M1 Informatique

Réseaux

Cours 9 – (Notions de) Sécurité Réseaux

Notes de Cours

LA SECURITE EST PRIMORDIALE DANS UN ENVIRONNEMENT OUVERT tel que celui auqueldonnent accès les réseaux informatiques. Il s’agit cependant d’une problématique com-

plexe et difficile. Ce chapitre présente succinctement les notions associées aux grandes thé-matiques de la sécurité des réseaux : conception de systèmes sécurisés, protocoles crypto-graphiques, administration et outils réseaux pour la sécurité.

1 Introduction

1.a "Vous êtes Ici"

TCP/IPOSI

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

Application

Transport

Internet

Host-to-network

Not presentin the model

1.b Sécurité ?

— Fiabilité

— Fiabilité logicielle

E. Godard http://www.lif.univ-mrs.fr/~egodard/ens/reseaux/

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— Tolérance aux pannes

— Protection face aux attaques— Défaillances provoquées— Transgression du contrôle d’accès— Vol d’informations importantes— Usurpation d’identité numérique— ...

— Attaques distantes (modèle client/serveur)Vulnérabilité du logiciel => exécution de code arbitraire à distance.

1.c Conception de Réseaux et Sécurité

La sécurité peut-être implantée à différents niveaux, sur différentes couches.Mais ajouter de la sécurité à un système pré-existant est en général très difficile.Exemple : TCP/IP

— aucune authentification des paramètres— intégrité non cryprographique— => IPSec : sécurité au niveau de la couche réseau— le problème du DNS subsiste

2 Protocoles Sécurisés

2.a Architectures Sécurisées

architecture fermées peu d’acteurs (banques) ou structure autonome (une entreprise)— chiffrement symétrique + distribution des clés “à la main”— => Kerberos, IPSec

architecture hiérarchisée de nombreux acteurs avec des autorités de confiance peu nombreuses— => PKI à base d’authentification X509 : IPSec, SSL

architecture décentralisée de nombreux acteurs certifiants leurs “connaissances” de procheen proche

— => PGP/GnuPG, réseau P2P/F2F crypté, ...

2.b Communication Sécurisée et Sécurité

Attention une communication sécurisée n’est pas équivalente à une “sécurité complète”.=> problématique de la sécurité aux extrémités du lien de communication :

— “sniffeur” de clavier— vol du disque contenant la base de données clients du site de e-commerce protégé par

SSL.— ...

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2.c Conclusion Provisoire

— La sécurité n’est pas un problème technique.

— La sécurité d’un ensemble est égale à la sécurité de l’élément le plus faible.

3 Dispositifs techniques

3.a Sécurité et Interopérabilité

Un réseau est un système ouvert.Le protocole IP a été conçu pour permettre l’interconnexion => il est très permissif.=>

— problèmes de sécurité :

— écoute très facile

— vol de session : “ip-spoofing”

— attaque d’interception

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— aucun mécanisme de sécurité :

— tentative d’installer des variantes sécurisées Ex : IPSec

— difficulté de mise en place

— Difficile de rajouter une surcouche de sécurité

3.b Moyens de Protection

— Bonne administration

— Maintenance (mises à jour)

— Contrôle d’accès

— Surveillance

— Outils techniques

— Applications Réseaux

— Parefeu

— Détecteur d’intrusion

— Veille active

— Protocoles Réseaux et Cryptographie— SSL/TLS— IPSec— IPv6— WEP/WPA

Difficile de concilier utilisabilité et sécurité

3.c Usurpation IP

— Il est possible de donner une adresse d’origine fausse (et d’être routé malgré tout)

— La validation des paquets se fait par numéro de séquence=> pas d’authentification

— Injection de trafic

3.d Insécurité du DNS

Le DNS est un composant fondamental de l’infrastructure d’Internet.Mais

— pas d’authenfication des réponses aux requêtes— possibilité de fabriquer de fausses réponses— comment authentifier qu’une adresse n’existe pas ?— sécurisation en cours de déploiement : DNSSEC

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3.e Hameçonnage : Pêche aux Mots de Passe

Le point le plus faible du réseau est parfois l’utilisateur.

Phishing (Hameçonnage) Utilisation de diverses techniques pour amener l’utilisateur, entoute confiance, à fournir des renseignements confidentiels :

— Ingénierie sociale,— Défaillance de protocole ou de modèle de sécurité— Faux site marchand/banques— Faux ami/collègue facebook— Usurpation de DNS— Attaque par homographes— Urls maquillés : http://www.mabanque.fr@fraude.net/pwd— ...

3.f Pare-feu

LAN

WAN

— Filtre sélectif sur les paquets/ connexions (par protocoles, par origine, par port de des-tination)

— Principe : on interdit tout et ensuite on autorise ce qui est réellement utile.

— Problème des protocoles “sales” : qui ne respectent pas la division en couche

3.g Exemples d’utilisations

Configurations possibles :

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— le parefeu ne permet que le trafic vers le port 80.— le parefeu autorise à se connecter sur les serveurs (et leurs services sur n’importe quels

ports)— pas de trafic ICMP

3.h ...

Une configuration classique :

— le parefeu/NAT ne redirige que les connexions entrantes statiquement déclarées

— réseau privé + NAT=> à l’émission du paquet SYN sortant : correspondance adresseprivee:port←→portNAT

— seules les connexions initiées depuis l’intérieur sont acceptées

Dans ce dernier cas, le pare-feu doit mémoriser les états des connexions.=> pare-feu à états

3.i “L’Etat de l’Art”

SMTPwww

DNS

Réseau Interne

Routeur vers l'extérieur

Les services (web, mail, etc...) dont les serveurs doivent évidemment être accessiblesdepuis Internet sont placés dans une zone spéciale, appelée DMZ. Le pare-feu interne n’au-torise que le trafic initié depuis l’intérieur.

3.j Pare-Feu Applicatifs

— “Est-ce bien du HTTP qui circule depuis ce port 80 ?”

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— Passerelle applicative— Problème de l’encryption...

3.k Pare-feu Personnel

Pare-feu exécuté sur les stations de travail : permet de savoir quel programme utilisequelle ressource réseau.

3.l Détecteur d’Intrusions

Equipements passifs←→ veille active et humaine :— surveillance du trafic— apprentissage des comportements standards— outils d’exploration automatique contre détection automatique— détection de modification d’un système par signature cryptographique des fichiers

3.m Pot de Miel

Il s’agit d’un service simulant le fonctionnement d’un vrai système. Aucun service légi-time n’y étant installé, toute connexion est suspecte.

— passif— actif (machine virtuelle régulièrement redémarrée à zéro)— permet d’observer les comportements des "pirates".

— adresse IP d’origine (souvent une machine préalablement piratée)— mode opératoire

3.n VPN

VPN : virtual private network ou réseau privé virtuel est une technologie d’utilisation d’untunnel chiffré dans Internet permettant de relier des stations distantes comme si elles étaientlocalisée sur le même LAN.

Le trafic (couches réseau/transport/application) est encapsulé/décapsulé au niveau desserveurs VPN. Seuls les adresses des deux serveurs apparaissent lors du transfert sur Inter-net.

4 Protocoles Cryptographiques

4.a Protocoles Cryptographiques : vue en couches

physique communication filaire vs sans-fil

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liaison WPA pour le wifiréseau IPSectransport/session SSL/TLS : utilisation en httpsapplication authentification des utilisateurs

4.b Authentification des Utilisateurs

Il existe aussi de nombreux systèmes utilisant les réseaux pour diffuser des jetons d’au-thentification. Ces systèmes peuvent être utilisés pour s’authentifier auprès des protocolesdécrits précédemment.

Exemples :Kerberos, cartes à puce, autres appareils à jetons.

Ce système permet de créer des “mots de passe temporaires” (changeant toutes les mi-nutes), limitant ainsi les problèmes de rejeu.

4.c Plan de la section

— Petit Historique— Chiffrement Symétrique— Fonctions de Hachage— Chiffrement Assymétrique— Protocoles cryptographiques

4.d Un Peu de Vocabulaire I

— Protocoles Cryptographiques : mises en oeuvre algorithmiques, logicielles de techniquesmathématiques pour assurer la sécurité (communications, transactions, audit, ...)

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4.e De Tout Temps, les Hommes ...

ont cherché à dissimuler des messages, des journaux, ...

— Stéganographie : dissimulation

— Méthode par substitution : A→B,B→C, . . .attaque par analyse de fréquence

— méthodes complexes, paramétrée par une clef :3DES, IDEA, Blowfish, AES...

La plupart de ces dernières sont extrêment robustes, y compris avec les puissances decalcul actuelles.

4.f Etat de la Loi (Française)

— Historique “troublé” :

— En France, cryptographie forte interdite jusqu’en 1999

— Aux Etats-Unis,— NSA— PGP— ...

— Le tournant du commerce électronique : (décret 1999)clefs (symétriques) de taille maximale 128 bits

— Déclaration au Ministère de la Défense

— Signatures électroniques ont valeur légale (2001)

— 2004 : LCEN : Loi de Confiance dans l’économie numérique— utilisation libre (plus de taille maximale)— fourniture et exportation soumises à déclaration, et autorisation dans certains cas.

Voir http://www.ssi.gouv.fr

4.g Sécurité des Protocoles (Un Peu de Vocabulaire II)

Au fait, exactement, quelles caractéristiques de sécurité sont-elles procurées par la cryp-tographie ?

1. confidentialité : les données échangées ne peuvent être connues que de l’expéditeur etdu destinataire.

2. intégrité : toute modification (involontaire ou malveillante) est détectée.3. authentification : les interlocuteurs sont réellement qui ils prétendent être.Il existe de nombreuses autres propriétés souhaitables, plus fines (comme la confidentialité

future parfaite). Nous nous restreignons ici aux trois principales.

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4.h Un Algorithme de Chiffrement Totalement Fiable

Il existe un algorithme prouvé mathématiquement (théorie de l’Information) commeétant sûr à 100 % :

Méthode du masque jetable :

— Alice et Bob se choisissent une longue suite de bits aléatoires P

— Pour chiffrer un message M, Alice fait un OU EXCLUSIF (⊕) de M avec P

— Pour déchiffrer le message reçu C, Bob effectue la même opération

— comme ⊕ est

— associatif : ∀X, Y, Z (X⊕Y)⊕ Z = X⊕ (Y⊕ Z)

— idempotent : ∀X, X⊕ X = 0

— C⊕ P = (M⊕ P)⊕ P = M

4.i Problème pour le Masque Jetable

La méthode par masque jetable est malheureusement impraticable.— il faut une “clef” de même taille que le message à transmettre.— une “clef” ne peut servir qu’une seule fois.

=> Problème de la distribution des clefs.

4.j Chiffrement Symétrique

Fonction de chiffrement à secret partagé : la même clef est utilisée pour chiffre et déchif-frer.

Alice Bobclé K clé K

message MC = EK(M) −→

CM = DK(C)

Les algorithmes de chiffrements par blocs sont conçus à partir d’opérations élémentairesaltérants les bits des données :

— permutation (circulaire)— ou exclusif ⊕— multiplication modulo— ...

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4.k Algorithmes de Chiffrements

Algorithme Longueur de clefDES (obsolète) 56 bits

3DES 168 bitsIDEA 128 bits

Blowfish variable→ 448 (128 bits en général)RC5 variable

CAST-128 de 40 à 128 bitsAES(Rijndael) variable (128,192,256)

4.l Fonctions de Hachages Cryptographiques

Une fonction de hachage est une fonction qui à toute donnée fait correspondre un “résumé”de petite taille fixe.

Propriétés attendues d’une fonction de hachage cryptographique H :— H est applicable à des données de taille arbitraire— H produit une sortie de longueur fixe— H(x) est algorithmiquement facile à calculer— inversibilité : il est algorithmiquement difficile, pour tout résumé h, de trouver x tel

que H(x) = h— collision : il est algorithmiquement difficile de trouver x et y, avec y 6= x, tels que

H(y) = H(x)— collision à document donné : pour toute donnée x, il est algorithmiquement difficile

de trouver y 6= x tel que H(y) = H(x)

4.m Fonctions de Hachages Crypto Reconnues

Algorithme de hachage taille données taille hachéMD5 ∞ 128 bits

SHA-1 264 − 1 160 bitsSHA-256 264 − 1 256 bits

RIPEMD-160 ∞ 160 bitsSHA3 ∞ arbitraire

— Eté 2005 : MD5 est cassécollisions

— 2007 : SHA-1 fragilisé

— il est conseillé de passer à SHA-256 (SHA-2 et suivants)

— 2008 : lancement d’un concours pour la création d’une nouvelle (famille de) fonctionde hachage cryptographique.

— octobre 2012 : résultat du concours : Keccak est SHA3

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4.n Cryptographie à Clef Publique

Algorithme UtilisationDiffie Helman Echange de clefs

RSA chiffrement, signatureEl Gamal chiffrement, signature

Les longueurs de clefs sont variables (∼ 2048 bits conseillés pour RSA actuellement).Ces algorithmes sont basés sur les propriétés algébriques des anneaux “modulo” Z/nZ.

Il en existe aussi des versions en courbes elliptiques et courbes hyperelliptiques. Ces derniersobjets sont des groupes dont les propriétés algorithmiques sont utilisables en cryptographiepour des tailles de clefs plus petite que l’arithmétique modulo.

4.o Chiffrement Assymétrique

On parle de chiffrement assymétrique dans le cas de la cryptographie à clef publique car icideux clefs sont utilisées (Kpriv, Kpub) :

— il est possible de chiffrer avec Kpub,

— il n’est possible de déchiffrer qu’avec Kpriv

— DKpriv

(CKpub(msg)

)= msg,

— contrairement au cas symétrique, la clef de chiffrement Kpub peut doncêtre largement diffusée.=> c’est la clef publique.

4.p Signature avec une Clef Publique

Si on inverse l’ordre, on a aussi

— CKpub

(DKpriv(h)

)= h,

(les deux opérations mathématiques sous-jacentes commutent),

— on obtient un schéma de signature cryptographique :— signature d’un résumé (haché) h avec Kpriv : sig = DKpriv(h)— vérification (publique) avec Kpub : CKpub(sig) == h

On peut utiliser la même clef pour signer et pour le chiffrement dans certains cas (RSA/DSA,ECDSA), c’est risqué pour d’autre (El Gamal).

4.q Authentification

Elle s’effectue par la signature (via Kpriv) d’une association— nom (représentant une entité)— valeur

Exemple : zorro@gmail.com est l’adresse l’électronique de “Monsieur H. Simpson”.

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4.r Architecture à Clefs Publiques

Un tiers de confiance peut émettre de tels certificats.Si on certifie une association nom/clef publique on obtient une architecture récursive :

1. autorité : nomA, KApub

2. client ou autorité de niveau 2 : nom, Kpub3. certificat : « Je, soussigné (avec KA

priv) A, certifie que Kpub est la clef publique de nom. »Une telle infrastructure est appelée infrastructure à clef publique (PKI).

4.s Exemple de Hiérarchie d’Authentification

Notation X[K, Y] : certificat émis par X attestant que K est la clef publique de Y.

A B

C D E

F G H I J

C[KF , F] C[KG , G] D[KH , H] E[KI , I] E[KJ , J]

B[KE , E]E[KI , I]

E[KJ , J]

A[KB , B]

B[KA , A]

A[KD , D]A[KC , C]C[KA , A]

B[KA , A]

A[KB , B]

C[KA , A]

4.t Exemple (Simplifié) de Communication Sécurisée

A de clefs publique/privée (KA, K′A) veut envoyer un message M à B de clefs publique/-privée (KB, K′B).

— A tire au hasard une clef k (de 128 bits),

— A envoie— c = CRSA

KB(k),

— C = CAESk (M),

— s = CRSAK′A

(HSHA1(M)).

— B obtient la clef de session k = DRSAK′B

(c),

— B déchiffre D = DAESk (C),

— et vérifie la signature avec DRSAKA

(s) = HSHA1(D).

5 Conclusion

5.a Un Domaine en Expansion

— coût estimé à 400 milliards de dollars par an (Lloyd’s jan. 2015)— Un tiers du temps des DSI est consacré à la sécurité

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5.b Métiers de la Sécurité

— Expert (cybersécurité / tests d’intrusion)— Architecte / Intégrateur— Développeur— Auditeur / Post-auditeur— Expert connexe

5.c Une Dynamique de Mise en Sécurité

— Directive européenne 2018 GDPR25 mai 2018 (80% des entreprises non conformes selon Forrester)

— Loi de programmation militaire250 Opérateurs d’Importance Vitale identifiés

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