VLAN

Lo standard 802.1Q definisce le specifiche che permettono di definire più reti locali virtuali (VLAN) distinte, utilizzando una stessa infrastruttura fisica.

Ciascuna VLAN si comporta come se fosse una rete locale separata dalle altre:

Scopo

L’utilizzo delle Virtual Lan permette di realizzare:

Requisiti

Per realizzare una VLAN è necessario che gli switch di rete siano capaci di distinguere le diverse VLAN.

Gli apparati devono osservare lo standard 802.1Q

Vi sono diversi modi per realizzare una VLAN:

In ogni caso dentro lo switch devono essere definite le VLAN, con nome e numero identificativo per distinguerle una dall’altra.

Funzioni dello Switch in 802.1Q

Esistono tre funzioni che gli switch devono saper svolgere:

Port based VLAN (Untagged)

Prevede l’assegnazione statica di ciascuna porta ad una VLAN.

Di fatto in questo modo si partiziona uno switch in due o più switch logici.

Le VLAN untagget non richiedono l’osservanza dello standard 802.1Q, ma solo che lo switch ne supporti la configurabilità.

VLAN 802.1Q (Tagged)

Lo standard viene utilizzato per poter condividere lo stesso link fisico tra VLAN differenti.

Per poter fare ciò lo switch deve poter distinguere la VLAN di appartenenza del frame in arrivo.

Lo standard definisce una modifica del formato del frame ethernet aggiungendo 4 byte che trasportano le informazioni sulla VLAN.

Poiché tutti gli switch devono concordare sulla VLAN di appartenenza di un frame, l’identificativo (VLAN tag) della VLAN deve essere uguale per tutti gli switch.

Il formato del frame Ethernet secondo lo standard 802.1Q contiene due campi aggiuntivi:

Il campo TPI ha un valore che non è utilizzato come protocol type nei frame Ethernet ordinari, questo permette di identificare immediatamente se un frame è di tipo 802.1Q e una scheda Ethernet non conforme a questo standard scarterebbe il frame.

Il frame così costituito rappresenta una violazione dello standard Ethernet poiché eccede la dimensione massima e tutti gli switch che osservano questo standard devono poter accettare frame con 2 byte in più.

Porte Tagged ed Untagged

In uno switch 802.1Q tutte le porte devono essere associate ad una o più VLAN.

Porte ibride

Lo standard richiede che una porta possa essere associata ad una VLAN in modalità untagged e ad altre VLAN in modalità tagged.

Se non ha la TAG il frame appartiene alla VLAN a cui la porta è associata in modalità untagged

Se ha la TAG la VLAN è definita dal valore di tale TAG.

La VLAN a cui la porta è associata in modalità untagged viene anche detta PVID (Private Vlan ID).

Funzioni in 802.1Q

• Ingress: quando viene ricevuto un frame lo switch deve identificare la VLAN di appartenenza:
  • Se il frame è untagged la VLAN è identificata con la VLAN a cui la porta è associata

    Se il link è di tipo trunk il frame viene scartato.

  • Se il frame è tagged, la VLAN viene identificata dalla TAG.

    Se il link è access, o la porta non è associata in modalità tagged alla VLAN indicata nella TAG, il frame viene scartato.

• Forwarding: una volta identificata la VLAN di appartenenza vengono applicate le regole di forwarding e viene identificata la porta di uscita
  • La, o le, porte in uscita devono essere associate alla VLAN di appartenenza del frame.

• Egress: questa funzione può richiedere la modifica del frame ricevuto:
  • Se il frame in ingresso è 802.1Q e la porta in uscita è associata alla VLAN di appartenenza in modalità tagged, il frame non subisce modifiche;
  • Se il frame in ingresso è untagged e la porta in uscita è associata alla VLAN di appartenenza in modalità untagged, il frame non subisce modifiche;
  • Se il frame in ingresso è 802.1Q e la porta di uscita è untagged, la TAG viene rimossa;
  • Se il frame in ingresso è 802.3 e la porta di uscita è tagged, la TAG viene inserita.

Negli ultimi due casi lo switch deve ricalcolare il valore del CRC.

Coesistenza con apparati non 802.1Q

Gli apparati che non osservano lo standard 802.1Q saranno connessi su porte dello switch associate esclusivamente in modalità untagged.

Questo garantisce che ogni frame ricevuto sarà associato ad UNA VLAN e nessun frame di tipo 802.1Q sarà inoltrato verso l’apparato, in quanto la TAG deve essere rimossa.

Questo permette di inserire in una rete locale apparati 802.1Q senza dover sostituire l’hardware preesistente.

Nell’esempio il link tra i due switch è di tipo trunk e trasporta frame di entrambe le VLAN. Gli switch devono inserire la tag per trasmettere i frame verso l’altro switch. Gli switch dovranno rimuovere la tag prima di inoltrare i frame verso la stazione di destinazione.

Nessun frame appartenente ad una VLAN può raggiungere stazioni connesse su porte associate ad un’altra VLAN.

Per realizzare una comunicazione tra stazioni appartenenti a VLAN differenti i dati devono essere inoltrati a livello di rete da un router.

Protocol based VLAN

L’assegnazione di un frame ad una VLAN può essere effettuata dinamicamente, in funzione di diversi parametri.

Le regole di assegnazione devono essere configurate negli switch opportunamente, non tutti gli switch 802.1Q sono in grado di effettuare l’assegnazione dinamica.

I parametri possono essere:

Un esempio tipico è la assegnazione definita dal MAC address: nessuna stazione può accedere ad una VLAN se il suo MAC non è registrato dall’amministratore della rete, indipendentemente dalla porta a cui si connette.

Default VLAN

Gli switch 802.1Q vengono venduti con una VLAN predefinita, detta default VLAN.

Alla default VLAN è assegnata la TAG 1.

Tutte le porte appartengono alla default VLAN in modalità untagged (PVID = 1)

Poichè una porta non può essere associata a più di una VLAN in modalità untagged, per modificare il PVID di una porta si deve prima rimuovere l’associazione della porta in modalità untagged preesistente.

Esempi di comunicazione tra VLAN con router

VLAN - Trunking Protocol (VTP)

La configurazione delle VLAN deve essere effettuata per ogni switch presente nella rete LAN.

Nel caso di LAN di dimensioni elevate:

Il protocollo Vlan Trunking Protocol (VTP) consente di configurare le VLAN su solo uno switch, che si occupa poi di distribuire le VLAN a tutti gli switch della rete.

Il protocollo VTP riduce la configurazione manuale degli switch.

Nel VTP troviamo:

Il comando che consente di valutare la configurazione VTP di uno switch è

I parametri da configurare sono:

VTP Version - VTP mode

Esistono due versioni del protocollo VTP: 1, 2.

La versione di default è la 1.

Il parametro VTP mode può assumere tre diversi valori, a seconda del ruolo dello switch:

Di default lo switch lavora come Server.

Vtp Domain Name

E’ il nome del dominio VTP cui lo switch appartiene, un VTP domain è un insieme di switch che si scambiano VTP advertisement per la distribuzione delle VLAN.

Uno switch può possedere un solo dominio VTP alla volta.

Il dominio si propaga dal VTP server a tutti i VTP client.

Di default è Null.

VTP Advertisement

Un messaggio VTP è inviato ogni qual volta bisogna propagare le VLAN.

Esistono tre tipi di Advertisement:

VTP Config Revision

E’ un contatore che viene incrementato ogni volta che si verifica una modifica relativa al VTP: Vlan aggiunta o rimossa.

Inizialmente è impostato a zero.

Consente agli switch di determinare se le informazioni memorizzate sono aggiornate o meno.

Configurazione VTP Server

// Configurare la modalità server e il VTP Domain Name

Switch(config)# vtp mode server

Switch(config)# vtp domain nome

//Controllare ed eventualmente configurare la versione del protocollo VTP e la password

Switch(config)# vtp version

//configurare le VLAN (E le porte TRUNK)

Switch(config)# show vtp statu

//Verificare che lo switch abbia la configurazione di default

// abilitare modalità Client

Switch(config)# vtp mode client

//configurare le porte di access

Tecniche di crittografia

La crittografia è nota fin dall’antichità e si è sviluppata nel corso del tempo, soprattutto in ambito militare.

La codifica e la decodifica sono eseguite da uno o più algoritmi crittografici, che utilizzano:

Elementi di crittografia

• Crittografia: procedimento di cifratura e decifratura dei messaggi basato su funzioni parametriche;

• Testo in chiaro: messaggio originario;

• Algoritmo di cifratura: effettua sostituzioni e trasformazioni sul testo in chiaro;

• Algoritmo di decifratura: effettua il lavoro inverso dell’algoritmo di cifratura;

• Chiave: parametro dell’algoritmo di cifratura o decifratura.

Classificazione dei sistemi crittografici

I sistemi crittografici possono essere distinti in base a:

Esistono due tipi principali di crittografia:

Crittografia simmetrica

Usa una sola chiave per cifrare e decifrare, mittente e destinatario usano la stessa chiave.

Esiste però il problema della distribuzione delle chiavi.

Un esempio di crittografia simmetrica è il doppio operatore XOR.

Svantaggi 👎🏼

• Difficoltà nel mantenere la chiave K segreta;

• La segretezza dipende dai possessori di K;

• Per N conoscenti bisognerebbe avere N chiavi distinte;

• Difficoltà per la distribuzione sicura della chiave K, ovvero dello scambio.

La crittografia Asimmetrica

Nasce nel 1975 ed è chiamata anche “crittografia a chiave pubblica”.

Risolve il problema della distribuzione sicura delle chiavi poichè utilizza una coppia di chiavi.

Le due chiavi sono correlate MATEMATICAMENTE: i messaggi codificati con la chiave pubblica possono essere decodificati solo con la chiave privata e viceversa.

Anche conoscendo la chiave pubblica non è possibile risalire alla corrispondente chiave private se non con calcoli che richiedono un tempo molto elevato.

La coppia di chiavi viene generata da un software.

Ogni persona che vuole ricevere i messaggi cifrati deve fornirsi di una coppia di chiavi:

I mittenti devono così conoscere solamente la chiave pubblica del destinatario e la chiave privata è conservata solamente dal destinatario, risolvendo il problema dello scambio delle chiavi.

Firma digitale

Essa consente di garantire la certezza che quel documento appartiene al firmatario. Il documento in formato digitale sottoscritto con firma digitale ha perfetta validità legale.

La firma digitale garantisce:

Per generare una firma digitale è necessario utilizzare una coppia di chiavi digitali asimmetriche attribuite in maniera univoca ad un soggetto detto titolare.

La chiave privata è conosciuta solo dal titolare ed è usata per generare la firma digitale da apporre al documento.

Viceversa la chiave da rendere pubblica è usata per verificare l’autenticità della firma.

Hash: letteralmente significa sminuzzare. E’ un algoritmo che restituisce una sequenza di lunghezza ben definita avendo come input un messaggio di lunghezza qualsiasi

Finger-print: letteralmente significa impronta digitale. E’ un documento prodotto dall’algoritmo di hash a partire da quello originale. Documenti diversi elaborati dall’algoritmo di hash producono una finger-print diversa.

1. Il primo passo consiste nel generare, con l’hash, un “riassunto” del documento originale. La modifica al contenuto del messaggio porta ad avere una diversa impronta - digitale.

2. L’impronta digitale viene crittografata con la chiave privata del mittente, ottenendo la “firma digitale”.

3. La firma digitale viene allegata al documento originale, il messaggio completo può essere inviato al destinatario dopo averlo crittografato con la chiave pubblica del destinatario.

4. Il destinatario decripta il messaggio ottenendo il documento orginale e la firma.

5. Il destinatario, utilizzando la chiave pubblica del mittente, ricava la finger - print.

6. A questo punto sarà sufficiente confrontare questo finger-print con quello che egli calcolerà in modo autonomo.

   Se i due finger print corrispondono egli sarà sicuro che:

   1. Il messaggio è integro.

   2. Chi ha spedito il messaggio è veramente chi dice di essere;

   3. Il mittente non può ripudiare il messaggio.

Firmare un documento elettronico è un’attività semplice e veloce, per eseguirla è necessario essere dotati di:

Certificati

Il certificato di sottoscrizione rappresenta l’elemento chiave della firma digitale; non è altro che un file rilasciato dall’ente certificatore contenente tutti i dati identificativi del titolare.

L’impiego della firma digitale permette di migliorare i rapporti tra Pubbliche Amministrazioni, cittadini e imprese, riducendo notevolmente la gestione in forma cartacea dei documenti, proprio come indicato da AGID (Agenzia per l’Italia Digitale).

L’agenzia si occupa di:

Esiste però la problematica di “mascheramento”, ovvero: siamo certi noi che il certificato che riceviamo sia effettivamente del mittente? e non sia di qualcuno che si “maschera” come tale?

La soluzione di questo problema viene fatta attivando una particolare procedura per la consegna della chiave pubblica: la chiave viene racchiusa all’interno di un certificato digitale che oltre a essa contiene le informazioni sul mittente.

Questo certificato deve essere a sua volta validato da un ente certificatore (CA, Certification Autorithy) che garantisce l’identità del proprietario del certificato firmandone le chiavi pubblica e privata con la propria chiave privata: in questo modo ne rende impossibile per chiunque la manomissione.

Quindi il certificato digitale è un documento informatico contenuto nella smartcard del titolare e firmato digitalmente dal certificatore. I dati contenuti nel certificato sono:

Un malintenzionato dovrebbe effettuare le seguenti operazinoi per sostituirsi all’effettivo mittente:

Le pratiche relative alla identificazione dell’utente prima della emissione del certificato vengono fatte dalla Registration Authority che, in base alla tipologia del soggetto, svolge le necessarie indagini e attiva le relative procedure per l’identificazione certa del richiedente.

Registration Authority e Certification Authority sono enti pubblici o privati accreditati.

Un certificato digitale può avere diversi formati:

Richiedere un certificato digitale

1. Generazione della coppia di chiavi asimmetriche da utilizzare per cifrare le comunicazioni: le comunicazioni tra CA e richiedente devono essere protette e quindi viene generata una coppia di chiavi dal CA;

2. Il richiedente comunica informazioni circa la propria identità al CA;

3. La Registration Authority inizia la verifica dei dati ricevuti;

4. Se i controlli vanno a buon fine, la Certification Authority genera il certificato e lo firma digitalmente con la propria chiave privata: viene firmato perchè i dati contenuti non vengano modificati.

5. Il certificato firmato viene inviato al richiedente che provvederà a installarlo sul proprio server.

Esistono numerosi programmi che consentono di criptare file:

Algoritmi di cifratura

→ DES

1977 → Reso pubblico

1998 → Viene rotto

Tipologia (Simmetrico & A Blocchi)

• Simmetrico: cifratura e decifrazione con la stessa chiave

• A blocchi: messaggio suddiviso in blocchi cifrati indipendentemente

Proprietà

• Diffusione: altera la struttura del testo in chiaro spargendo i caratteri su tutto il testo cifrato

• Confusione: combinare in modo complesso il messaggio e la chiave

Algoritmo

3-DES

Introdotto → 1999

Consiste in 3 passi di cifratura DES consecutivi con chiavi diverse, per un totale di 168 bit di chiave (56 x 3, le chiavi sono da 64 bit ma ne hanno 8 di parità).

In ordine avviene: cifratura → decifrazione → cifratura (per la codifica) decifrazione → cifratura → decifrazione (per la decodifica)

3 varianti a seconda delle chiavi

• tre chiavi diverse

• k1 e k3 uguali: sicurezza di 112 bit

• tre chiavi uguali: usata per garantire la compatibilità con il DES standard (sicurezza 56 bit)

→ IDEA

IDEA utilizza chiavi da 128 bit che al primo passo vengono suddivide in 8 blocchi da 16 bit ciascuno.

Le prime 6 chiavi generate vengono utilizzate direttamente nel primo passo dell’algoritmo; nei passi successivi invece la chiave usata al passo precedente viene shiftata ciclicamente di 25 posizioni a sinistra, per poi essere suddivisa nuovamente in 8 blocchi da 16 bit.

Nell’ultimo passo vengono utilizzati soltanto i primi 4 blocchi ottenuti dalla chiave shiftata.

Il messaggio da cifrare viene suddiviso in blocchi da 64 bit e, ad ogni passo, il blocco da 64 bit viene suddiviso in 4 blocchi da 16 bit, chiamati A, B, C, D:

Ad ogni passo i (1≤ i ≤ 8), avvengono le seguenti operazioni:

I passaggi visti fino ad ora vengono eseguiti 8 volte.

Arrivati all’ultimo round, il 9°, vengono eseguiti meno passaggi:

Una volta arrivati al 9° round l’algoritmo è terminato e basterà unire G1, G2, G3, G4 per ottenere il testo cifrato da inviare.

Lo schema completo di IDEA è il seguente:

Decifrazione

La decifrazione del messaggio segue lo stesso identico schema, ma le chiavi utilizzate sono invertite rispetto a MUL e ADD.

Vantaggi

• La forza di IDEA sta nella segretezza della chiave e che si ha un range di possibili chiavi pari a 2^128.

• L’algoritmo è abbastanza facile da applicare ed è molto veloce; si potrebbe anche rendere più veloce eseguendo solamente 4 round al posto di 9, dato che è stato dimostrato che diventa impossibile da forzare dopo il quarto passo.

• Può essere implementato sia via software che hardware, con semplici componenti che lavorano a 16 bit.

→ RSA

E’ un algoritmo di cifratura Asimmetrico.

E’ composto da:

Per cifrare un messaggio:

dove m è un carattere o un blocco del messaggio trasformato in binario

Per decifrare un messaggio:

Come si ricavano le chiavi K(pub) e K(pri)?

1. Sceglio due numeri primi a e b molto grandi e calcolo

   n = a * b → secondo numero delle chiavi

2. Determino z = (a-1)*(b-1)

   e sceglo le chiavi:

   1. Pri → non deve avere fattori comuni con z;

   2. Pub → deve soddisfare l’equazione (pub*pri) mod z = 1

→ Diffie - Hellman

Prendiamo in esempio Alice e Bob, entrambi conoscono due numeri, g e p pubblici e p è un numero primo.

Inoltre Alice conosce un numero segreto ‘a’ e Bob conosce un numero segreto ‘b’.

Così facendo Alice e Bob hanno condiviso un numero segreto (K) senza mai comunicarlo esplicitamente.

Chiunque può osservare A, B, g ep ma queste informazioni non sono sufficienti per ricavare il numero K.

Infatti K è calcolabile solo conoscendo a o b, che tuttavia sono segreti e non vengono mai comunicati.

Ricavare a da A (o b da B) significa risolvere un logaritmo discreto, il che è computazionalmente difficile.

Se questo numero K rappresenta la chiave di un algoritmo di cifratura simmetrica si è trovato un modo per condividere la chiave senza la necessità di un canale di comunicazione sicuro.

Il problema però è che Alice e Bob non hanno potuto scegliere il valore di tale numero, ma è casuale.

Perciò l’algoritmo di Diffie - Hellman non è un algoritmo di crittografia ma è esclusivamente un algoritmo di scambio delle chiavi.

→ Crittografia Ibrida

Essendo che:

Allora si è pensato all’utilizzo di un cifrario ibrido:

In particolare:

Il destinatario, tramite la sua chiave privata, decifra la chiave simmetrica utilizzata per codificare il messaggio.

Tramite questa chiave decodificata, decodifica il messaggio stesso.

→ AES

Advanced Encryption Standard

L’AES è un cifrario a blocchi.

Utilizza blocchi da 128 bit e può usare chiavi da 128, 192 e 256 bit.

La lunghezza della chiave influisce sulla schedulazione delle chiavi e sul numero di round, però non influisce sulla struttura di alto livello di ciascun round.

I 128 bit vengono divisi in 16 byte, per poi essere sistemati all’interno di una tabella 4x4, così come la chiave:

A - processo di cifratura

1- SubBytes: è una funzione SBOX nella quale tramite righe e colonne il valore iniziale di una cella (ad esempio cella 1,1 contenente il valore 19) viene alterato.

Così per ogni byte all’interno della tabella 4x4.

2- ShiftRows: la seconda riga della tabella viene shiftata verso sinistra di 1 byte, la terza riga di 2 bytes e la quarta riga di 3 bytes.

3- MixColumns: ogni cella di ogni colonna viene “modulo moltiplicata” con una matrice predefinita:

4- AddRoundKey: viene eseguito lo XOR tra ogni colonna della tabella 4x4 ottenuta dai tre passaggi precedenti e ogni colonna della tabella 4x4 contenente la chiave:

Così da ottenere:

Queste trasformazioni vengono eseguite per 9 round consecutivi, l’ultimo round, quello finale, non include il MixColumns.

B - Key Schedule

La chiave viene divisa in 11 sotto - chiavi usate nel round iniziale, nei 9 round centrali e nel round finale.

La chiave può essere vista come un array di 32-bit words (colonne) numerate da 0 fino a 43, dove le prime 4 sono riempite con la chiave ricevuta.

Le colonne multipli di 4 (W4, W8, …, W40), quindi le prime di ogni tabella, sono calcolate applicato RotWord e SubBytes (visto prima) alla colonna precedente:

RotWord consiste nello spostare il primo byte da sopra a sotto.

Successivamente viene effettuato uno XOR tra il risultato ottenuto dalla SBOX e la “word” situata in 4 posizioni prima e una costante chiamata Rcon.

Per quanto riguarda le restanti colonne invece basterà calcolare tramite uno XOR il risultato tra la colonna precedente e quella posizionata in 4 posizioni prima.

Le funzioni HASH

Per soddisfare le condizioni di sicurezza, gli algoritmi per le funzioni hash devono seguire queste proprietà:

Le funzioni hash non invertibili vengono normalmente utilizzate per assegnare un’impronta digitale a un messaggio o a un file.

Le funzioni hash non invertibili vengono utilizzate per accertarsi che nessuno in fase di trasporto sia intervenuto sul contenuto del messaggio.

Il problema in questo caso è che non c’è modo di proteggere l’impronta da eventuali intrusi.

E’ possibile infatti che qualcuno interferisca impersonando il mittente o il destinatario nelle comunicazioni sicure.

Perciò le funzioni hash vanno combinate con sistemi a chiave pubblica per l’assegnazione di firme digitali.

Tra le funzioni hash più comuni troviamo:

Gli attuali prodotti per la sicurezza utilizzano principalmente algoritmi MD5 e SHA, entrambi basati sul sistema MD4.

MD5 elabora l’input a blocchi da 512 bit e produce un output (digest) da 128. SHA elabora blocchi da 512 bit e produce un digest da 160 bit.

→ MD5

Il messaggio viene elaborato a blocchi di 512 bit e viene prodotto un hash da 128 bit.

Ad ogni iterazione si calcola una funzione che prende in ingresso il blocco corrente del messaggio e il valore dell’hash all’iterazione precedente.

L’hash finale è quello risultante dall’ultima iterazione.

Prima di iniziare l’elaborazione si aggiunge al messaggio un padding in modo che la lunghezza totale risulti un multiplo di 512 bit.

In particolare:

Un’iterazione MD5 è composta da 4 passi, perciò ogni blocco del messaggio viene elaborato in 4 “round” successivi.

La funzione utilizzata dipende dal round:

In ogni round la funzione di compressione viene applicata 16 volte.

→ SHA

L’elaborazione eseguita dagli algoritmi SHA è simile a quella MD5, è costituita da quattro fasi: le prime due sono identiche mentre la terza utilizza uno schema a 8 registri (al posto di 4) e nel passo 4 la sequenza di bit viene divisa in blocchi da 512 bit o 1024, a seconda dell’algoritmo.

La sicurezza delle reti

La sicurezza dei sistemi informativi mira a proteggere le informazioni dalle minacce di tipo umane e naturali.

Le minacce di tipo umane possono essere indotte da interessi personali e possono essere attacchi interni o esterni.

Gli attacchi interni possono essere condotti da dipendenti o ex dipendenti che conoscono la struttura.

Le minacce naturali sono dovute a eventi naturali tipo innondazione, incendi, terremoti, ecc..

Per evitare si eseguono misure preventive come il posizionamento dei dati in locali adeguati.

Tra gli eventi intenzionali, ovvero gli attacchi troviamo:

Tra gli eventi accidentali, cioè gli errori e i malfunzionamenti, individuiamo:

Le principali tipologie di minacce sono:

Attacchi passivi

Tra gli attacchi passivi troviamo:

Attacchi attivi

Tra gli attacchi attivi troviamo:

E’ necessario perciò introdurre delle misure di sicurezza per proteggere sia le informazioni presenti sugli host sia quelle circolanti sulla rete.

Bisogna però effettuare una distinzione tra:

I tre “pilastri” della sicurezza sono:

Per quanto riguarda la prevenzione troviamo diverse tecniche, come:

Gli obiettivi di una posta sicura sono:

Il protocollo S/MIME

Il protocollo SMTP presenta un limite dal punto di vista della protezione e una sua alternativa è il protocollo S/MIME che fornisce due servizi di protezione:

Questi due servizi sono alla base della protezione dei messaggi S/MIME in quanto un messaggio può essere firmato, cifrato oppure essere sottoposto a entrambi.

Firme digitali

Crittografia dei messaggi

Interazione delle firme digitali con la crittografia dei messaggi

Invece per decifrare un messaggio bisognerà:

PGP

Pretty Good Privacy è uno dei più celebri software per la crittografia a chiave pubblica utilizzato soprattuttop er codificare le email.

Obiettivo principale del PGP è quello di aumentare la rapidità della codifica RSA.

Con PGP per procedere al criptaggio di un messaggio la prima operazione da effettuare è quella di generare una session key: generata in modo estremamente casuale e verrà usata una sola volta per cifrare il messaggio.

Quindi questa viene criptata con la chiave pubblica del destinatario e inviata insieme al messaggio.

Perciò, riassumendo:

Il destinatario, una volta ricevuto il messaggio, per prima cosa decripta la chiave randomica (session key) e lo fa utilizzando la propria chiave privata.

Una volta decriptata la utilizza per decifrare il messaggio ricevuto.

Firma con message digest

PGP migliora il sistema di firma aggiungendo una funzione hash unidirezionale che prende in input il messaggio di lunghezza variabile e genera un output di lunghezza prefissata.

Il digest e la chiave privata sono utilizzati da PGP per creare la “firma” che viene spedita insieme la testo.

Alla ricezione del messaggio PGP ricalcola il digest e lo confronta con quello ricevuto in modo da verificare la correttezza della firma.

I protocolli SSL / TLS

Secure Socket Layer e Transport Layer Security.

Offrono meccanismi di sicurezza alle applicazioni che usano il protocollo TCP e sono in grado di rendere sicuri numerosi protocolli applicativi come HTTP, POP3, IMAP, ecc..

TLS e SSL lavorano a livello transport della pila ISO/OSI si interpongono tra il livello application e il protocollo TCP.

TCP/IP consente di leggere ed alterare i dati che vengono inviati in rete.

Caratteristiche

→ Fornisce l’autenticazione per applicazioni server e client;

→ Cifra i dati prima di inviarli su un canale pubblico;

→ Garantisce l’integrità dell’informazione;

→ E’ stato progettato per essere efficiente.

Componenti

→ Handshake Protocol:

→ Record Protocol:

→ Change Chiper Spec Protocol:

→ Alert Protocol:

Handshake Protocol

E’ utilizzato dalle due parti (client e server) e permette di:

Sessione sicura

Una sessione sicura rappresenta una sequenza di valori che possono essere utilizzati con SSL/TLS:

Stabilire tutti i parametri ogni volta che c’è una connessione può essere inefficiente, perciò una sessione può sopravvivere tra più connessioni.

Costo di una Sessione

Lato client:

Lato server:

Informazioni di Stato relativi a Sessione e Connessione

Sessione:

Connessione:

Chiavi ed IV sono creati in base alla Master Key.

Il protocollo di Handshake può essere eseguito in forma abbreviata, per riesumare una sessione precedentemente stabilita.

Autenticazione: Certificate, Certificate {Request, Verify}

Sono i messaggi che consentono alle parti di autenticarsi.

Il messaggio Certificate contiene una lista di certificati:

L’eventuale certificato del client deve essere conforme alle specifiche indicate nel messaggio di richiesta.

L’invio dei certificati non è obbligatorio ma quello del server può essere necessario.

Certificate Verify

Il messaggio Certificate Verify viene inviato dal client solo se quest’ultimo ha inviato il proprio certificato al server.

{Client, Server}Key Exchange

Il server invia il messaggio Server Key Exchange se il proprio certificatao non è adeguato al tipo di autenticazione stabilito nella chipersuite.

Il messaggio Client Key Exchange è obbligatorio. Con esso le parti hanno le informazioni necessarie per poter calcolare la chiave di cifratura simmetrica da utilizzare in seguito all’handshake

Il messaggio Server Key Exchange viene usato con il messaggio Finished per l’identificazione del server.

Change Cipher Spec - Finished

Mediante il messaggio Change Cipher Spec ogni parte indica all’altra che sta per usare gli algoritmi e le chiavi appena negoziate.

I messaggi Finished sono di testing, sono i primi messaggi che vengono inviati utilizzando algoritmi e chiavi negoziate durante le fasi precedenti.

Record Protocol

Change Cipher Spec Protocol

E’ utilizzato per aggiornare la ciphersuite in uso tra client e server.

Il protocollo consiste in un unico messaggio, inviato da una delle due parti all’altra; il messaggio è dato da un singolo byte di valore 1.

Alert Protocol

Usato da una parte per trasmettere messaggi di alert all’altra.

Ciascun messaggio è caratterizzato da un livello di severità: warning o fatal.

I messaggi possono essere tipo: unexpected message, handshake failure, unsupported certificate, …

Firewall

Firewall Hardware: componente passivo che opera una difesa perimetrale della nostra rete locale (LAN).

Firewall Softwate (o Personal Firewall): software che viene installato direttamente sul PC da proteggere. Il personal firewall esegue anche un controllo a livello di programma. (Monitorizza l’attività di scambio dati da e verso internet di tutto il software).

I limiti di un firewall

Ci sono due tipologie di problemi di sicurezza:

Cosa non può fare un firewall?

→ Protezione da attacchi interni:

→ Social Engineering:

→ Integrità dei dati:

→ Cattiva configurazione:

Classificazione dei firewall

Una prima classificazione viene fatta sul tipo di protezione che il firewall deve fare:

Una seconda classificazione si basa sul numero di host protetti contemporaneamente:

La terza classificazione viene fatta secondo il livello di intervento:

Personal firewall

Può essere semplicemente un programma installato sul proprio PC che protegge da attacchi esterni: il traffico dall’interno verso l’esterno è consentito per default mentre il traffico dall’esterno verso l’interno è vietato per default.

Sono utilizzabili solo a scopo personale ma impensabili in una azienda in quanto risulterebbero economicamente non convenienti.

Network firewall

Sono i classici firewall aziendali dove una o più macchine sono dedicate al filtraggio di tutto il traffico da e per una rete locale.

A seconda del livello di rete nel quali si fanno i controlli i firewall possono essere classificati in:

Bastion host

Indichiamo l’host configurato per respingere attacchi contro la rete interna e più in generale tutti quegli host che fungono da firewall critici per la sicurezza della rete.

Possiede in genere le seguenti caratteristiche:

DMZ

E’ la sigla di Demilitarized Zone ed è una “sezione di rete”.

La zona demilitarizzata è una porzione di rete che separa la rete interna dalla rete esterna: i server nella DMZ sono accessibili dalla rete pubblica, perciò non sono trusted dalla rete interna, e quindi devono essere segregati, in quanto, se venissero compromessi, questo non deve produrre effetti nella rete aziendale.

La DMZ permette di effettuare la sicurezza perimetrale, cioè protegge una rete nei punti in cui essa è a contatto con il mondo esterno, interponendosi tra la LAN aziendale e la WAN esterna.

Architettura 3 - TIER

Utilizzando un’architettura dove sono separati Web server, Application Server e il Database, è buona norma mettere il Web server verso l’esterno e collocare nella DMZ l’application server, che di solito ospita la business logic e si collega al DB, il quale è all’interno della LAN.

Nelle ditte in cui la sicurezza dei dati è vitale, è possibile introdurre un sistema di stratificazione della DMZ inserendo anche più di due firewalls e più DMZ.

Reti private virtuali (VPN)

Il termine VPN (Virtual Private Network) nasce alla fine degli anni 90 e si pone come evoluzione delle linee dedicate tra diverse sedi aziendali.

Nel passato infatti i collegamenti tra sedi remote di una stessa società, e quindi tra reti LAN remote, avvenivano solo se era presente una linea di comunicazione fisica dedicata, come per esempio via cavo.

Le reti private dedicate, o reti private “vere e proprie” possiedono alcuni vantaggi:

Le reti private dedicate possiedono un rapporto costi/benefici non sempre elevato.

Inoltre queste reti possiedono elevati costi per l’installazione e la manutenzione, oltre a tempi lunghi per la configurazione e riconfigurazione, in quanto non sono scalabili.

Le reti private virtuali (VPN) invece sono configurabili e riconfigurabili facilmente, sono scalabili e offrono un valido rapporto tra costi e funzionalità.

Le VPN possiedono i seguenti vantaggi:

Tuttavia le VPN implicano tre problematiche:

Tunneling

I dati vengono suddivisi in sezioni di dimensioni ridotte, chiamate pacchetti, che vengono trasmessi nel tunnel fino a destinazione.

Durante il tragitto nel tunnel i pacchetti vengono crittati e incapsulati.

Gli strati di tunneling VPN possono essere creati ai seguenti livelli:

I protocolli coinvolti nel processo di tunneling sono:

Scenari di applicazione di una VPN

Esistono principalmente tre scenari di applicazione delle VPN:

VPN site to site

Si applica quando vi è la necessità di collegare più reti locali attraverso un canale di trasmissione pubblico su di una arete di comunicazione virtuale.

Questa situazione potrebbe per esempio verificarsi quando vi è l’esigenza di stabilire un collegamento tra diverse aree aziendali.

Questa struttura richiede la presenza di un router VPN per ciascuna sede, che rappresenta il tunnel VPN tra reti locali.

VPN end to site

Trovano applicazione quando la rete aziendale deve essere accessibile da remoto o da casa.

VPN end to end

Quando l’accesso remoto non avviene su di una rete locale, ma solo da una postazione all’altra.

Una VPN remote desktop viene utilizzanta quando per esempio un impiegato vuole accedere da casa al suo computer direttamente sulla postazione presente sul posto di lavoro.

VPN e sicurezza

Possiamo classificare le reti private in tre categorie, in base al grado di sicurezza offerto:

Categorie d’uso delle VPN

Possiamo suddividere le VPN in tre principali categorie d’uso:

1. Remote access

Permette a un utente di connettersi da una postazione remota alla rete privata.

E’ necessario possedere due componenti:

2. 3. Intranet ed Extranet

Abbiamo una VPN di tipo site to site, dove la società consente l’accesso remoto in larga scala

Nella categoria Intranet la comunicazione avviene esclusivamente tra i siti della stessa società, secondo il modello site to site.

Nella categoria Extranet la comunicazione avviene tra società che hanno interessi comuni, sempre secondo il modello site to site.

Wireless e reti mobili

Tra le reti wireless possiamo distinguere due famiglie:

Nelle reti cellulari la connessione deve essere “passata” tra celle adiacenti senza che venga a perdersi il collegamento: questo passaggio prende il nome di handover (o handoff)

Le funzionalità aggiuntive che devono essere svolte in sistemi che presentano utenti in “mobilità” sono:

Come per le reti cablate anche per le reti wireless viene fatta una classificazione sulla base della distanza geografica che il segnale trasmesso dai dispositivi che si connettono alla rete può raggiungere.

WLAN (Wireless Local Area Network)

Sono le reti maggiormente diffuse con il oro raggio di copertura che va dai 100 ai 500 metri.

Una rete Wlan è costituita da Station (Sta) e Access Point (AP).

WWAN (Wireless Wide Area Network)

Sono reti wireless di dimensione geografica estesa sino a una decina di kilometri e nascono dall’esigena di raggiungere utenti che difficilmente potrebbero avere connessioni cablate, come paesi di montagna o aree difficilmente raggiungibili o antieconomiche per le normali linee fisse.

Le reti WWAN sono realizzate con diversi standard:

Troviamo anche altre tecnologie wireless, come ad esempio l’irDA, tecnologia di interconnessione dati che utilizza i raggi infrarossi.

Pregi delle WLAN

→ Assenza di cablaggio

→ Facilità di installazione

→ Basso costo

→ Mobilità

Difetti delle WLAN

→ Inaffidabilità del mezzo trasmissivo

→ Sensibilità alle interferenze

→ Privacy

→ Capacità inferiore alle LAN cablate

Tutto il traffico generato/ricevuto dalle stazioni (STA) è trasferito tramite l’Access Point (AP)

Problametiche del Wi-Fi

Capture effect: è un fenome per il quale fra due segnali inviati a una stazione destinatario, il più forte risulta attenuato e rallentato a causa del più debole.

Problema della stazione nascosta (hidden terminal): siano date tre stazioni A, B, C, e A stia trasmettendo a B: se C ascolta il mezzo trasmissivo lo troverà libero e sarà convinta di poter trasmettere a B, ma cominciando a trasmettere disturberà la trasmissione di A.

Problema della stazione esposta (exposed terminal): è il problema inverso al precedente, supponiamo che B stia trasmettendo ad A e che C voglia trasmettere a D: ascoltando l’etere, C sentirà la trasmissione di B e concluderà erroneamente di non poter trasmettere, invece essendo D fuori dalla portata di B e A fuori dalla portata di C, le due trasmissioni potrebbero avvenire contemporaneamente.

Topologie di rete per IEEE 802.11

Ad hoc Network (Independent Basic Service Set - IBSS)

All’interno del BSS (”independent” BSS) le stazioni possono comunicare direttamente l’una con l’altra senza l’ausilio di un AP.

Basic Service Set (BSS) (Infrastructure mode)

E’ una BSS con un componente chiamato Access Point che fornisce la funzione di relay per la BSS.

La comunicazione tra stazione avviene solo attravero l’AP.

L’AP può fornire la connessione al Distribution System.

Gestione accesso al mezzo 802.3 vs 802.11

In una rete locale Ethernet classica, il metodo di accesso utilizzato per i terminali è il CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detector), per cui ogni terminale è libero di comunicare in qualsiasi momento.

In un ambiente senza fili questa procedura non è possibile dato che le due stazioni comunicanti con un ricettore non si sentono reciprocamente.

Così la norma 802.11 propone il protocollo detto CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

Questo protocollo usa un meccanismo per evitare le collisioni basato sul principio di ricevuta di ritorno reciproca tra l’emittente e il ricevente.

Il livello MAC del protocollo 802.11 offre un meccanismo di controllo di errore che permette di verificare l’integrità del frame. Si tratta di una differenza fondamentale con lo standard Ethernet.

In una rete senza fili il tasso di errore è più elevato, ragione per cui un controllo di errore è stato integrato a livello collegamento dati.

D’altra parte il tasso di errore aumenta generalmente con dei pacchetti di dimensione importante, per questo l’802.11 offre un meccanismo di frammentazione, che permette di scomporre un frame in più pezzi.

Il ruolo dell’Access point

Un Access Point è un’entità che permette la distribuzione dei servizi MAC via Wireless Medium (WM) per le stazioni a esso associate.

L’Access Point può essere configurato per funzionare in due modalità:

La Chiave di cifratura viene realizzata a partire dalla chiave segreta che viene concatenata con un initialization vector (IV), numero casuale di 24 bit.

Verrà spedito l’initializing vector insieme al testo cifrato e la Secret Key.

Decodifica

Tramite l’Initialization Vector e la secret key si risale alla key stream la quale, eseguendo lo XOR con il Ciphertext, ci riporta al testo decifrato assieme al suo Integrity Check Value (ICV), che verrà comparato con il nuovo ICV calcolato.

WPA/WPA2

Il Wireless Proteced Access rappresenta una miglioria del WEP, esistono due diverse configurazioni in cui lavora:

Dove la modalità Personal è consigliata per le applicazioni SOHO - Small Office Home Office.

Le principali migliorie introdotte dal WPA sono nelle dimensioni della chiave, che diventa da 128 bit, e del vettore di inizializzazione, che passa a 48 bit.

WPA utilizza inoltre un nuovo protocollo, il Temporary Key Integrity Protocol (TKIP), che permette di cambiare le chiavi crittografiche utilizzatae dopo un certo numero di dati scambiati.

Inoltre, al posto del CRC - 32 viene utilizzato il Message Integrity Code (MIC) per effettuare il controllo dell’integrità dei dati.

Il MIC è un Message Authentication Codes (MAC), permette di rilevare la presenza di messaggi falsi nella comunicazione.

WPA2

WPA2 è un’aggiornamento del WPA e utilizza l’algoritmo AES al posto dell’RC4 per la cifratura dei dati.

AES può avere diverse modalità di utilizzo, chiamate modalità operative:

Quella che viene maggiormente utilizzata è la CBC alla quale spesso viene aggiunto un controllo di integrità dei dati MIC, la modalità prende il nome di CBC-MAC.

Autenticazione

E’ il processo tramite il quale un computer, un software o un utente verifica la corretta identità di un altro computer, software o utente che vuole comunicare attraverso una connessione.

Un esempio che tutti noi effettuiamo tutti i giorni è la comune procedura di “login” per accedere a un sistema di elaborazione.

Il sistema di autenticazione 802.1X

La prima forma di autenticazione si basava sulla conoscenza dell’SSID della rete: prende il nome di OSA (Open System Authentication) dove l’Access Point autorizzava chiunque fosse a conoscenza del nome della rete.

Un sistema di autenticazione aggiuntivo è quello che si basa sul filtraggio dei MAC Address dei dispositivi wireless, ma prevede una lunga procedura manuale a opera degli amministratori di rete.

Per garantire un metodo più affiadbile di autenticazione e autorizzazione, l’IEEE 802.11i ha proposto una struttura di protezione WLAN basata sul protocollo 802.1X.

I componenti del sistema di autenticazione sono:

1. Un client entra nel raggio d’azione dell’AP, questo richiede le credenziali di accesso al client.

2. Il client si identifica all’AP, che inoltra le informazioni ricevute ad un server RADIUS.

3. Il server richiede altre credenziali al client per verificarne l’identità, specificando anche il tipo di credenziali richieste.

4. Il client invia le proprie credenziali al RADIUS.

5. Il server verifica le credenziali: se sono valide invia una chiave di autenticazione crittografa all’AP.

6. L’AP utilizza la chiave di autenticazione per trasmettere in modo protetto le chiavi di autenticazione per accedere alla rete.

Modello client/server e distribuito per i servizi di rete

Le applicazioni distribuite possono essere suddivise secondo tre livelli applicativi.

1. Il livello presentazione si occupa di gestire la logica di presentazione.

2. Il livello della logica applicativa o logica di business si occupa delle funzioni da mettere a disposizione all’utente.

3. Il livello di logica di accesso ai dati si occupa della gestione dell’informazione, eventualmente con accesso alle basi di dati.

Questi tre livelli applicativi possono essere installati su vari livelli hardware, detti tier, dove un livello rappresenta una macchina con differente capacità di elaborazione.

Un’applicazione può essere:

Le architetture dei sistemi informatici si sono sviluppate ed evolute nel corso degli anni passando da sistemi centralizzati a sistemi distribuiti, maggiormente rispondenti alle necessità di decentralizzazione e di cooperazione delle moderne organizzazioni.

Un sistema distribuito è costituito da un insieme d’applicazinoi logicamente indipendenenti che collaborano per il perseguimento d’obiettivi comuni.

Server farm

I tier fisici possono essere realizzati anche come server farm che viene gestita dagli altri livelli come se fosse un’unica risorsa.

Le server farm possono essere realizzate secondo due principi progettuali:

Cloning

Su ogni nodo che la compone vengono installate le stesse applicazioni software e gli stessi dati formando in tal modo dei cloni.

Le richieste vengono poi inviate ai vari cloni attraverso un sistema di load - balancing.

I RACS si possono presentare in due configurazioni:

Nella prima configurazione i dati memorizzati sono replicati su ogni clone e risiedono in un disco fisso locale a ogni clone.

Questa configurazione presenta ottime prestazioni per applicazioni di tipo read-only.

Nella seconda configurazione, detta anche cluster, i cloni condividono un server di memorizzazione che gestisce i dischi fissi.

Partitioning

La tecnica di partizionamento prevede la duplicazione dell’hardware e del software ma non dei dati, che invece vengono ripartiti tra i nodi.

Ogni nodo svolge quindi una funzione specializzata.

Il partizionamento è trasparente alle applicazioni, le richieste vengono inviate alla partizione che possiede i dati rilevanti.

Tuttavia i dati sono memorizzati su un singolo server, questo significa che in caso di guasto la parte di servizio da esso gestita non risulta più accessibile.

Questa caratteristica è nota come proprietà di graceful degradation.

Per risolvere questo problema si impiega spesso la clonazione dei singoli server, creando in tale modo dei pack.

Architetture dei sistemi web

Gli elementi essenziali di un moderno sistema web sono:

• Il web server, che si occupa della gestione delle richieste HTTP;

• Lo script engine, un processo che eseguie script per la generazione di pagine HTML dinamiche;

• L’application server, che assume il ruolo di middle tier e implementa la logica di business.

• Il DBMS server, che si occupa della gestione dei dati.

  Configurazione con due tier e unico host

  Questa configurazione utilizza una sola macchina fisica che supporta l’esecuzione di web server, script engine e DBMS.

Amministrazione della rete

Attraverso l’amministrazione di rete si implementano le procedure e le politiche necessarie per garantire il corretto funzionamento della rete, a partire dall’autenticazione degli utenti fino al monitoraggio e al mantenimento delle corrette funzionalità degli apparati.

Il troubleshooting

Le reti di comunicazione sono oggetti complessi, composti da un insieme interconnesso di apparati hardware e software tramite i quali vengono forniti servizi agli utenti.

La ricerca del problema del sistema e la sua soluzione, unitamente alla produzione della documentazione che ne illustra la soluzione, viene chiamata troubleshooting della rete.

E’ bene generalmente verificare preliminariamente se il problema sussista effettivamente oppure no, in quanto capita che un utente non esperto associ la non fruizione di un servizio di rete come un problema di connettività.

Controllo fisico

Una volta accertato che si tratti di un problema di rete, occorre effettuare alcune verifiche:

Scambio di componenti di rete

Le schede di rete (NIC) possiedono dei particolari LED che indicano lo stato della connessione.

Un LED spento indica chiaramente un problema di connettività tra la scheda e lo switch.

Nel caso di LED spento occorre procedere con le successive operazioni:

Se entrambi gli host non accedono ai servizi di rete probabilmente si tratta di un effettivo malfunzionamento della rete.

Verifica della connettività TCP/IP

Analizza la fruibilità dei servizi di rete come per esempio web, mail, FTP, ecc..

Supponiamo di voler effettuare una connnessione a un host mediante TCP/IP, per esempio all’URL di un Web server, si potrebbero verificare tre errori distinti:

Analisi lato client

La verifica che dobbiamo effettuare sul client per prima cosa deve tenere conto della configurazione di rete dell’host, rappresentanta dall’indirizzo IP, subnet mask e default gateway.

Analisi lato server

La prima cosa da fare è escludere che il servizio richiesto sia per qualche motivo attualmente non disponibile. In caso contrario ptremmo provare a eseguire un ping verso l’indirizzo IP dell’host di destinazione.

Se si verifica la connessione tra i due host significa che il problema appartiene a quest’ultimo.

Se le due macchine non si connettono ma l’host riesce a connettersi ad altri indirizzi IP che risiedono sulla stessa LAN della macchina di destinazione significa che il problema consiste in qualche malfunzionamento o non corretta configurazione della macchina destinazione.