Làm thế nào để các kênh hai chiều trong TLS và SSH xử lý mã hóa và giải mã dữ liệu

TLS mã hóa và giải mã kênh hai chiều

TLS được thiết kế để cung cấp tính bảo mật và tính toàn vẹn của dữ liệu được trao đổi giữa hai bên giao tiếp qua mạng, chẳng hạn như máy khách và máy chủ. Các kênh hai chiều của nó cho phép dữ liệu được trao đổi an toàn theo cả hai hướng bằng cách tận dụng một số quy trình mật mã:

- Trao đổi chính và xác thực: Bắt tay TLS bắt đầu bằng cả hai bên đàm phán các thông số mật mã để thiết lập các khóa được chia sẻ mà không truyền trực tiếp. Các thuật toán mật mã quan trọng công cộng như RSA, Diffie Hellman (DH), Ephemeral Diffie Hellman (DHE), Elliptic-Curve Diffie Hellman (ECDHE), và những người khác được sử dụng để tạo ra một khóa bí mật chung. Khóa này không được gửi trực tiếp qua mạng nhưng có nguồn gốc độc lập bởi cả hai bên sau khi trao đổi các giá trị công cộng cần thiết. Trong thời gian bắt tay này, máy chủ thường tự xác thực với máy khách thông qua chứng chỉ, xác thực tùy ý được thực hiện. Việc bắt tay cũng đồng ý về các bộ mật mã chỉ ra các thuật toán mã hóa được sử dụng để mã hóa dữ liệu hàng loạt. Quá trình này cung cấp cả xác thực và bí mật trong giai đoạn Thỏa thuận chính.

- Mã hóa đối xứng để truyền dữ liệu: Sau khi khóa bí mật chung được thiết lập thông qua bắt tay, TLS chuyển sang mã hóa đối xứng để bảo vệ các thông điệp thực tế được trao đổi trong phiên. Bởi vì các thuật toán mã hóa đối xứng có hiệu quả về mặt tính toán, chúng cho phép mã hóa và giải mã theo thời gian thực theo cả hai hướng. Các thuật toán mã hóa đối xứng phổ biến được sử dụng trong TLS bao gồm AE (tiêu chuẩn mã hóa nâng cao), Chacha20 và các thuật toán khác. Cả hai bên đều sử dụng cùng một khóa phiên để mã hóa các luồng dữ liệu đến và giải mã, đảm bảo bảo mật hai chiều.

- Tính toàn vẹn và xác thực dữ liệu: TLS tích hợp mã xác thực tin nhắn (MAC) hoặc các chế độ mã hóa được xác thực như AES-GCM (chế độ Galois/Counter) để đảm bảo tính toàn vẹn và tính xác thực của thông báo. Điều này đảm bảo rằng bất kỳ sự giả mạo hoặc giả mạo của các tin nhắn theo một trong hai hướng sẽ được phát hiện.

- Bản chất hai chiều: Các kênh TLS vốn đã hai chiều, có nghĩa là cả hai điểm cuối đều có thể gửi và nhận dữ liệu được mã hóa đồng thời. Các quá trình mã hóa và giải mã được nhân đôi ở cả hai đầu bằng cách sử dụng các khóa đối xứng được thiết lập, cho phép liên lạc hai chiều liền mạch, an toàn.

- Bảo mật chuyển tiếp: Các biến thể hiện đại của TLS sử dụng các khóa phù du với DHE hoặc ECDHE thiết lập các khóa mỗi phiên cung cấp bí mật phía trước. Điều này có nghĩa là ngay cả khi các khóa dài hạn bị xâm phạm, các phiên giao tiếp trong quá khứ vẫn an toàn.

- Việc nối lại phiên: Để cải thiện hiệu quả so với các phiên lặp đi lặp lại, TLS hỗ trợ nối lại phiên trong đó các khóa hoặc số nhận dạng phiên trước được sử dụng lại để tránh bắt tay đầy đủ trong khi duy trì bảo mật, áp dụng cho luồng dữ liệu được mã hóa hai chiều.

Mã hóa và giải mã kênh hai chiều SSH

SSH cung cấp đăng nhập từ xa an toàn và các dịch vụ mạng an toàn khác qua mạng không an toàn. Các kênh hai chiều của nó cũng đảm bảo dữ liệu được mã hóa và giải mã an toàn cả khi gửi và nhận:

- Giao thức trao đổi chính: TLS tương tự như TLS, SSH bắt đầu bằng cơ chế trao đổi chính để tạo khóa bí mật được sử dụng để mã hóa phiên. Nó thường sử dụng thuật toán trao đổi khóa Diffie-Hellman. Máy chủ trình bày khóa máy chủ công cộng của nó, mà máy khách xác minh để xác thực máy chủ trước khi tiến hành. Cả hai bên sau đó sử dụng các thuật toán đã thống nhất để tạo một khóa bí mật được chia sẻ một cách độc lập.

- Mật mã không đối xứng để xác thực: Không giống như mã hóa đối xứng được sử dụng cho dữ liệu số lượng lớn, các khóa không đối xứng trong SSH đặc biệt phục vụ các mục đích xác thực. Các khóa riêng trong các cặp không đối xứng này vẫn còn bí mật và được sử dụng để chứng minh bản sắc, nhưng mã hóa dữ liệu hàng loạt sử dụng các khóa đối xứng.

- Mã hóa đối xứng của truyền thông: Sau các giai đoạn trao đổi và xác thực chính, SSH chuyển sang các thuật toán mã hóa đối xứng để truyền dữ liệu an toàn qua kênh hai chiều. SSH hỗ trợ nhiều mật mã đối xứng như AES, 3des, Blowfish, Cast128 và ArcFour. Cả máy khách và máy chủ đều sử dụng cùng một khóa để mã hóa dữ liệu gửi đi và giải mã dữ liệu đến, cho phép giao tiếp an toàn song công toàn diện.

- Tính toàn vẹn và nén: Để đảm bảo tin nhắn không bị giả mạo trong quá trình vận chuyển, SSH áp dụng các hàm băm mật mã để tạo mã xác thực tin nhắn (MAC) hoặc sử dụng các chế độ mã hóa được xác thực. Ngoài ra, nén có thể được áp dụng để tăng cường hiệu quả truyền.

- Chức năng kênh hai chiều: Kết nối SSH tạo ra các đường hầm hoặc kênh an toàn là hai chiều, hỗ trợ gửi đồng thời và nhận dữ liệu với mã hóa và giải mã xảy ra đối xứng ở cả phía máy khách và máy chủ. Điều này cho phép thực thi lệnh an toàn, chuyển tệp (thông qua SFTP) và chuyển tiếp cổng, tất cả được thực hiện trên các kênh được mã hóa.

- Kiểm soát dòng chảy và xử lý lỗi: Các kênh SSH bao gồm các cơ chế kiểm soát dòng chảy quản lý tốc độ truyền dữ liệu theo cả hai hướng, điều chỉnh các điều kiện mạng và đảm bảo giao tiếp đáng tin cậy.

Đặc điểm được chia sẻ của các kênh hai chiều TLS và SSH

- Cả hai đều sử dụng một cái bắt tay ban đầu để thiết lập các khóa phiên được mã hóa một cách an toàn mà không đưa chúng đến các máy nghe lén tiềm năng.
- Mã hóa đối xứng được sử dụng cho hiệu quả trong việc mã hóa và giải mã dữ liệu liên lạc hàng loạt khi khóa phiên được thiết lập.
- Cả hai đều áp dụng các kỹ thuật xác thực tin nhắn để đảm bảo tính bảo mật, tính toàn vẹn và tính xác thực của dữ liệu theo cả hai hướng.
-Chúng hỗ trợ lưu lượng dữ liệu hai chiều toàn diện, đồng thời trong các đường hầm được mã hóa an toàn.
- Sử dụng các thuật toán có thể cung cấp bí mật về phía trước, đảm bảo các thông tin liên lạc trong quá khứ vẫn an toàn ngay cả khi các khóa dài hạn bị xâm phạm.
- Cả hai giao thức đều đàm phán và đồng ý về các thuật toán mã hóa và độ dài chính khi bắt đầu phiên.
- Bản chất hai chiều của các giao thức này đảm bảo rằng các thông báo xử lý lỗi, truyền lại và kiểm soát dòng chảy cũng có thể được trao đổi an toàn.