiko-
vany´ch specialistu˚ vybaveny´ch vy´pocˇetn´ım vy´konem takove´ u´rov-
neˇ,sekteroumu˚zˇeby´tschopendopocˇ´ıtataodhadnouthodnotydat,
ktere´ bysmensˇ´ıvy´konnost´ınebylschopenzkompromitovat.
Pra´cesikladezac´ılzmapovatoblastautomaticke´ analy´zyaurcˇit,
zda kryptograficke´ hodnoty, pouzˇ´ıvane´ v konkre´tn´ım kryptografic-
ke´m protokolu nebo slozˇiteˇjsˇ´ı architekturˇe, jsou dosazˇitelne´ prˇi za-
chycen´ı neˇktery´ch jiny´ch hodnot u´tocˇn´ıkem. Pokud jsou zachycene´
hodnotyda´lepouzˇ´ıva´nynaprˇ.proderivacikl´ıcˇu˚,u´tocˇn´ıkovitakmu˚-
zˇe by´t dostupna´ i derivovana´ hodnota. U´tocˇn´ık mu˚zˇe m´ıt mozˇnost
odvodit v´ıce hodnot, nezˇ zpocˇa´tku zachytil. Automaticka´ analy´za
poskytne mozˇnosti testovat, ktere´ cˇa´sti kryptograficke´ho protokolu
jsou kompromitova´ny na´sledkem zachycen´ı omezene´ podmnozˇiny
pouzˇ´ıvany´ch kryptograficky´ch hodnot. Pra´ce zahrnuje implemen-
taci na´stroje, ktery´ obsahuje graficke´ uzˇivatelske´ rozhran´ı pro zob-
razen´ı grafu u´toku vcˇetneˇ mozˇnosti automaticke´ analy´zy grafu. Na´-
stroj je kromeˇ graficke´ho uzˇivatelske´ho rozhran´ı spustitelny´ i v rezˇi-
muprˇ´ıkazove´horˇa´dku.
2
1 Graf u´toku
Graf u´toku je v podstateˇ souhrn sce´na´rˇu˚ ukazuj´ıc´ıch, jaky´m zpu˚so-
bem mu˚zˇe u´tocˇn´ık vyuzˇ´ıt zranitelnosti syste´mu, prolomit bezpecˇ-
nost,vniknoutdosyste´muat´ımdosa´hnoutsve´hopla´novane´hoc´ıle.
Tvu˚rci velky´ch syste´mu˚ nebo s´ıt´ı si cˇasto prˇi jejich vytva´rˇen´ı nevsˇi-
mnou maly´ch nedostatku˚. Z veˇtsˇ´ıho pocˇtu nedostatku˚ vsˇak mu˚zˇe
vzniknout bezpecˇnostn´ı proble´m, ktery´ u´tocˇn´ık vyuzˇije k napaden´ı
syste´mu.Grafyu´toku˚ slouzˇ´ıpra´veˇ bezpecˇnostn´ımanalytiku˚masys-
te´movy´m spra´vcu˚m k urcˇen´ı zranitelny´ch m´ıst jejich syste´mu˚. Po
zjisˇteˇn´ıtakovy´chm´ıstmohouspra´vciprove´stjejichopravu,prˇ´ıpadneˇ
nasaditproochranujejichsyste´mu˚ jina´ bezpecˇnostn´ıopatrˇen´ı.
Aby bylo mozˇne´ zjistit, jak vypada´ graf u´toku pro konkre´tn´ı sys-
te´m, je nezbytne´ vytvorˇit novy´ model syste´mu jako graf s ru˚zny´mi
stavy. Tedy sestrojit konecˇny´ stavovy´ automat, kde kazˇdy´ stav zna-
mena´ konkre´tn´ı uzel syste´mu. Uzlem mu˚zˇe by´t pocˇ´ıtacˇ, server, rou-
ter a dalsˇ´ı zarˇ´ızen´ı. Prˇechody mezi uzly znamenaj´ı jejich prˇ´ıma´ spo-
jen´ı,d´ıkyktery´mmu˚zˇeu´tocˇn´ıkprova´deˇtru˚zne´ u´tokydojiny´chuzlu˚.
Uzlu˚m je mozˇne´ prˇideˇlit konkre´tn´ı pozˇadovane´ bezpecˇnostn´ı vlast-
nosti (naprˇ.: Z dane´ho uzlu by u´tocˇn´ık nemeˇl z´ıskat prˇ´ıstup k dalsˇ´ı-
mudefinovane´muuzlu).
Z vytvorˇene´ho modelu syste´mu je pomoc´ı na´stroju˚ pro prˇevod
modelu˚ sestrojen graf u´toku, ktery´ je mozˇne´ vykreslit a zobrazit po-
moc´ı na´stroje GraphVizu. T´ımto zpu˚sobem vytvorˇeny´ graf u´toku je
podroben analy´ze, kterou je zjisˇteˇno, ke ktery´m uzlu˚m je u´tocˇn´ık
schopenz´ıskatprˇ´ıstup.Podokoncˇen´ıcele´ analy´zysegrafu´tokuprˇe-
da´ syste´movy´mspra´vcu˚m,abymohlizranitelna´ m´ıstazabezpecˇit[1].
´
1.1 Ucˇel grafu
Vy´sledny´ grafu´tokumu˚zˇeslouzˇitjakouzˇitecˇny´ na´strojvmnohaob-
lastech bezpecˇnosti syste´mu˚ a s´ıt´ı. Pomoc´ı grafu u´toku lze zajistit
detekci vniknut´ı, obranu a forenzn´ı analy´zu. Da´le je uveden strucˇny´
popisaktivit,ktere´ jsousoucˇa´st´ıprocesutvorbygrafuu´toku.
3
1. GRAF U´TOKU
1.1.1 Detekce
C´ılem detekce je zkoumat prob´ıhaj´ıc´ı aktivity v s´ıti a zjisˇt’ovat, zda
tytojsouprosyste´mbezpecˇne´ nebonikoliv.Prodetekciexistuj´ıru˚zne´
syste´my, ktere´ zjisˇt’uj´ı vniknut´ı. Jedneˇmi z nich jsou IDS (Intrusion
DetectionSystems).IDSjsouobranne´ syste´my,ktere´ monitoruj´ıs´ıt’o-
vy´ provoz,snazˇ´ısedetekovatpodezrˇele´ aktivityageneruj´ıvarova´n´ı.
Podezrˇele´ a neobvykle´ aktivity mohou ve´st k narusˇen´ı bezpecˇnosti
voperacˇn´ımsyste´munebopocˇ´ıtacˇove´ s´ıti.IDSsyste´myobsahuj´ısen-
zorynadetekciaodhalova´n´ıru˚zny´chnebezpecˇ´ı.Spra´vcimohouna-
stavit,jakcitlive´ avn´ımave´ budousenzoryproIDS.Pokudjsousen-
zory nastaveny tak, aby hla´sily vsˇechny neobvykle´ aktivity, je je-
jich vn´ımavost vysoka´ a jsou schopny zachytit velke´ mnozˇstv´ı po-
dezrˇely´chaktivit.Nevy´hodoutakove´honastaven´ıjecˇaste´ generova´-
n´ı varova´n´ı i v prˇ´ıpadeˇ nesˇkodny´ch aktivit. Na druhou stranu po
sn´ızˇen´ıvn´ımavostisenzoru˚ jesn´ızˇenaijejichschopnostdetekcerea´l-
ny´chu´toku˚ [2].
Za rozsˇ´ırˇen´ı IDS syste´mu˚ jsou povazˇova´ny IPS syste´my (Intru-
sion prevention systems), ktere´ jsou na rozd´ıl od IDS syste´mu˚ nasa-
zeny prˇ´ımo do s´ıt’ove´ cesty a nav´ıc umozˇnˇuj´ı filtrova´n´ı sˇkodlivy´ch
paketu˚, na´silne´ resetova´n´ı spojen´ı nebo blokova´n´ı provozu z pode-
zrˇele´ IPadresy[3].
1.1.2 Obrana
Pro zajisˇteˇn´ı u´cˇinne´ ochrany je du˚lezˇite´ zjistit a oveˇrˇit, jak syste´m
vybaveny´ IDS reaguje na vniknut´ı. Proto se grafy u´toku˚ pouzˇ´ıvaj´ı
pro ru˚zne´ analy´zy, jejichzˇ vy´sledky poma´haj´ı administra´toru˚m s´ıt´ı
urcˇit, kam um´ıstit novou IDS komponentu tak, aby byla co nejle´pe
vyuzˇita´. Dalsˇ´ı analy´zy proveˇrˇuj´ı, jak se syste´m chova´ s odlisˇny´mi
bezpecˇnostn´ımi na´stroji a softwarovy´mi/hardwarovy´mi konfigura-
cemi, porovna´vaj´ı ru˚zne´ kombinace pomoc´ı sce´na´rˇu˚ grafu u´toku a
zjisˇt’uj´ı, ktera´ z nich je nejidea´lneˇjsˇ´ı, tedy nejme´neˇ zranitelna´. Admi-
nistra´torbymeˇlsestavittakovy´ syste´m,ktery´ vespolupra´cisna´stroji
akonfiguracemifungujepodleprˇedemvytcˇene´hoc´ıleaktery´ jesilneˇ
zabezpecˇeny´ [2].
4
1. GRAF U´TOKU
1.1.3 Forenzn´ıanaly´za
Forenzn´ı analy´za se zaby´va´ mozˇny´mi typy u´toku˚ a jejich na´sledky.
Zkouma´ vsˇechny mozˇne´ jednotlive´ kroky u´toku, zjisˇt’uje du˚lezˇitost
varova´n´ı ze senzoru˚ a snazˇ´ı se zabra´nit uzˇ pocˇa´tecˇn´ım kroku˚m u´to-
ku. U´tocˇn´ık mu˚zˇe naprˇ´ıklad navrhnout u´tocˇny´ pla´n, ktery´ se skla´da´
z neˇkolika mensˇ´ıch aktivit. Jednotlive´ aktivity se postupneˇ aplikuj´ı
v syste´mu a po propojen´ı aplikac´ı vsˇech aktivit vznika´ cely´ u´tok, po
ktere´mbezpecˇnostsyste´mupadneau´tocˇn´ıkmu˚zˇedosa´hnoutsve´ho
c´ıle[2].
1.2 Model u´toku a graf u´toku
Prˇesto,zˇehlavn´ıadu˚lezˇitouprioritouvcˇinnostianalytiku˚ jezaby´vat
se zranitelnost´ı syste´mu˚ a mozˇny´mi sˇkodami na nich, povazˇuji za
idea´ln´ı uve´st obecnou definici grafu u´toku s ohledem na model, ve
ktere´m jsou zahrnuti jak u´tocˇn´ıci, tak i obra´nci komplexn´ıho syste´-
mu.
Model u´toku vyjadrˇuje forma´ln´ı reprezentaci cele´ho syste´mu a
jeho bezpecˇnosti. Model take´ bere v u´vahu vlastnosti u´tocˇn´ıka, o-
bra´nceahlavn´ıhosyste´mu.
Obecna´ definicemodeluu´toku:
Necht’APjemnozˇinaatomicky´chtvrzen´ı.Modelu´tokujekonecˇ-
”
ny´ automatM=(S,τ,s ,l),kdeSjemnozˇinastavu˚,τ ⊆S×Sjerelace
0
prˇechodu, s ∈ S je pocˇa´tecˇn´ı stav a l : S → 2AP je vlastnost stavu
0
smnozˇinoupravdivy´chtvrzen´ıvtomtostavu.“ [4].
Stavy v tomto modelu odpov´ıdaj´ı na´zvu˚m cˇi ohodnocen´ım pro-
meˇnny´ch,ktere´ obsahuj´ıpopisu´tocˇn´ıka,obra´ncenebosyste´mu.Prˇe-
chody v syste´mu slouzˇ´ı k vyja´drˇen´ı akc´ı, ktere´ mu˚zˇe u´tocˇn´ık pouzˇ´ıt
kvniknut´ıazneuzˇit´ıstavu˚ syste´mu.Pocˇa´tecˇn´ıstavmodeluvyjadrˇuje
takovy´ stav, ve ktere´m model prozat´ım neobsahuje zˇa´dne´ sˇkody a
ve ktere´m take´ u´tocˇn´ık vstupuje do syste´mu. Jako prˇ´ıklad je uveden
prˇ´ıpad pocˇ´ıtacˇove´ s´ıteˇ pro model u´toku. Mezi stavy modelu patrˇ´ı
stavyu´tocˇn´ıka,syste´move´hoadministra´toraas´ıt’pocˇ´ıtacˇu˚.Prˇechody
vtomtoprˇ´ıpadeˇ odpov´ıdaj´ıu´tocˇn´ıkovy´makc´ım,jakonaprˇ´ıkladpro-
hl´ızˇen´ı beˇzˇ´ıc´ıho provozu s´ıteˇ a hleda´n´ı slaby´ch m´ıst, monitorova´n´ı
zvolene´ho pocˇ´ıtacˇe ke zjisˇteˇn´ı a vyuzˇit´ı zranitelnosti, ktera´ by u´tocˇ-
n´ıkoviumozˇnilaz´ıskatv´ıcemozˇnost´ıapra´vnatomtopocˇ´ıtacˇi.
5