Este documento fornece informações sobre segurança de redes, incluindo criptografia, autenticação, integridade de mensagens e firewalls. Ele discute os protocolos de Alice e Bob para comunicação segura e como intrusos como Trudy podem ameaçar a segurança. Também explica como criptografia simétrica e de chave pública, assim como hashes e certificados digitais, podem proteger a comunicação.

1. Administração e Projeto de Redes
Material de apoio
Segurança de Redes
Cap.15
01/01/2011

2. 2
Esclarecimentos
 Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a
leitura da bibliografia básica.
 Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da
bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não
presentes na bibliografia, com base em suas experiências
profissionais.
 O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto,
se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por
objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide
correspondente.
 Bibliografia básica: KUROSE, James F.; ROSS, Keith. Redes de
Computadores e a INTERNET - Uma nova abordagem. Pearson. : ,
2004.

3. 3
O que é Segurança na Rede?
 Confidencialidade (Sigilo): apenas o remetente e o destinatário
pretendido devem “entender” o conteúdo da mensagem.
 remetente cifra (codifica) msg.
 destinatário decifra (decodifica) msg.
 Autenticação: destinatário quer confirmar a identidade do remetente.
 Integridade e não-repudiação de Mensagem: remetente e destinatário
querem garantir que a mensagem recebida não foi alterada (em
trânsito ou após) e isto seja detectado caso ocorra. Caso seja
considerada íntegra, não deverá ser repudiada (negada) pelo
destinatário.
 Disponibilidade e Controle de Acesso: os serviços devem estar
acessíveis e disponíveis para os usuários.

4. 4
Amigos e Inimigos: Alice, Bob e Trudy
 Bob e Alice (amantes!) querem se comunicar de modo “seguro”.
 Trudy, a “intrusa” pode interceptar, apagar e/ou acrescentar
mensagens.
 Quem são Alice e Bob:
 Browser/servidor web para transações eletrônicas (ex., compras
on-line).
 Cliente/servidor home banking.
 Servidores DNS.
 Roteadores trocando atualizações de tabelas de roteamento.

5. 5
Há muitos criminosos digitais por aí!
 P: O que eles podem fazer?
 R: um monte de coisas!
 grampo: interceptação de mensagens.
 inserir ativamente mensagens na conexão.
 falsidade ideológica: pode imitar/falsificar endereço de origem de
um pacote (ou qualquer campo de um pacote).
 seqüestro: assumir conexão em andamento removendo o
transmissor ou o receptor, colocando-se no lugar.
 negação de serviço: impede que o serviço seja usado por outros
(ex. sobrecarregando os recursos).

6. 6
Criptografia de chaves simétricas
 Código de substituição: substitui um caractere por outro:
 Código monoalfabético: substitui uma letra por outra.
 Texto aberto: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
 Texto cifrado:mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq
 Texto aberto: bob. eu te amo. Alice
 Texto cifrado: nkn. cy uc mhk. mgsbc
 Criptografia de chave simétrica: Bob e Alice compartilham a mesma
chave (simétrica): KA-B.
Chave KA-B onde KA =
KB

7. 7
Criptografia de chave simétrica
 DES - Data Encryption Standard
 Padrão americano de cifragem [NIST 1993].
 Tornando o DES mais seguro: 3-DES (Tripple DES)
 Criptografa a mensagem repetindo o processo usando três
chaves seqüencialmente (3-DES) (é usado no PPP [RFC
2420]).
 AES – Advanced Encription Standard
 Algoritmo de chave simétrica padronizada pelo NIST, para
substituir o DES (Nov. 2001).

8. 8
Criptografia de chave pública
 A criptografia de chaves simétricas requer que o remetente e
destinatário compartilhem a mesma chave secreta.
 Criptografia de chave pública (visando comunicação com Sigilo):
 Abordagem é radicalmente diferente [Diffie-Hellman76, RSA78].
 Remetente e destinatário não compartilham uma mesma chave
privada (secreta).
 A chave de cifragem é pública (conhecida por todos).
 A chave de decifragem é privada (conhecida apenas pelo
destinatário).
Comunicação
com SIGILO

9. 9
Autenticação (reconhecer o remetente)
 Objetivo: Bob quer que Alice “prove” sua identidade para ele.
 Protocolo ap1.0: Alice diz “Eu sou Alice”.
 Cenário de falha??
 Sim, Trudy pode dizer: “Eu sou Alice”. Bob pode ser confundido.

10. 10
Autenticação: outra tentativa
 Protocolo ap2.0: Alice diz “Eu sou Alice” e envia seu endereço IP junto
como prova.
 Cenário de falha??
 Sim, Trudy pode criar um pacote “trapaceando” (IP spoofing) o
endereço de Alice.
IP spoofing

11. 11
Autenticação: outra tentativa (cont.)
 Protocolo ap3.0: Alice diz “Eu sou Alice” e envia sua senha secreta
como prova.
 Cenário de falha??
 Sim: Ataque de playback: Trudy grava o pacote de Alice e depois o
envia de volta para Bob.

12. 12
Autenticação: ainda uma outra tentativa
 Protocolo ap3.1: Alice diz “Eu sou Alice” e envia a sua senha secreta
cifrada como “prova”.
 Gravar e reproduzir ainda funciona! É possível o ataque de playback.
senha
cifrada
end IP “Sou Alice”
de Alice
end IP OK
de Alice
senha
cifrada
end IP “Sou Alice”
de Alice

13. 13
Autenticação: ainda uma outra tentativa
 Meta: evitar ataque de reprodução
(playback).
 Nonce: número (R) usado apenas uma
vez na vida.
 ap4.0: para provar que Alice “está ao
vivo”, Bob envia a Alice um nonce. Alice
deve devolver R, criptografado com a
chave secreta comum.
 Alice está ao vivo e apenas Alice
conhece a chave para criptografar o
nonce, então ela deve ser Alice!

14. 14
Autenticação: Assinaturas Digitais
 Técnica criptográfica análoga às assinaturas à mão.
 Remetente (Bob) assina digitalmente o documento, atestando que ele
é o dono/criador do documento.
 Verificável, não forjável: destinatário (Alice) pode verificar que Bob e
ninguém mais assinou o documento.
 Assinatura digital simples para a mensagem m:
 Bob assina mensagem “m” cifrando-a com a sua chave privada
“K”, criando mensagem “assinada”, K (m).

15. 15 Integridade das mensagens:
Função Hash (Resumo de mensagens)
 Meta: integridade da mensagem
ao acrescentar um pacote de
comprimento fixo facilmente
computável. Para verificação de
Integridade ou “impressão
digital” da informação.
 Aplicar função hash H à
mensagem m, para obter um
resumo de tamanho fixo, H(m).
 Propriedades das funções de
Hash:
 O resultado do cálculo da
função Hash pode ser igual
para mensagems m
diferentes (Muitas-para-1).
Não é uma função 1 para 1.
 Produz um resumo da
mensagem de tamanho fixo
(impressão digital).
 Dado um resumo da
mensagem x, é
computacionalmente
impraticável encontrar m tal
que x = H(m). Só permite
validar e não recuperar erro.

16. 16
Algoritmos para gerar a Função de Hash
 MD5 (RFC 1321) (1991).
 Está quebrada desde 2005.
 SHA-1 (1995).
 padrão americano [NIST, FIPS PUB 180-1].
 Está quebrada desde 2005.
 SHA-2 (variação do SHA-1).
 WHIRLPOOL.
 Algorítmo brasileiro-belga (padrão Comunidade Européia e
Asiática).

17. 17 Assinatura digital c/ Função Hash:
Assinatura do resumo da mensagem
 Bob envia mensagem assinada
digitalmente ao criptografar o
Hash da mensagem com sua
senha privada:
 Alice verifica a assinatura e a
integridade da mensagem
assinada digitalmente:
Mensagem
grande
m H: função
de Hash H(m)
assinatura
digital
(criptografada)
chave
privada
de Bob K B -
resumo de msg
criptogrado
+ KB -(H(m))
resumo de msg
criptografado
K-B(H(m))
mensagem
grande
m
H: função
de Hash
H(m)
assinatura
digital
(decriptografada)
H(m)
chave
pública
de Bob K B +
igual?

18. 18
Intermediários de confiança
 Problema com chave simétrica
 Como duas entidades
escolhem chave secreta
compartilhada pela rede?
 Solução:
 Centro confiável de
Distribuição de chaves (KDC
– Key Distribution Center)
agindo como intermediário
entre as entidades que
querem manter
comunicação segura. O
KDC autentica as entidades.
 Problema com chave pública:
 Quando Alice obtém a
chave pública de Bob (da
web, e-mail ou disquete),
como ela vai saber se a
chave pública é mesmo de
Bob e não de Trudy?
 Solução:
 Autoridade Certificadora
(CA) confiável.
 CA armazena as chaves
públicas e disponibiliza-as
aos solicitantes.

19. 19
Autoridades Certificadoras (1/2)
 Autoridade certificadora (CA): associa uma chave pública a uma
entidade em particular, denominada “E”.
 “E” (pessoa ou roteador) registra sua chave pública com CA:
 “E” fornece “prova de identidade” ao CA.
 CA cria um certificado associando “E” a sua chave pública.
 CA emite um Certificado contendo a chave pública de “E”
digitalmente assinada pela CA: CA diz que “esta é a chave pública
de E”.
Chave Privada

20. 20
Autoridades Certificadoras (2/2)
 Quando Alice precisa da chave pública de Bob:
 Obtém o certificado de Bob (de Bob ou de outro lugar) na CA que
guarda a chave de Bob.
 Alice aplica a chave pública da CA ao certificado de Bob, para
extrair a chave pública de Bob.
Chave
pública
de Bob K B +
assinatura
digital
(decifra)
Chave
pública
K +
da CA CA
K B +

21. 21
Firewalls
 Isola a rede interna da organização da área pública da Internet,
permitindo que alguns pacotes passem e outros não.

22. 22
Firewalls: Para que servem?
 Prevenir ataques de negação de serviço:
 Inundação de SYNs: atacante estabelece muitas conexões TCP
“falsas” e não deixa nenhum recurso para as conexões “reais”.
 Prevenir modificação/acesso ilegal aos dados internos.
 ex., o atacante substitui a homepage da CIA com outra coisa.
 Permitir apenas acessos autorizados ao interior da rede (conjunto de
usuários/hospedeiros autenticados).
 Tipos de firewalls:
 Filtragem de pacotes.
 Camada de aplicação (Gateways de Aplicação).

23. 23
Firewall Filtro de pacotes
 Rede interna conectada à Internet via roteador firewall.
 Filtro de pacotes. A decisão de enviar ou descartar pacotes que
chegam no Firewall baseia-se regras que podem considerar:
 Endereço IP de origem e/ou endereço IP de destino.
 Número de portas TCP/UDP de origem e/ou de destino.
 Tipo de mensagem ICMP.
 Bits TCP: SYN e ACK (para bloquear tentativas de criação de uma
sessão TCP).
 Exemplo 1: Bloqueia datagramas de entrada e saída com campo de
protocolo IP = 17 e com porta de origem ou destino = 23.
 Todos os fluxos UDP de entrada e saída e conexões telnet são
bloqueadas.
 Exemplo 2: Bloqueia segmentos TCP de entrada com ACK=0.
 Previne que clientes externos estabeleçam conexões TCP com
clientes internos, mas permitem que clientes internos se conectem
com o exterior.

24. 24
Gateways de Aplicação
 Filtra pacotes em função de dados
de aplicação, assim como de
campos do IP/TCP/UDP.
 Exemplo: permite selecionar
usuários internos que podem usar o
Telnet.
 Exige que todos os usuários Telnet
se comuniquem através do
Gateway.
 Para os usuários autorizados, o
gateway estabelece conexões
Telnet com o hospedeiro de
destino. O Gateway repassa os
dados entre as duas conexões.
 O filtro do roteador bloqueia todas
as sessões Telnet que não se
originam no Gateway.

25. 25
Limitações dos Firewalls e Gateways
 IP spoofing: roteador não tem como
saber se os dados “realmente” vêm
da fonte alegada.
 Se múltiplas aplicações necessitam
tratamento especial, cada uma
deve ter o próprio Gateway.
 O software do cliente deve saber
como contactar o Gateway:
 Por exemplo, deve setar o
endereço IP do proxy no
browser.
 Compromisso: grau de
comunicação com o mundo
externo, nível de segurança:
 Muita segurança limita as
formas de comunicação.
 Muita flexibilidade para se
comunicar cria riscos para a
segurança.
 Muitos sites altamente protegidos
ainda sofrem ataques.

26. 26
Ameaças à segurança na Internet (1/4)
 Mapeamento (Reconhecimento do terreno):
 antes de atacar: descobrir quais serviços estão implementados na
rede.
 Use Ping para determinar quais hosts estão ativos na rede.
 Varredura de portas (Port-scanning): tentar estabelecer conexões
TCP para cada porta em seqüência (para ver o que acontece).
 mapeador nmap (http://www.insecure.org/nmap/): “exploração da
rede e auditoria de segurança”.
 Contramedidas:
 Registrar o tráfego que entra na rede.
 procurar atividade suspeita (endereços IP, portas sendo varridas
seqüencialmente).

27. 27
Ameaças à segurança na Internet (2/4)
 Packet sniffing:
 Meio broadcast.
 NIC em modo promíscuo
lêem todos os pacotes que
passam na rede.
 Exemplo: C captura os
pacotes de B na
comunicação A-B e pode
obter a senha.
 Packet sniffing – contramedidas:
 Todos os hospedeiros na
organização executam
software que examina
periodicamente se a
interface do hospedeiro está
operando em modo
promíscuo
 Um host em cada porta de
SWITCH na LAN (rede
Ethernet).
 Não usar HUB na rede LAN.

28. 28
Ameaças à segurança na Internet (3/4)
 IP Spoofing:
 Pode gerar pacotes IP
“puros” diretamente da
aplicação, colocando
qualquer valor do endereço
IP no campo de endereço
de origem.
 Receptor não sabe se a
fonte é verdadeira ou se foi
forjada
Ex.: C finge ser B.
 IP Spoofing - contramedidas:
filtro de entrada:
 Roteadores não devem
repassar pacotes para a
saída quando esses têm
endereço IP de origem
inválido (exemplo, endereço
de origem do datagrama
que tenha valor fora da faixa
de endereçamento da rede
local).
 Essa medida é restrita aos
roteadores que transmitem
os pacotes IP e sua adoção
não é obrigatória.

29. 29
Ameaças à segurança na Internet (4/4)
 Negação de serviço (DoS):
 Inundação de pacotes
maliciosamente gerados que
invadem o receptor.
 DoS Distribuído (DDoS):
múltiplas fontes coordenadas
atacam simultaneamente o
receptor.
 exemplo: C e um hospedeiro
remoto atacam A com
inundação de SYN (pacotes
de estabelecimento de
sessão TCP).
 Negação de serviço (DoS) -
contramedidas:
 Filtragem de pacotes de
inundação (ex., SYN) antes
de atingirem o alvo: corta os
pacotes bons e os maus.
 Rastrear em busca da fonte
da inundação (mais
provavelmente uma
máquina inocente que foi
invadida).

30. 30
E-mail seguro: Sigilo
 Alice quer enviar e-mail confidencial, m, para Bob. Então:
 Gera uma chave privada simétrica, KS.
 Codifica a mensagem com KS (por eficiência).
 Também codifica KS com a chave pública de Bob.
 Envia tanto KS(m) (msg criptografada com a chave KS) como
KB(KS) (chave simétrica KS criptografada com a chave pública de
Bob) para Bob.
 Bob:
 Usa sua chave privada para decodificar e recuperar KS.
 Usa KS para decodificar KS(m) e recuperar m.

31. 31
E-mail seguro: Autenticação e Integridade
 Alice quer fornecer autenticação de emissor e integridade de
mensagem.
 Alice assina digitalmente a mensagem (calcula Hash da msg m e
criptografa com sua chave privada).
 Envia tanto a mensagem (aberta) quanto a assinatura digital.
 Bob valida a autenticidade (decriptografa o Hash recebido com
chave pública de Alice obtendo o Hash original) e a integridade da
mensagem recebida (calcula o Hash da mensagem m recebida),
caso essas duas informações sejam iguais.
Hash
Hash
criptografado
Hash original recuperado
Hash calculado de m

32. 32
SSL - Secure Sockets Layer (1/2)
 SSL trabalha na camada de
transporte.
 Provê segurança para qualquer
aplicação baseada em TCP que
use os serviços SSL.
 SSL: usado entre clientes e
servidores www para comércio
eletrônico (https).
 Serviços de segurança SSL:
 autenticação do servidor.
 codificação dos dados.
 autenticação do cliente
(opcional).
 Autenticação do servidor:
 Cliente habilitado com SSL
inclui chaves públicas das
CAs confiáveis.
 Cliente solicita certificado do
servidor, emitido por CA
confiável.
 Cliente usa a chave pública
da CA para extrair a chave
pública do servidor a partir
do seu certificado.
 Visite o menu de segurança do
seu browser para verificar quais
são as suas CAs confiáveis.

33. 33
SSL - Secure Sockets Layer (2/2)
 Sessão SSL criptografada:
 Browser gera chave simétrica
para a sessão, cifra-a com a
chave pública do servidor, envia
a chave cifrada para o servidor.
 O servidor decifra a chave
simétrica da sessão usando a
sua chave privada.
 Browser e servidor concordam
que as msgs futuras serão
cifradas com a chave simétrica
gerado pelo Browser.
 Todos os dados enviados
para o socket TCP (pelo
cliente ou servidor) são
cifrados com a chave da
sessão.
 SSL: base para a Segurança da
Camada de Transporte do IETF
(TLS).
 SSL pode ser usado para
aplicações não Web, ex., IMAP.
 Autenticação do cliente pode ser
realizada com certificados do
cliente.

34. 34 IPSec
Segurança de Camada de Rede
 Sigilo na camada de rede:
 host transmissor cifra os
dados num datagrama IP.
 segmentos TCP e UDP,
mensagens ICMP e SNMP.
 Autenticação da camada de
rede:
 host destino pode autenticar
o endereço IP da origem.
 Dois protocolos principais:
 Protocolo de cabeçalho de
autenticação (AH).
 Protocolo de
encapsulamento de
segurança da carga (ESP).
 Tanto para AH como ESP tem
negociação origem-destino:
 Criação de um canal lógico
de camada de rede
chamado de acordo de
serviço (SA- service
agreement)
 Cada SA é unidirecional.
 Determinado univocamente por:
 Protocolo de segurança (AH
ou ESP).
 Endereço IP da origem.
 ID da conexão de 32-bits.