Redes de Computadores
Prof. Macêdo Firmino
Princı́pios de Segurança de Redes
Macêdo Firmino (IFRN)
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Junho de 2011
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Introdução
Uma comunicação é dita segura se apresentar as seguintes
propriedades:
Confidencialidade: somente o remetente e o destinatário devem poder
“entender” o conteúdo da mensagem transmitida;
Autenticação: remetente e destinatário precisam confirmar a identidade
um do outro (confirmar que a outra parte é que alega ser);
Integridade: remetente e destinatário precisam assegurar que o
conteúdo de sua comunicação não foi alterado, por acidente ou por má
intenção, durante a transmissão;
Disponibilidade: a comunicação deve ocorrer (ou seja, os serviços e
recursos do sistema devem estar disponı́veis sempre que forem
necessários para os usuários legı́timos).
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Por que devo me preocupar com a seguranca do meu
computador?
Computadores domésticos são utilizados para realizar inúmeras
tarefas, tais como:
Transações financeiras, sejam elas bancárias ou mesmo compra de
produtos e serviços.
Comunicação, por exemplo, através de e-mails;
Armazenamento de dados, sejam eles pessoais ou comerciais, etc.
E importante que você se preocupe com a seguranca de seu
computador, pois você, provavelmente, não gostaria que:
Seus dados pessoais, ou até mesmo comerciais, fossem alterados,
destruı́dos ou visualizados por pessoas não autorizadas;
Seu computador deixasse de funcionar, por ter sido comprometido e
arquivos essenciais do sistema terem sido apagados, etc.
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Por que alguém iria querer invadir meu computador?
Os motivos pelos quais alguém tentaria invadir seu computador são
inúmeros. Alguns destes motivos podem ser:
Utilizar seu computador em alguma atividade ilı́cita, para esconder a
real identidade e localização do invasor;
Furtar suas senhas e números de cartões de crédito e contas bancárias;
Destruir informações (vandalismo);
Ler e enviar e-mails em seu nome;
Utilizar seu disco rı́gido como repositório de dados;
Furtar dados do seu computador, como por exemplo, informações do
seu Imposto de Renda;
Propagar vı́rus de computador.
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Alguns Tipos de Malwares
Engenharia Social;
Vı́rus;
Cavalo de Tróia;
Adware e Spyware;
Backdoor.
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Engenharia Social
É um método de ataque, onde alguém faz uso da persuasão, muitas
vezes abusando da ingenuidade ou confiança do usuário, para obter
informações que podem ser utilizadas para ter acesso não autorizado
a computadores ou sistema da informação.
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Vı́rus
Vı́rus é um programa, normalmente malicioso, que se propaga
infectando, isto é, inserindo cópias de si mesmo e se tornando parte
de outros programas e arquivos de um computador.
O vı́rus depende da execução do programa ou arquivo hospedeiro para
que possa se tornar ativo e dar continuidade ao processo de infecção.
Um vı́rus pode fazer qualquer coisa que outros programas fazem. A
única diferença é que ele se conecta a outros programas e é executado
secretamente quando o programa hospedeiro é executado.
Quando um vı́rus está sendo executado, ele pode realizar qualquer
função, como apagar arquivos e programas.
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Cavalo de Tróia
Um cavalo de tróia (trojan horse) é um programa, normalmente
recebido como um “presente” (por exemplo, cartão virtual, álbum de
fotos, protetor de tela, jogo, etc), que além de executar funções para
as quais foi aparentemente projetado, também executam outras
funções normalmente maliciosas e sem o conhecimento do usuário.
O cavalo de tróia distingue-se de um vı́rus por não infectar outros
arquivos, nem propagar cópias de si mesmo automaticamente.
Algumas das funções maliciosas que podem ser executadas por um
cavalo de tróia são:
Instalação de outros programas maliciosos.
Furto de senhas e outras informações sensı́veis, como números de
cartões de crédito;
Alteração ou destruição de arquivos
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Adware e Spyware
Adware (Advertising software) é um tipo de software especificamente
projetado para apresentar propagandas, seja através de um browser,
seja através de algum outro programa instalado em um computador.
Spyware, por sua vez, é o termo utilizado para se referir a uma grande
categoria de software que tem o objetivo de monitorar atividades de
um sistema e enviar as informações coletadas para terceiros.
Existem adwares que também são considerados um tipo de spyware,
pois são projetados para monitorar os hábitos do usuário durante a
navegação na Internet, direcionando as propagandas que serão
apresentadas.
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Backdoors
Backdoor (porta dos fundos) são programas que permitem o retorno
de um invasor a um computador comprometido, sem precisar recorrer
aos métodos utilizados na realizacao da invasão.
A forma usual de inclusão de um backdoor consiste na
disponibilização de um novo serviço ou substituição de um
determinado serviço por uma versão alterada, normalmente possuindo
recursos que permitam acesso remoto (através da Internet).
Os programadores têm usado backdoors legitimamente para depurar e
testar programas (softwares, sistemas operacionais) nas máquinas
clientes.
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Existe Alguma Maneira de Proteger os Meus Dados?
Controles fı́sicos: são barreiras que limitam o acesso direto a
informação. Por exemplo, portas e trancas;
Criptografia: permitem a transformação reversı́vel da informação de
forma a torná-la ininteligı́vel a terceiros;
Assinatura digital: um conjunto de dados, associados a um
documento, que tem a função de garantir a integridade e
autenticidade do documento;
Mecanismos de controle de acesso: por exemplo, sistemas
biométricos, firewalls e cartões inteligentes;
Utilizar boas senhas;
Antivı́rus: são programas de computador concebidos para prevenir,
detectar e eliminar vı́rus de computador.
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Criptografia
A confidencialidade dos dados é obtida através de técnicas de
criptografia.
Criptografia é o estudo dos princı́pios e técnicas pelas quais a
informação pode ser transformada (atráves de algoritmos
criptográficos) da sua forma original (texto limpo) para outra ilegı́vel
(texto criptografado), de forma que possa ser conhecida apenas por
pessoas autorizadas (detentor da “chave secreta”) através de um
processo inverso (algoritmo de decifragem).
Atualmente, os algoritmos criptográficos são divulgados à comunidade
e o sigilo das informações é garantido apenas pela chave.
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Criptografia
Os métodos criptográficos são baseados essencialmente em técnicas
de substituição, transposição simples e fórmulas matemáticas.
Por exemplo (cifra de César): uma criptografia que utiliza
substituição de letras pelas letras deslocadas de N = 3.
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V WX Y Z
D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V WX Y Z A B C
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Iremos Atacar
Amanhã às 10
Horas.
Luhprv Dwdfdu
Dpdqkd dv 10
Krudv.
Texto Limpo
Texto Criptografado
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Quebra de Criptografia
A quebra da criptografia utilizando força bruta (todas as chaves
possı́veis) é inviável para chaves acima de 128 bits.
Exemplo:
Chaves de 64 bits: utilizando o computador gerando 90 bilhões de
chaves por segundo (Deep Crack) temos o tempo de 4 dias e meio
para encontrar uma chave.
Chave de 128 bits: utilizando um computador bem melhor (gerando 1
trilhão de chaves por segundo) temos o o tempo de 10 milhões de
trilhões de anos para testarmos todas as chaves.
Existem dois principais tipos de algoritmos de cifragem:
Criptografia com chave simétrica;
Criptografia com chave pública.
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Criptografia
Criptografia com chave simétrica: o remetente usa uma determinada
chave e um algoritmo de cifragem para criptografar a mensagem,
enquanto que o destinatário usa a mesma chave e um algoritmo de
decifragem recı́proco para decifrar a mensagem;
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Criptografia Com Chave Simétrica
Os algoritmos de chave simétrica são eficientes, porém a cada par de
usuários deve-se associar uma única chave. Isto significa que se n
pessoas quiserem se comunicar usando este método, serão necessários
n(n − 1)/2 chaves simétricas. O que gera o problema de
armazenamento e distribuição das chaves.
Os algoritmos criptográficos com chaves simétricas mais utilizadas
são: DES (Data Encryption Standard), AES (Advanced Encryption
Standard), 3-DES e RC4 (Rivest Cipher 4).
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Introdução ao AES
Em 1997, o NIST (National Institute of Standards and Technology )
decidiu que o governo Americano precisava de um novo padrão
criptográfico. Para isso, eles patrocinaram um concurso de
criptografia.
Este novo algoritmo criptográfico iria substituir o DES (Data
Encryption Standard), que havia sido quebrado.
Pesquisadores do mundo inteiro foram convidados a submeter
propostas para um novo padrão, a ser chamado AES (Advanced
Encryption Standard).
Em outubro de 2000, o NIST anunciou o algoritmo vitorioso (o
Rijndael). O Rijndael, agora AES, se tornou um padrão do Governo
dos Estados Unidos.
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Introdução ao AES
Atualmente, o AES é um dos algoritmos mais populares usados para
criptografia de chave simétrica.
O AES admite tamanhos de chaves e tamanhos de blocos de 128 bits,
192 e 256 bits.
O AES utiliza substituição e permutações emprega várias rodadas
(10,11 ou 13 para 128, 192 e 256 bits, respectivamente).
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Introdução ao AES
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Introdução ao AES
Para criptografar, cada turno do AES (exceto o último) consiste em
quatro estágios:
Adição de chave da rodada: cada byte do estado é combinado com
uma subchave (RoundKey );
Substituição de bytes: é uma etapa de substituição, onde cada byte é
substituı́do por outro de acordo com uma tabela de referência.
Deslocamento de linhas: é uma etapa de transposição, onde cada
fileira do estado é deslocada de um determinado número de posições.
Embaralhamento de colunas: é uma operação de mescla que opera nas
colunas do estado e combina os quatro bytes de cada coluna.
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Criptografia Com Chave Pública
Criptografia com chave pública: há duas chaves uma chave privada e
uma chave pública. Se Alice desejar enviar uma mensagem secreta
para Bob, ela deverá usar a chave pública de Bob para cifrar a
mensagem. Quando a mensagem for recebida por Bob, a chave
privada dele será usada para decifrar a mensagem.
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Criptografia Com Chave Pública
A chave privada é mantida em segredo pelo receptor. Enquanto que a
chave pública é distribuı́da publicamente. Uma restrição, com relação
a estas chaves, é que a chave privada não pode ser obtida a partir da
chave pública.
A maior desvantagem da criptografia com chaves públicas e a
complexidade dos algoritmos. Se desejarmos que o método seja
relativamente efetivo, precisamos de chaves muito extensas. Porém, o
cálculo do texto cifrado a partir do texto limpo usando chaves muito
extensas leva a uma quantidade de tempo relativamente grande.
O método mais utilizado na criptografia com chave pública é
denominado RSA devido aos seus inventores (Rivest, Shamir e
Adleman).
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Introdução ao RSA
Iremos apresentar de forma resumida como usar o método:
1. Escolha dois números primos extensos, p e q (geralmente, de
1024 bits).
2. Calcule n = pq e z = (p − 1)(q − 1).
3. Escolha um número d tal que (1 < d < z) e (z e d sejam
primos entre si).
4. Encontre e de forma que ed = 1mod z. Em outras palavras,
o resto da divisão de ed por z seja o número 1.
A chave pública consiste no par (e, n) e a chave privada consiste em
(d).
Para criptografar a mensagem P, calcule C = P e (mod n). Para
descriptografar C , calcule P = C d (mod n).
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Introdução ao RSA
Exemplo:
1. Supondo p = 3 e q = 11,
2. Calculando
n
n
=
=
pq
3 ∗ 11
z
z
=
=
(p − 1)(q − 1)
(3 − 1) ∗ (11 − 1)
n = 33
z = 2 ∗ 10 = 20
3. Um valor adequado para d é d = 7, visto que 7 e 20 não têm
fatores comuns.
4. Escolhe e = 3, pois:
=
1
3 ∗ 7mod 20 =
1 =
1
1
e ∗ d mod z
A chave pública: (3, 33) e a chave privada: (7).
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Introdução ao RSA
Agora imagine que uma outra pessoa deseje enviar um texto (por
exemplo, 5) para mim.
Criptografando:
Decriptografando:
C
= P e (mod n)
P
= C d (mod n)
C
= 53 mod 33
P
= 267 (mod 33)
C
= 26
P
= 5
Alice
Chave pública
(3, 33)
Chave privada
(7)
5
Bob
5
Cifragem
3
26
Rede
26
5 mod 33
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Decifragem
7
26 mod 33
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Autenticação
Autenticação é o processo de provar a própria identidade a alguém.
Uma entidade pode ser uma pessoa, um processo, um cliente ou um
servidor.
Os métodos de autenticação mais utilizados faz uso de
desafio-resposta. Nesta abordagem, o requerente provar que ele sabe
o segredo sem revelá-lo.
Existem mecanismos de autenticação de usuário utilizando:
Criptografia com chave simétrica;
Criptografia com chave pública.
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Autenticação com Criptografia com Chave Simétrica
Exemplo:
1. Alice envia a sua
identificação para Bob
solicitando a sua
autenticação.
2. Bob desafia Alice a
confirmar a identidade
dela, enviando o
desafio (R). O desafio é
um número aleatório,
que deverá ser utilizado
uma única vez.
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Alice
Bob
Alice
D
Cifragem
K
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fK (D)
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Autenticação com Criptografia com Chave Simétrica
3. Alice recebe o desafio e
envia de volta uma
resposta (f(R)) cifrado
através de sua chave
simétrica (K) de
autenticação.
4. Bob decifra a
mensagem recebida. Se
a resposta decifrada for
igual ao desafio que ele
enviou a Alice, então
ela estará autenticada.
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Alice
Bob
Alice
D
Cifragem
K
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fK (D)
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Autenticação com Criptografia com Chave Pública
Exemplo:
1. Alice envia a sua
identificação para Bob
solicitando a sua
autenticação.
2. Bob desafia Alice a
confirmar a identidade
dela, enviando o desafio
(R) criptografado com
a chave pública de
Alice (KA+ ).
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Alice
Bob
Alice
Cifragem
D
Decifragem
KA+
fK- (D)
A
-
KA
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Autenticação com Criptografia com Chave Pública
3. Alice recebe o desafio e envia
de volta uma resposta. Para
Alice
isso, ela decriptografa o desafio
com a sua chave privada (KA− ).
Visto que somente Alice
conhece sua chave privada,
ninguém, exceto ela, poderá
Decifragem
gerar a resposta correta.
4. Bob verifica se a resposta
decifrada for igual ao desafio
que ele enviou a Alice.
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Bob
Alice
Cifragem
D
fK- (D)
KA+
A
-
KA
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Assinatura Digital
Enquanto a criptografia garante a confidencialidade dos dados, a
assinatura digital garante a integridade dos dados e indica o dono ou
criador de um documento.
A criptografia de chave pública fornecem uma maneira simples e
elegante de assinar documentos digitalmente, uma maneira que é
verificável, não falsificável, não repudiável e que protege contra
modificações posteriores do documento.
Na assinatura digital, para assinar um documento é utilizado a chave
privada do dono do documento (KA− ). Quem desejar provar a
assinatura, deverá utilizar a chave pública do dono (KA+ ) para
produzir a memsangem.
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Assinatura Digital
Alice
Chave privada
de Alice (K )
Chave pública
+
de Alice (K )
Meu
querido
amor ...
Assinatura
Texto
Bob
A
A
Rede
2130A973B57
ECA146C9B0
Veriﬁcação
Meu
querido
amor ...
Escrito por
Alice
Texto
assinado
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Assinatura Digital
Se o documento é muito grande a cifragem com chave pública se
torna ineficiente.
A solução envolve um novo conceito criptográficos: a funçãohash
(resumo).
A finalidade desta função é criar uma sı́ntese da mensagem de
tamanho fixo a partir da mensagem original de tamanho variável.
Exemplo de função hash:
MD5 (Message Digest 5);
SHA-1 (Secure hash Algorithm 1).
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Assinatura Digital
Desta forma, Alice assinar um resumo do documento em vez de
assinar o documento inteiro. A mensagem cifrada é anexada a
mensagem original e é transmitida para Bob;
Bob recebe a mensagem original e a assinatura. Ele aplica a função
hash na mensagem original para criar a assinatura.
Alice
Bob
Mensagem
+
Rede
Mensagem
Hash
Mensagem
Decifragem
Chave pública
de Alice
Cifragem
Assinatura
Chave privada
de Alice
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Assinatura
cifrada
=?
Assinatura
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Hash
Assinatura
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Assinatura Digital
Em seguida Bob irá decifrar a assinatura recebida de Alice, usando a
chave pública de Alice.
Se as duas assinaturas forem iguais Bob terá certeza que a mensagem
foi originada de Alice e que a mensagem não foi modificada durante a
transmissão.
Alice
Bob
Mensagem
+
Rede
Mensagem
Hash
Mensagem
Decifragem
Chave pública
de Alice
Cifragem
Assinatura
Chave privada
de Alice
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Assinatura
cifrada
=?
Assinatura
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Hash
Assinatura
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Certificado Digital
O certificado digital é um documento eletrônico assinado
digitalmente. Ele tem a função de associar uma pessoa (ou entidade)
a uma chave pública.
Um Certificado Digital normalmente apresenta as seguintes
informações:
Nome da pessoa ou entidade a ser associada à chave pública;
Perı́odo de validade do certificado;
Chave pública;
Nome e assinatura da entidade que assinou o certificado (Autoridade
Certificadora);
Número de série.
A Autoridade Certificadora (AC) é responsável pela emissão dos
certificados digitais. Exemplos de AC no Brasil: Serpro, Caixa, Serasa,
Receita Federal, Presidência da República, Casa da Moeda, etc.
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VPN - Virtual Private Networks
As redes privadas são redes isoladas que utilizam enlaces privados.
Estas redes são utilizadas, em geral, por grandes empresas, como os
bancos, para garantirem a qualidade e a velocidade de transmissão,
bem como manterem a confidencialidade das informações que
trafegam na rede.
No entanto, as redes privadas são caras. Desta forma, pequenas e
médias empresas tem procurado formas de enviar dados sigilosos pela
Internet pública com privacidade e baixo custo.
Uma destas soluções é a VPN (ou Rede Privada Virtual). Esta usa
protocolos de tunelamento (IPSec, PPTP ou L2TP) para fornecer
confidencialidade, autenticação e integridade necessárias para garantir
a privacidade das comunicações requeridas.
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VPN - Virtual Private Networks
As VPNs são túneis de criptografia, criados por exemplo através da
Internet, que garante a privacidade entre redes corporativas ou
usuários remotos.
A segurança é a função mais importante da VPN. Uma vez que dados
privados serão transmitidos pela Internet (que é um meio de
transmissão inseguro) eles devem ser protegidos de forma a não
permitir que sejam modificados ou interceptados.
Uma das grandes vantagens decorrentes do uso das VPNs é a redução
de custos com comunicações corporativas, pois elimina a necessidade
de links dedicados de longa distância que podem ser substituı́dos pela
Internet.
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VPN - Virtual Private Networks
Por exemplo, a Internet pode ser usada para transmitir o pacote de F
(em Natal) para A (em Recife). R1 realiza a cifragem dos dados. Os
dados (informações e endereços origem/destino são inelegı́veis aos
usuários externos). A decifragem é realizada por R2 , que determina o
endereço de destino e o entrega em segurança.
G
R1|R2| @3$%XA!D&
B
LAN
Natal
Recife
LAN
Internet
R
1
R
2
A
F|A|mensagem
F
F|A|mensagem
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Firewall
Um firewall é uma combinação de hardware (usualmente um roteador
ou computador) e software que analisa o tráfego que entra/sai de uma
rede, permitindo que alguns pacotes passem e bloqueando outros.
O firewall isola a rede interna da Internet em geral.
Rede Privada
Internet
Pública
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Firewall
Há dois tipos de firewall :
Filtragem de pacotes: analisam os cabeçalhos de rede e transporte (por
exemplo, endereço IP, porta TCP ou UDP, tipo de mensagem ICMP) e
então aplicam regras de filtragem especificadas pelo administrador, as
quais determinam se o datagrama será descartado ou passará.
Gateways de Camada de Aplicação: também chamado de proxy
firewall, filtra uma mensagem baseada no conteúdo da mensagem
(camada de aplicação). O servidor analisa o cabeçalho da camada de
aplicação, verifica o conteúdo dele e encaminha, ou não, baseado na
legitimidade da informação. Por exemplo, pode filtrar certos sites com
conteúdos impróprios e restringir o acesso ao FTP.
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Firewall
Exemplo de regras de filtragem de pacotes:
Interface
IP Origem
Porta Origem
IP Destino
Porta Destino
Ação
1
1
2
*
131.34.0.3
200.167.24.5
*
*
80
22
*
*
192.168.0.32
*
192.168.0.0
*
> 1023
*
76
*
Aceitar
Aceitar
Aceitar
Rejeitar
* : indica que qualquer valor é aceitável para regra.
Macêdo Firmino (IFRN)
Redes de Computadores
Junho de 2011
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Exercı́cio
1. Segurança da informação está relacionada com proteção de
um conjunto de dados, no sentido de preservar o valor que
possuem para um indivı́duo ou uma organização. Desta
forma quais são os princı́pios básicos da segurança
(propriedades)? Explique o que é cada princı́pio.
2. Pesquise na Internet
(http://cartilha.cert.br/malware/) a definição dos
Malware: Keyloggers, Worms, Bots e Botnets e Rootkits.
3. O que é criptografia? e qual a diferença entre criptografia
com chave simétrica e com chave pública (assimétrica)?
Macêdo Firmino (IFRN)
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Junho de 2011
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Exercı́cio
4. Explique o que é autenticação. Apresente um exemplo de
mecanismos de autenticação utilizando chave pública.
5. O que é assinatura digital e como ela é feita se tornar mais
eficiente?
6. O que é certificado digital e autoridade certificadora?
7. Quais os dois principais objetivos de uma VPN e de uma
Firewall ?
8. Valendo 1 ponto extra. Elabore um Referencial Teórico
(descrição e definição dos principais conceitos, tecnologias e
problemas) da Segurança em IEEE 802.11, Protocolo WEP,
Protocolo WPA e IEEE 802.11i. Este texto individual deverá
ser entregue até o dia 05/07.
Macêdo Firmino (IFRN)
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