MIKEY

MIKEY - Englanninkielinen lyhenne .  Multimedia Internet KEYing on avaintenvaihtoprotokolla, joka on suunniteltu erityisesti reaaliaikaisiin multimediasovelluksiin, kuten äänen suoratoistoon. Käytetään avainten vaihtamiseen SRTP - puheistuntojen salaamista varten .

MIKEY:n käyttö on määritelty RFC 3830 :ssa .

Johdanto

Multimediasovellukset ovat joukko nykyaikaisia ​​digitaalisia viestintätyökaluja, joiden avulla voit samanaikaisesti lähettää ja vastaanottaa tai muuntaa erityyppistä tietoa (tekstillistä, graafista, audiovisuaalista). Multimediasovelluksia ovat esimerkiksi IP-puhelin , joka on joukko tietoliikenneprotokollia, jotka käyttävät erilaisia ​​verkkoteknologioita ja -menetelmiä, jotka tarjoavat puhelintoiminnalle vakiotoimintoja (tilaajan valitsemisesta kaksisuuntaisen vuorovaikutuksen muodostamiseen viestintäkanavan kautta). Myös videoneuvottelut ( Skype , Cisco Jabber ) voidaan katsoa IP-puhelimen ansioksi . Pääteknologiana kaksisuuntaisen viestinnän järjestämisessä IP-puhelimessa käytetään VoIP -tekniikkaa , joka varmistaa multimediasovelluksen perustamisen ja ylläpidon. Tämän tekniikan pitäisi välittää laadullisesti sekä ääni- että videoinformaatiota. Kuitenkin VoIP kohtaa ongelmia, jotka liittyvät IP-pakettien häviämisen todennäköisyyden lisäämiseen raskaan kuormituksen aikana, värinää , mikä johtaa lähetyksen laadun heikkenemiseen Internetissä. Siksi VoIP:n on käytettävä QoS -palvelua (Quality of Service) , jotta voidaan järjestää korkealaatuinen pääsy verkkoon ja eliminoida pakettiseurantavirheet . Toimituksen laadun varmistamisella on kuitenkin vahva vaikutus järjestelmän suorituskykyyn [1] . Lisäksi, jos verkossa käytetään erilaisia ​​suojatun tiedonsiirron protokollia, jotka puolestaan ​​käyttävät avaintenhallintamenettelyä , niin nämä protokollat ​​vaikuttavat myös tiedonsiirtojärjestelmän suorituskyvyn heikkenemiseen [2] . Lisäkuormitus on erityisen selvää laitteissa, joiden prosessointiteho on rajoitettu. Näitä ovat esimerkiksi kädessä pidettävät laitteet. Vaikka kämmenlaitteiden suorituskyky ja prosessointiteho ovat parantuneet huomattavasti nykyään, avainten elinkaaren hallinta käyttäjien rekisteröinnistä avainten peruuttamiseen on edelleen resursseja vaativa tehtävä. Yksi multimediasovellusten keskeisistä vaihtoprotokollista on MIKEY-protokolla. Tämä protokolla kehitettiin vähentämään viiveitä avainten vaihdossa heterogeenisissä verkoissa sijaitsevien pienten vuorovaikutteisten ryhmien välillä. Mahdollisuus vaihtaa avaimia ryhmien välillä on tärkeä ominaisuus MIKEY-protokollassa. Joten esimerkiksi SDP -protokollassa on avaintenhallintamenettelyjä (SDP-sanomissa käytetään valinnaisesti parametria, joka vastaa salausavaimesta), mutta tässä protokollassa ei ole avainten sopimusmekanismeja [3] . MIKEY puolestaan ​​ratkaisee tämän ongelman.

MIKEY-protokollan ominaisuudet

MIKEY-protokollalla avaintenhallintaprotokollana on oltava seuraavat ominaisuudet [4] :

• Päittäin salaus. Tämä ominaisuus varmistaa, että vain viestivät osapuolet tuntevat salausavaimet. Se takaa myös turvallisen tiedonsiirron solmujen välillä. Tämän tyyppinen salaus on kuitenkin alttiina hyökkäyksille, kuten mies-in- the - mid -hyökkäyksille [5] [6] .
• Käyttöönoton helppous.
• Toteutuksen tehokkuus. Protokolla ylläpitää alhaista kaistanleveyden kulutusta , alhaista järjestelmäresurssien käyttöä säilyttäen samalla korkean tiedonsiirtojärjestelmän suorituskyvyn. Myös MIKEY-protokollaa käyttävät solmut vaihtavat viestejä lyhimmässä ajassa käyttämällä minimietäisyyttä esimerkiksi solmujen A ja B välillä.
• Riippumattomuus toimintaturvallisuudesta. Kuljetuskerroksen toimintojen, kuten kuittaamattomien tiedonsiirtotoimintojen, avainten vaihto ja oikea suoritus suoritetaan itsenäisesti.
• Integrointi muihin suojattuihin tiedonsiirtoprotokolliin. Protokolla tukee kykyä lähettää overhead-viestejä muille protokollille, kuten esimerkiksi SDP .

Vuorovaikutus suojattujen tiedonsiirtoprotokollien kanssa

Turvallisia tiedonsiirtoprotokollia, kuten SRTP (Secure Real Time Protocol) ja IPSec , käytetään suojaamaan lähetettyä tietoa, salaamaan ja todentamaan lähetetyt tiedot reaaliajassa toimivien multimediasovellusten välillä [7] [8] . Näiden protokollien suurin ongelma on, että ne eivät tue sisäänrakennettuja avaintenvaihtomekanismeja. Tämän ongelman ratkaisemiseksi kehitettiin MIKEY-protokolla. Tällä hetkellä SRTP on ainoa suojattu viestintäprotokolla, joka luottaa ensisijaisen avaimen MIKEY-avaimenvaihtoprotokollaan. Mitä tulee IPSec / ESP-protokollaan, se tukee myös MIKEY:tä, mutta tätä varten sinun on otettava käyttöön sopiva toiminnallisuus, jota käytetään jo protokollavuorovaikutukseen. MIKEY-protokollaa voidaan käyttää seuraavissa tiedonsiirtotiloissa [9] :

• Unicast (yksi-yhteen)
• Multicast
• Monitasoinen verkko (monet-moneen, ilman keskitettyä hallintaa).

Useista moneen -tilaa keskitetyllä ohjauksella tuetaan myös. Käytetään tyypillisesti suurempaan käyttäjäryhmään, joka vaatii avaintenvaihdon koordinointia [10] . Useimmiten käyttäjät käyttävät multimediasovelluksia vuorovaikutuksessa ja kommunikoivat keskenään reaaliajassa. Tällaisessa tapauksessa päätesolmujen voidaan sanoa luovan keskenään multimediaistuntoja. Multimediaistunto puolestaan ​​on joukko yhdestä tai useammasta suojatusta multimediavirrasta (SRTP-protokollaa käytettäessä nämä ovat SRTP-datavirtoja) [11] .

Perussiirtomenetelmät ja avainten vaihtomenetelmät

MIKEY tukee kolmea eri menetelmää [10] :

• pre -shared key :  tehokkain tapa olettaen, että osapuolet ovat vaihtaneet ehdollisen salasanan, joka on avain sekä lähetetyn tiedon salaukseen että salauksen purkamiseen, ns. symmetrinen salaus. Siitä huolimatta suuren, jokaiselle vastaanottajalle yksilöllisen salasanarakenteen ylläpitäminen on erittäin vaikeaa, varsinkin kun ollaan vuorovaikutuksessa käyttäjäryhmien kanssa.
• julkisen avaimen salausjärjestelmä ( eng.  private-and public-key ): epäsymmetrinen salaus , jossa julkinen avain välitetään avoimella tavalla (eli epävarman, havaittavan kanavan kautta) ja sitä käytetään viestin salaamiseen. Yksityistä (salaista) avainta käytetään viestin salauksen purkamiseen. Tämä menetelmä tukee useiden käyttäjäryhmien vuorovaikutusta. Siksi tiedonsiirtojärjestelmän paremman skaalautuvuuden varmistamiseksi käytetään keskitettyä avaintenvaihdon hallintaa.
• Diffie-Hellman- algoritmi: Algoritmi, jonka avulla kaksi osapuolta voivat hankkia jaetun salaisen avaimen käyttämällä suojaamatonta viestintäkanavaa. Tätä avainta voidaan käyttää lisäviestinnän salaamiseen symmetrisen salausalgoritmin avulla. Tämä menetelmä vaatii enemmän laskentaresursseja (ja enemmän laskenta-aikaa) kuin aiemmat, ja tarvitsee keskitetyn järjestelmän tukemaan avainten valtuutusta, kuten julkisen avaimen tapauksessa.

MIKEY-protokollan rakenteet ja määritelmät

Ymmärtääksesi kuinka tämä protokolla toimii, sinun on ensin tutustuttava MIKEY-protokollan perusrakenteisiin ja parametreihin. Avaintenhallintatoiminnon toteuttamiseksi MIKEY asentaa Data SA:n.

• Data SA (Data Security Association, jäljempänä tietosuoja) on yhteys, joka järjestää suojattuja tiedonsiirtoprotokollia. Tässä tapauksessa kahden verkkosolmun välille muodostetaan suora yhteys (point-to-point). Tietosuojan päätavoitteena on erilaisten tietoturvaattribuuttien vaihto, jotka tarjoavat yhteyden ja tiedon salauksen verkon päätepisteiden välillä. Tässä tapauksessa suojausattribuutteja ovat TEK sekä erilaiset suojauskäytännöt.
• TEK (Traffic-Encrypting Key, jäljempänä istuntoavain) on symmetrinen avain, jota käytetään viestien salaamiseen. Tämä avain ei ole vakioarvo. Joten esimerkiksi kahdella eri salatulla viestillä voi olla täysin erilaiset salausavaimet. Symmetrisen avaimen saamiseksi käytetään TGK:ta.
• TGK (TEK Generation Key, jäljempänä istuntoavaimen generaattori) on verkkosolmujen välillä sovittu bittijoukko, joka päinvastoin on vakioarvo salatun tiedon siirron aikana viestintäkanavalla. Istuntoavaimen generaattori on CSB:n (Crypto Session Bundle, jota käsitellään alla) attribuutti. Siksi istuntoavaimen johtamisen ja tietoturvan tarjoamisen yhteydessä istuntoavaimen generaattori on sovitettava salausistuntosarjaan (CSB).
• CS (Crypto Session, jäljempänä salausistunto) on kaksisuuntainen tietovirta viestintäkanavan yli, joka on suojattu useilla suojatuilla tiedonsiirtoprotokollalla (SRTP, IPSec). Koska esimerkiksi SRTP määrittää RTP -profiilin . RTP puolestaan ​​liittyy läheisesti RTCP :hen . Siksi, kun SRTP:tä käytetään suojattuna tiedonsiirtoprotokollana, salausistunto koostuu kahdesta liikennevirrasta: RTP:stä ja sitä vastaavasta RTCP:stä. Molemmilla virroilla on yhteinen istuntoavain SRTP-kontekstin salaamiseksi. Istuntoavain saadaan käyttämällä avaimen luontitoimintoa SRTP-protokollassa. MIKEY tarjoaa salausistuntoa varten istuntotallennustilan, joka tallentaa tietoja yhdestä istunnosta. CSB toimii arkistona istuntojen joukolle yhteisellä istuntoavaimen luojalla.
• CSB:n (Crypto Session Bundle, jäljempänä salausistuntojen joukko) suunnittelun ansiosta MIKEY-protokollalla on kyky luoda samanaikaisesti avaimia ja suojauskäytäntöjä useille suojatuille tiedonsiirtoprotokollille. Käyttämällä salausistuntoja, MIKEY voi hakea tarvitsemansa istuntoavaimen kokoelmasta.

Siten istuntoavaimen luomisprosessissa tapahtuu seuraavaa: määritetään vastaava istuntoavain nykyiselle salausistunnolle istuntoavaimen generaattorilla, sovitetaan yhteen salausistuntojen joukon kanssa ja yhdistetään istuntoavain sitä vastaavaan suojattuun tiedonsiirtoon. protokolla tietosuojan varmistamiseksi [12] .

Istunnon asettaminen

Jokainen MIKEY-protokollassa määritelty lähetystapa ja avaimenvaihtomenetelmä (esijaettu avain, yksityinen ja julkinen avain sekä Diffie-Hellman-algoritmi) keskittyy salausavainten turvalliseen toimittamiseen verkon solmuihin sekä yhteyden luomiseen perustuen jolla asetetaan istunto, jossa avainten hallinta suoritetaan. Lähestymistapa istunnon asettamiseen on sama kaikille kolmelle menetelmälle, mutta salattujen viestien attribuutit ja rakenne vaihtelevat avaimenvaihtomenetelmän mukaan. Kaikille viesteille käytetään seuraavia yleisiä nimityksiä [13] :

• HDR on standardi MIKEY-otsikko, joka sisältää CSB-tunnuksen (tarvittava CS-tallennustunniste) sekä parametrit, jotka määrittävät, mitä suojattua tiedonsiirtoprotokollaa käytetään MIKEY-avainten hallintaprosessissa.
• T on aikaleima, joka estää uusintahyökkäykset.
• IDi - viestin lähettäjän tunniste.
• IDr - viestin vastaanottajan tunnus.
• RAND on näennäissatunnainen tavujono, joka on istuntoavaimen generaattorin bittijoukon lisäksi. TGK:n ja RAND:n välistä suhdetta käytetään salausavaimen määrittämiseen. Sen lisäksi, että salausistunnot poimitaan tarvittava istuntoavain, määritetään sen merkitys nykyisessä MIKEY-avainten hallintaprosessissa.
• SP (jäljempänä tietoturvapolitiikka) - suojatun tiedonsiirtoprotokollan suojauskäytännöt.

Ennen kuin tarkastellaan kutakin avaimenvaihtomenetelmää, on huomattava, että niiden päätehtävä on KEMAC:n (Key Data Transport Payload) kokoaminen. KEMAC on joukko salattuja bittejä. KEMAC sisältää TGK:n salattuna bittisekvenssinä.

Ennalta jaetussa salasanamenetelmässä lähettäjän päätavoitteena on toimittaa yksi tai useampi TGK vastaanottajalle ja määrittää asianmukaiset suojauskäytännöt. Lähettäjä käyttää MAC :ia tarkistaakseen lähetettyjen tietojen eheyden ja suojauksen väärentämiseltä . Kuittausviestin lähettäminen vastaanottajalta on valinnainen toiminto riippuen siitä, mitä lähettäjä määrittää HDR:ssä.

Laskelmat näyttävät tältä:

Kuten ennalta jaetun salasanan menetelmässä, julkisen avaimen salausjärjestelmässä viestin aloittaja lähettää yhden tai useamman TGK:n salatussa muodossa. Tämä viesti on salattu vastaanottajan julkisella avaimella. Jos vastaanottaja sisältää useita julkisia avaimia, lähettäjä voi määrittää tietyn avaimen käyttämällä CHASH-parametria viestissä. CHASH on bittijoukko, joka sisältää käytetyn varmenteen hashin.

Siten KEMAC lasketaan seuraavasti:

,

jossa Idi on lähettäjän tunniste (sama tunniste kuin varmenteessa).

Diffie-Hellman-algoritmissa jaettu salainen avain generoidaan ryhmägeneraattorilla g. Kun algoritmi on laadittu, tämä avain on TGK. Viestin alullepanijan päätarkoitus on lähettää julkinen avain vastaanottajalle. Julkinen avain lasketaan seuraavasti: , missä on lähettäjän salainen satunnaisarvo. Vastaanottaja puolestaan ​​lähettää aloittajalle julkisen avaimen, jonka arvo on: , jossa on vastaanottajan salainen satunnaisarvo. Tällöin aloittaja valitsee ryhmän parametrit (ryhmä G, generaattori g) ja signaloi sen vastaanottajalle lähettämällä viestin. Julkisten avainten vaihdon jälkeen lasketaan jaettu salainen avain, joka puolestaan ​​on TGK: .

Tietoturvaongelmat

Avaintenvaihdon siirtoprosessissa järjestelmään voidaan tehdä erilaisia ​​hyökkäyksiä. Hyökkääjä voi salaa muuttaa tietoja kahden osapuolen välillä, korvata ne tai salakuunnella. Tämän tyyppisiä hyökkäyksiä ovat:

• mies keskellä hyökkäystä
• huijausta
• kuunnella (salakuuntelua)

Siksi tämän protokollan tulisi tarjota erilaisia ​​menetelmiä ja keinoja suojautua tällaisia ​​hyökkäyksiä vastaan. Voit tehdä tämän harkitsemalla MIKEY-protokollaa, joka käyttää Diffie-Hellman-algoritmia avainten siirtämiseen ja vaihtamiseen kaksisuuntaisilla todennusmenetelmillä. Tässä tapauksessa, kuten yllä mainittiin, istuntoavaimen generaattoria ei välitetä erikseen. Vain osittaista tietoa lähetetään, mikä palvelee istuntoavaimen generaattorin hankkimista. Lisäksi välitetään muuta tietoa, kuten aikaleimoja, satunnaisia ​​tai näennäissatunnaisia ​​arvoja, tunnistetietoja tai erilaisia ​​suojauskäytäntöjä. Ja tällaisten tietojen kuunteleminen ei sisällä merkittäviä turvallisuusriskejä.

Yllä mainittujen lisäksi tämä MIKEY-protokollamalli ratkaisee man-in-the-middle- hyökkäysten , päästä päähän -salauksen ongelman ja suojaa myös huijauksilta. Tämäntyyppinen hyökkäys uhkaa turvallisuutta, kun verkkosolmujen välillä lähetetään todentamattomia viestejä. MIKEY-protokolla eliminoi tämän uhan tarjoamalla päästä-päähän keskinäisen todennuksen ja viestien eheyden [14] .

Katso myös

• ZRTP
• SDES

Muistiinpanot

1. ↑ Wenyu Jiang, Henning Schulzrinne, 1999 , s. 9.
2. ↑ Andre L. Alexander et ai., 2009 , s. 96-97.
3. ↑ Handley, Mark, Perkins, Colin, Jacobson, Van. SDP : Istuntokuvausprotokolla  . tools.ietf.org. Haettu 10. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 2. lokakuuta 2018.
4. ↑ Ari Takanen, Peter Thermos, 2007 , s. 234.
5. ↑ Wen-Pai Lu, Malur K. Sundareshan, 1989 , s. 1014-1017.
6. ↑ Hakkerisanakirja: Mikä on päästä päähän -salaus?  (englanniksi) , LANGATON . Arkistoitu alkuperäisestä 23. joulukuuta 2015. Haettu 22. joulukuuta 2017.
7. ↑ McGrew, David A., Norrman, Karl. Secure Real-time Transport Protocol (SRTP  ) . tools.ietf.org. Käyttöpäivä: 11. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 7. kesäkuuta 2018.
8. ↑ Krishnan, Suresh, Frankel, Sheila. IP Security (IPsec) ja Internet Key Exchange (IKE) -asiakirjan  etenemissuunnitelma . tools.ietf.org. Haettu 11. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 25. joulukuuta 2019.
9. ↑ Ari Takanen, Peter Thermos, 2007 , s. 234-235.
10. ↑ 1 2 Ari Takanen, Peter Thermos, 2007 , s. 235.
11. ↑ L. Lo Iacono, C. Ruland. Luottamuksellinen multimediaviestintä IP-verkoissa  // The 8th International Conference on Communication Systems, 2002. ICCS 2002 .. - marraskuu 2002. - Vol. 1 . — S. 516–523 osa 1 . - doi : 10.1109/ICCS.2002.1182529 .
12. ↑ Ari Takanen, Peter Thermos, 2007 , s. 235-237.
13. ↑ Ari Takanen, Peter Thermos, 2007 , s. 236-240.
14. ↑ HMAC-todennettu Diffie-Hellman Multimedia Internet KEYing (MIKEY) p. 12-13. Haettu 23. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 29. joulukuuta 2016. (määrätön)

Kirjallisuus

• Ari Takanen, Peter Thermos. VoIP-verkkojen suojaaminen: uhkat, haavoittuvuudet ja vastatoimenpiteet . - 1 painos. - Addison-Wesley Professional, 2007. - S.  231 - 262. - 384 s. — ISBN 0321437349 . - ISBN 978-0321437341 .
• Wenyu Jiang, Henning Schulzrinne. Internetin reaaliaikaisten multimediapalvelujen QoS-mittaus  //  Columbia University. - 1999 - joulukuu. - s. 8 - 9 .
• Andre L. Alexander, Alexander L. Wijesinha ja Ramesh Karne. An Evaluation of Secure Real-time Transport Protocol (SRTP ) suorituskyky VoIP   // Towson University. - 2009. - s. 96 - 101 .
• Wen-Pai Lu, Malur K. Sundareshan. Suojattu viestintä Internet-ympäristöissä: hierarkkinen avainten hallintajärjestelmä päästä päähän -salaukseen  //  Viestinnän IEEE-tapahtumat. - 1989. - 10. lokakuuta ( nide 37 ). - s. 1014 - 1017 .

Linkit

• RFC 3830