SSL (Secure Socket Layer)

SSL là giao thức đa mục đích được thiết kế để tạo ra các giao tiếp giữa hai chương trình ứng dụng trên một cổng định trước (socket 443) nhằm mã hoá toàn bộ thông tin đi/đến, được sử dụng trong giao dịch điện tử như truyền số liệu thẻ tín dụng, mật khẩu, số bí mật cá nhân (PIN) trên Internet.

Trong các giao dịch điện tử trên mạng và trong các giao dịch thanh toán trực tuyến, thông tin/dữ liệu trên môi trường mạng Internet không an toàn thường được bảo đảm bởi cơ chế bảo mật thực hiện trên tầng vận tải có tên Lớp cổng bảo mật SSL (Secure Socket Layer) - một giải pháp kỹ thuật hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong các hệ điều hành mạng máy tính trên Internet. SSL là giao thức đa mục đích được thiết kế để tạo ra các giao tiếp giữa hai chương trình ứng dụng trên một cổng định trước (socket 443) nhằm mã hoá toàn bộ thông tin đi/đến, được sử dụng trong giao dịch điện tử như truyền số liệu thẻ tín dụng, mật khẩu, số bí mật cá nhân (PIN) trên Internet. Giao thức SSL được hình thành và phát triển đầu tiên nǎm 1994 bởi nhóm nghiên cứu Netscape dẫn dắt bởi Elgammal, và ngày nay đã trở thành chuẩn bảo mật thực hành trên mạng Internet. Phiên bản SSL hiện nay là 3.0 và vẫn đang tiếp tục được bổ sung và hoàn thiện. Tương tự như SSL, một giao thức khác có tên là Công nghệ truyền thông riêng tư PCT (Private Communication Technology) được đề xướng bởi Microsoft, hiện nay cũng được sử dụng rộng rãi trong các mạng máy tính chạy trên hệ điều hành Windows NT. Ngoài ra, một chuẩn của Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet IETF (Internet Engineering Task Force) có tên là Bảo mật lớp giao vận TLS (Transport Layer Security) dựa trên SSL cũng được hình thành và xuất bản dưới khuôn khổ nghiên cứu của IETF Internet Draft được tích hợp và hỗ trợ trong sản phẩm của Netscape. 

Giao thức SSL làm việc như thế nào?

Điểm cơ bản của SSL là được thiết kế độc lập với tầng ứng dụng để đảm bảo tính bí mật, an toàn và chống giả mạo luồng thông tin qua Internet giữa hai ứng dụng bất kỳ, thí dụ như webserver và các trình duyệt (browser), do đó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau trên môi trường Internet. Toàn bộ cơ chế hoạt động và hệ thống thuật toán mã hoá sử dụng trong SSL được phổ biến công khai, trừ khoá chia sẻ tạm thời được sinh ra tại thời điểm trao đổi giữa hai ứng dụng là tạo ngẫu nhiên và bí mật đối với người quan sát trên mạng máy tính. Ngoài ra, giao thức SSL còn đòi hỏi ứng dụng chủ phải được chứng thực bởi một đối tượng lớp thứ ba (CA) thông qua chứng chỉ điện tử (digital certificate) dựa trên mật mã công khai (thí dụ RSA). Sau đây ta xem xét một cách khái quát cơ chế hoạt động của SSL để phân tích cấp độ an toàn của nó và các khả nǎng áp dụng trong các ứng dụng nhạy cảm, đặc biệt là các ứng dụng về thương mại và thanh toán điện tử.

Giao thức SSL dựa trên hai nhóm con giao thức là giao thức "bắt tay" (handshake protocol) và giao thức "bản ghi" (record protocol). Giao thức bắt tay xác định các tham số giao dịch giữa hai đối tượng có nhu cầu trao đổi thông tin hoặc dữ liệu, còn giao thức bản ghi xác định khuôn dạng cho tiến hành mã hoá và truyền tin hai chiều giữa hai đối tượng đó. Khi hai ứng dụng máy tính, thí dụ giữa một trình duyệt web và máy chủ web, làm việc với nhau, máy chủ và máy khách sẽ trao đổi "lời chào" (hello) dưới dạng các thông điệp cho nhau với xuất phát đầu tiên chủ động từ máy chủ, đồng thời xác định các chuẩn về thuật toán mã hoá và nén số liệu có thể được áp dụng giữa hai ứng dụng. Ngoài ra, các ứng dụng còn trao đổi "số nhận dạng/khoá theo phiên" (session ID, session key) duy nhất cho lần làm việc đó. Sau đó ứng dụng khách (trình duyệt) yêu cầu có chứng chỉ điện tử (digital certificate) xác thực của ứng dụng chủ (web server).

Chứng chỉ điện tử thường được xác nhận rộng rãi bởi một cơ quan trung gian (Thẩm quyền xác nhận CA - Certificate Authority) như RSA Data Sercurity hay VeriSign Inc., một dạng tổ chức độc lập, trung lập và có uy tín. Các tổ chức này cung cấp dịch vụ "xác nhận" số nhận dạng của một công ty và phát hành chứng chỉ duy nhất cho công ty đó như là bằng chứng nhận dạng (identity) cho các giao dịch trên mạng, ở đây là các máy chủ webserver.

Sau khi kiểm tra chứng chỉ điện tử của máy chủ (sử dụng thuật toán mật mã công khai, như RSA tại trình máy trạm), ứng dụng máy trạm sử dụng các thông tin trong chứng chỉ điện tử để mã hoá thông điệp gửi lại máy chủ mà chỉ có máy chủ đó có thể giải mã. Trên cơ sở đó, hai ứng dụng trao đổi khoá chính (master key) - khoá bí mật hay khoá đối xứng - để làm cơ sở cho việc mã hoá luồng thông tin/dữ liệu qua lại giữa hai ứng dụng chủ khách. Toàn bộ cấp độ bảo mật và an toàn của thông tin/dữ liệu phụ thuộc vào một số tham số: 
(i) Số nhận dạng theo phiên làm việc ngẫu nhiên; 
(ii) Cấp độ bảo mật của các thuật toán bảo mật áp dụng cho SSL; 
(iii) Độ dài của khoá chính (key length) sử dụng cho lược đồ mã hoá thông tin.

Các thuật toán mã hoá và xác thực của SSL được sử dụng bao gồm ( Ver 3.0 )

(1) DES - chuẩn mã hoá dữ liệu (ra đời nǎm 1977), phát minh và sử dụng của chính phủ Mỹ;
(2) DSA - thuật toán chữ ký điện tử, chuẩn xác thực điện tử, phát minh và sử dụng của chính phủ Mỹ;
(3) KEA - thuật toán trao đổi khoá, phát minh và sử dụng của chính phủ Mỹ;
(4) MD5 - thuật toán tạo giá trị "bǎm" (message digest), phát minh bởi Rivest;
(5) RC2, RC4 - mã hoá Rivest, phát triển bởi công ty RSA Data Security;
(6) RSA - thuật toán khoá công khai, cho mã hoá và xác thực, phát triển bởi Rivest, Shamir và Adleman;
(7) RSA key exchange - thuật toán trao đổi khoá cho SSL dựa trên thuật toán RSA;
(8) SHA-1 - thuật toán hàm bǎm an toàn, phát triển và sử dụng bởi chính phủ Mỹ;
(9) SKIPJACK - thuật toán khoá đối xứng phân loại được thực hiện trong phần cứng Fortezza, sử dụng bởi chính phủ Mỹ;
(10) Triple-DES - mã hoá DES ba lần.

Cơ sở lý thuyết và cơ chế hoạt động của các thuật toán sử dụng về bảo mật bên trên hiện nay là phổ biến rộng rãi và công khai, trừ các giải pháp thực hiện trong ứng dụng thực hành vào trong các sản phẩm bảo mật (phần cứng, phần dẻo, phần mềm).

Bảo mật của giao thức SSL

Mức độ bảo mật của SSL như trên mô tả phụ thuộc chính vào độ dài khoá hay phụ thuộc vào việc sử dụng phiên bản mã hoá 40bit và 128bit. Phương pháp mã hoá 40bit được sử dụng rộng rãi không hạn chế ngoài nước Mỹ và phiên bản mã hoá 128bit chỉ được sử dụng trong nước Mỹ và Canada. Theo luật pháp Mỹ, các mật mã "mạnh" được phân loại vào nhóm "vũ khí" (weapon) và do đó khi sử dụng ngoài Mỹ (coi như là xuất khẩu vũ khí) phải được phép của chính phủ Mỹ hay phải được cấp giấy phép của Bộ Quốc phòng Mỹ (DoD). Đây là một lợi điểm cho quá trình thực hiện các dịch vụ thương mại và thanh toán điện tử trong Mỹ và các nước đồng minh phương Tây và là điểm bất lợi cho việc sử dụng các sản phẩm cần có cơ chế bảo mật và an toàn trong giao dịch điện tử nói chung và thương mại điện tử nói riêng trong các nước khác.

Các phương thức tấn công (hay bẻ khoá) của các thuật toán bảo mật thường dùng dựa trên phương pháp "tấn công vét cạn" (brute-force attack) bằng cách thử-sai miền không gian các giá trị có thể của khoá. Số phép thử-sai tăng lên khi độ dài khoá tăng và dẫn đến vượt quá khả năng và công suất tính toán, kể cả các siêu máy tính hiện đại nhất. Thí dụ, với độ dài khoá là 40bit, thì số phép thử sẽ là 240=1,099,511,627,776 tổ hợp. Tuy nhiên độ dài khoá lớn kéo theo tốc độ tính toán giảm (theo luỹ thừa nghịch đảo) và dẫn đến khó có khả năng áp dụng trong thực tiễn. Một khi khoá bị phá, toàn bộ thông tin giao dịch trên mạng sẽ bị kiểm soát toàn bộ. Tuy nhiên do độ dài khoá lớn (thí dụ 128, 256 bít), số phép thử-sai trở nên "không thể thực hiện" vì phải mất hàng năm hoặc thậm chí hàng nghìn năm với công suất và năng lực tính toán của máy tính mạnh nhất hiện nay.

Ngay từ năm 1995, bản mã hoá 40bit đã bị phá bởi sử dụng thuật toán vét cạn. Ngoài ra, một số thuật toán bảo mật (như DES 56bit, RC4, MD4,...) hiện nay cũng bị coi là không an toàn khi áp dụng một số phương pháp và thuật toán tấn công đặc biệt. Đã có một số đề nghị thay đổi trong luật pháp Mỹ nhằm cho phép sử dụng rộng rãi các phần mềm mã hoá sử dụng mã hoá 56bit song hiện nay vẫn chưa được chấp thuận.

Một số thách thức và phá khoá về bảo mật

Trong cộng đồng những người làm bảo mật (security), một trong các phương pháp kiểm tra độ độ bảo mật/an toàn của các thuật toán bảo mật, ngoài cơ sở lý thuyết của thuật toán, là đưa ra các "thách thức" (challenge) với số tiền thưởng tượng trưng, nhằm kiểm tra tính thực tiễn của thuật toán. Sau đây là một số thông tin tham khảo:

ã Ngày 14 tháng 7 nǎm 1995, Hal Finney đặt một thách thức SSL đầu tiên một bản ghi phiên làm việc của trình duyệt Netscape sử dụng thuật toán RC4-128-EXPORT-20. Ngày 16 tháng 8 nǎm 1995, David Byers và Eric Young cùng với Adam Back đã phá thách thức này trong vòng 2 giờ, chi phí ước tính 10,000 USD.

ã Ngày 19 tháng 8 nǎm 1995, Hal Finney đặt một thách thức SSL thứ hai cho cộng đồng những người làm mật mã một "key cracking ring" và cũng đã bị phá trong 32 giờ.

ã Ngày 17 tháng 9 nǎm 1995, Ian Goldberg và David Wagner đã phá được thuật toán sinh số giả ngẫu nhiên (cơ sở cho việc sinh ra số nhận dạng phiên SSL ? session ID) của phiên bản Netscape 1.1 trong vòng vài giờ trên một máy trạm làm việc. Điều này dẫn đến Netscape sau đó phải nhanh chóng đưa ra phiên bản để sửa "lỗ hổng" của bảo mật trong trình duyệt của mình. Hiện nay phiên bản mới nhất của Netscape có khả nǎng bảo mật an toàn cao nhưng chỉ được phép dùng trong phạm vi nước Mỹ.

SSL và ứng dụng thương mại điện tử

Trong thực tiễn, sự hiểu biết của người sử dụng về cơ chế bảo mật được "sắp đặt" trong các giao dịch điện tử trên mạng Internet là ít ỏi và mờ. Tất cả phần lớn dựa vào sự tin tưởng (trust), chẳng hạn tên tuổi của các hãng có uy tín (VisaCard, MasterCard,...) và sản phẩm có tính nǎng tốt của các hãng nổi tiếng (Oracle, Microsoft, Netscape,...). Bảo mật và an toàn là vấn đề quan trọng trong việc quyết định sự phát triển mạnh mẽ thương mại điện tử hoặc hiện nay như chính phủ điện tử (e-government) và tạo lòng tin cho khách hàng và công chúng. Qua phân tích ví dụ của bảo mật trong giao thức SSL, cho ta thấy mặt khác của vấn đề: khả nǎng lựa chọn công nghệ và mức độ phụ thuộc vào công nghệ, khi xây dựng các ứng dụng nền tảng trong đó có hạ tầng bảo mật thông tin.

Việc triển khai các hệ thống ứng dụng sử dụng hạ tầng truyền thông Internet đòi hỏi có độ bảo mật cao (đặc biệt trong ngân hàng, tài chính, quốc phòng...) cần phải được xây dựng dựa trên sơ đồ gồm các lớp bảo mật nhiều tầng độc lập (thí dụ: giao thức Giao dịch điện tử bảo mật SET (Secure Electronic Transaction), Giao thức khoá Internet IKP (Internet Keyed Protocol) hoặc PGP (Pretty Good Privacy), thậm chí cả phần cứng, nhằm hạn chế tối đa các "lỗ hổng" bảo mật của hệ thống giao thương điện tử. Ngoài ra cũng cần lưu ý các sản phẩm về bảo mật ứng dụng hiện nay trên mạng máy tính phần lớn được phát minh từ Mỹ, được bảo hộ và kiểm soát chặt chẽ bởi luật pháp Mỹ dẫn đến khi thực hành xây dựng và triển khai các hệ thống thông tin và giao dịch thương mại điện tử của chúng ta cần thận trọng và cân nhắc. Sưu tầm