Vấn đề về quản lý mật khẩu trong IE và Firefox

1. Giới thiệu

Hai phần của bài viết này sẽ trình bày cho bạn một phân tích về các kỹ thuật bảo mật, rủi ro, các tấn công và cách phòng chống của hai hệ thống quản lý mật khẩu trình duyệt được sử dụng rộng rãi, đó là Internet Explore và Firefox. Đối tượng chính trong bài viết này đề cập đến hai trình duyệt IE 6 và 7, Firefox 1.5 và 2.0 và cụ thể là những nội dung sau:

• Kỹ thuật lưu mật khẩu: Ý nghĩa của việc bảo vệ các username và password trên hệ thống file cục bộ thông qua mã hóa.
• Các kiểu tấn công: Các phương pháp phá hoại hay vượt qua được sự bảo vệ.
• Những sai lầm về bảo mật: Người dùng sử dụng mật khẩu không có kiến thức về khả năng rủi ro.
• Khả năng sử dụng: Những đặc tính nhằm nâng cao hay cản trở khả năng sử dụng của các đặc tính bảo mật.
• Biện pháp đối phó và khắc phục: Những hành động cần thiết để người dùng và các tổ chức giảm những rủi ro không đáng có.

Internet Explorer và Firefox đã cùng nhau chia sẻ khoảng gần 95% thị phần của tất cả các trình duyệt. AutoComplete và Password Manager là các tính năng để lưu username, password và URL tương của IE (từ phiên bản 4) và Firefox (từ phiên bản 0.7).

Mỗi trình duyệt có các tính năng riêng để hỗ trợ người dùng bằng việc nhớ các username và password khác nhau như một sự thẩm định cho các trang web. Vì vậy, khi vào một URL như http://www.gmail.com, nơi có các trường nhập vào, thì cả Internet Explorer và Firefox đều sẽ nhắc nhở người dùng xem có muốn lưu username hay password hay không. Khi người dùng vào lại trang web này thì trình duyệt sẽ tự động điền vào đầy đủ các trường đó.

Mặc dù những tính năng này giúp đơn giản hóa đáng kể trách nhiệm của người dùng song chúng cũng đưa ra những vấn đề cần phải suy xét về bảo mật, điều mà sẽ được nói đến trong những phần dưới đây.

2. Một trường hợp về bộ quản lý mật khẩu

Sự cần thiết của các bộ quản lý mật khẩu liên quan trực tiếp đến khó khăn để có thể nhớ một số lượng lớn username và password cho các trang web cụ thể. Thực tế, cần phải chú ý là bộ quản lý mật khẩu có thể tăng cường toàn bộ tính bảo mật vì chúng có quyền cho phép mức entropy lớn hơn trong việc sử dụng các bộ nhận dạng và mật khẩu. Vì vậy người dùng có thể tạo nhiều username khác nhau thay vì một username để cho những kẻ tấn công khó khăn hơn trong việc phỏng đoán.

Xét theo khía cạnh cân bằng mà nói thì người dùng phải tin tưởng vào ứng dụng để thực hiện vai trò của nó (như việc lưu, xử lý một cách an toàn và những khả năng tiến bộ để cho phép tồn tại của nó). Việc quản lý mật khẩu không phải là một phương thuốc chữa bách bệnh song chúng cũng có tác dụng thúc đẩy về mặt công nghệ, tăng khả năng rào chắn đối với những tấn công bằng cách cải thiện giao diện người dùng để tính toán các môi trường thông thường vẫn cần đến sự thẩm định.

Người dùng cũng như các doanh nghiệp cần phải được bảo đảm rằng các hệ thống quản lý mật khẩu phải được sử dụng và thực hiện đúng quy cách, kiến thức về khả năng rủi ro liên quan. Bài viết này có thể được sử dụng như một kiến thức cơ bản cho việc thiết kế các bộ quản lý mật khẩu an toàn hơn bằng việc ôn lại những tấn công, từ đó xây dựng một giải pháp vững chắc đối phó với các tấn công tương lai.

3. Công việc đầu tiên

Sử dụng cùng một username và password trong nhiều trang web sẽ làm tăng khả năng thỏa hiệp, chính nhờ đó mà kẻ tấn công chỉ cần khám phá một username và một password để thỏa hiệp với tất cả tài nguyên của người dùng. Sử dụng nhiều password, các kỹ thuật ghi nhớ và mối nguy hiểm khi dùng lại password đều được nghiên cứu một cách rộng rãi. Thêm vào đó, mở rộng ra Firefox cũng đã được nghiên cứu để giảm khả năng có thể phỏng đoán password.

4. Các kỹ thuật lưu password

Các vị trí và kỹ thuật lưu username và password được đưa ra dưới đây. Thông tin này được sử dụng như một nghiên cứu các kiểu tấn công cơ bản được sử dụng trong phần 5.

4.1. Vị trí lưu

4.1.1. Internet Explorer 6 & 7

Trên Internet Explorer (từ phiên bản 4 đến 6) thông tin định dạng web AutoComplete được lưu trong Registry ở các vị trí dưới đây:

Các username và password đã được mã hóa:

HKEY_CURRENT_USER\Software\Microsoft\Internet Explorer\IntelliForms\SPW

Các địa chỉ Web:

HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\MicrosoftProtected Storage System Provider\

Các key mã hóa đối xứng:

HKEY_CURRENT_USER\Software\Microsoft\ Protected Storage System Provider\Data\\

Trong Internet Explorer 7, thông tin AutoComplete cũng được lưu trong Registry nhưng trong vị trí khác.

Các username và password đã được mã hóa:

HKEY_CURRENT_USER\Software\Microsoft\Internet Explorer\IntelliForms\Storage2

Các mục trong registry chỉ được tạo khi người dùng thực hiện lưu thông tin đăng nhập (username và password) cho một trang web. SPW là viết tắt của SavedPassWords.

4.1.2. Firefox 1.5 and 2.0

Trong Firefox, các URL (Uniform Resource Locators), các username và password được lưu trong một file signons.txt:

Các username và password được mã hóa trong hệ thống Windows được lưu trong:

%userprofile%\Application Data\Mozilla\Firefox Profiles\xxxxxxxx.default\signons.txt

Khi %userprofile%, là biến môi trường trong Windows, thể hiện đường dẫn đến thư mục chủ của người dùng.

Các username và password được mã hóa trong hệ thống Linux đang chạy Firefox được lưu ở vị trí sau:

~/.mozilla/firefox/ xxxxxxxx.default/signons.txt

Vị trí của xxxxxxxx được chọn ngẫu nhiên khi Firefox được cài đặt. File signons.txt được tạo ra khi bất kỳ login cho một trang web được lưu. Các login theo sau với các URL được chèn vào trong file. Nó hoàn toàn không liên quan đến bộ quản lý password nếu trang đó truy cập sử dụng HTTP hay HTTPs. Các URL không được mã hóa bởi vì chúng được sử dụng như một tham chiếu (tra cứu) cho việc khớp các login. Đặc biệt hơn, khi một bộ quản lý password trình duyệt cần điền tự động login cho một trang cụ thể, có URL của trang được tham chiếu vơi file signons.txt (nếu URL đó tồn tại) thì username và password tương ứng được điền vào login của trang web.

4.2. Các kỹ thuật truy cập và lưu trữ

4.2.1. Internet Explorer 6 & 7

• Kiến trúc lưu: Registry
• Định dạng: Nhị phân, và được lưu như một cặp của các giá trị hex trong một loại dữ liệu REG_BINARY.
  
• Mã hóa: DES- ba cấp.
• Truy cập: Bảo vệ API lưu trữ (cho Internet Explorer 4-6); API bảo vệ dữ liệu (cho Internet Explorer 7)
• Các yêu cầu cho truy cập: Người dùng đăng nhập.
  
• Lưu trữ tạm thời: Các key đối xứng được đánh 0 vào bộ nhớ sau khi sử dụng.

Internet Explorer 4-6 sử dụng bộ cung cấp hệ thống bảo vệ lưu trữ (PStore) để lưu và truy cập thông tin người dùng gồm có username và password, các password nhập vào trên định dạng web trong Internet Explorer. Pstore như định nghĩa bởi MSDN, là một giao diện lập trình ứng dụng được sử dụng để lưu thông tin một cách an toàn. Trong một công bố gần đây của Microsoft người ta đã đưa ra:

"… dịch vụ Protected Storage, không sớm thì muộn cũng sẽ được quan tâm như một phương pháp bảo đảm cho lưu trữ các bí mật. Ứng dụng Windows đáng kể nhất vẫn sử dụng P-store là Microsoft Internet Explorer, lưu thông tin Auto-Complete gồm có tên, mật khẩu được sử dụng để thẩm định dựa trên các form."

Dữ liệu PStore được mã hóa với DES-ba cấp và được lưu trong một kiến trúc nhị phân. Dữ liệu không mã hóa không thể truy cập trực tiếp thông qua registry. Mặc dù vậy, việc truy cập và an ninh dữ liệu cần phải được thắt chặt với các khả năng đăng nhập Windows của người dùng. Khi người dùng đăng nhập, bất kỳ một chương trình đang chạy dưới nội dung của người dùng có thể tăng khả năng truy cập đến dữ liệu PStore không mã hóa bằng việc sử dụng các triệu gọi API đúng. Mặc dù vậy, các tài khoản người dùng Windows khác không thể truy cập vào dữ liệu PStore khác.

PStore không phải chỉ được sử dụng riêng trên Internet Explorer mà nó còn được sử dụng chung cho cả kỹ thuật khác của các sản phẩm Microsoft như Outlook và MSN Explorer. Các chương trình này cũng dễ bị ảnh hưởng đến các yếu điểm trong thiết kế bảo mật. Một số chương trình Spyware đã biết cách phá hoại bảo mật PStore thông qua API có khả năng lập trình dễ dàng của nó và tăng mức truy cập không chính đáng.

Internet Explorer 7 sử dụng giao diện lập trình ứng dụng dữ liệu bảo vệ (DPAPI) nhưng những khả năng trên vẫn có thể tồn tại và được công bố đến các chương trình mở rộng thông qua các triệu gọi API.

Mật mã cho AutoComplete trong IE7 được thể hiện dưới đang sử dụng thuật ngữ chuẩn:

EK - Encryption Key (Khóa mã hóa)
RK - Record Key (Khóa bản ghi)
CRC - Cyclical Redundancy Check (Kiểm tra tình trạng dư thừa theo chu kỳ)
Hash - Secure Hash Algorithm (SHA) (Thuật toán bảo mật Hash)

Khả năng lưu trữ:
EK: URL
RK: Hash(EncryptionKey)
C: CRC(Record Key)
V: {dữ liệu}EK
Lưu trữ (C, V) được đánh chỉ số bằng RK trong Registry, làm mất hiệu lực EK

Khả năng phục hồi lại:
EK: URL
RK: Hash(EK)
Tra cứu RK trong Registry, xem có khớp tương ứng dữ liệu mã hóa và dữ liệu {V}EK hay không

Vì vậy URL được yêu cầu để phục hồi lại các khả năng (dữ liệu) như nó xếp vào EncryptionKey (EK).

a. Những quan tâm về truy cập của Internet Explorer.

IE AutoComplete làm việc dưới giả thuyết rằng một tài khoản người dùng Windows cụ thể hoàn toàn có thể truy cập hợp lý với cơ sở dữ liệu mật khẩu. Vì vậy, nếu một người dùng không được phép có sự truy cập hợp lý đến máy tính và tài khoản được đăng nhập hoặc nó không phải là một password được bảo vệ thì kẻ tấn công có thể lạm dụng các đặc quyền tài khoản và sử dụng password một cách bất hợp pháp. Sự truy cập hợp lý có thể được thực hiện trực tiếp trên máy tính đó hoặc sử dụng máy khách truy cập từ xa (VNC, trạm làm việc từ xa,…).

Như vậy, nếu không có những tôn trọng về việc sử dụng máy (như việc các phòng được ngăn cách bởi khóa, hay mật khẩu để bảo vệ việc đăng nhập của các chương trình bảo vệ màn hình) thì bất kỳ ai cũng có thể sử dụng trực tiếp trên máy tính để truy cập tới bất kỳ website nào cho phép quản lý password. Nếu quản lý máy tính tốt, thì một người không đáng tin muốn tăng khả năng truy nhập tới bất cứ thứ gì (từ email cá nhân của một người tới tài khoản ngân hàng) sẽ gặp khó khăn.

Thêm vào đó, trong các trường hợp nhiều người có cùng một tài khoản người dùng hợp lý (một thực tế bảo mật kém), các vấn đề tăng vọt với người dùng bất hợp lý. Các kỹ thuật điều khiển từ xa để tăng truy cập được đưa ra trong phần sau và cũng có hiệu lực với các bổ sung thêm vào.

4.2.2. Firefox 0.7-1.5 và 2.0

Kiến trúc lưu: Dạng file văn bản (signons.txt)
Định dạng: ASCII, bằng sử dụng việc mã hóa Base64 (ngoại trừ URL và các trường)

URL (ví dụ. www.gmail.com)
Trường tên (trong cleartext,ví dụ: username, email, userid,…)
Mã hóa Base64 cho các thông tin ở trên
Trường tên (ví dụ: password, pass,...)
Mã hóa Base64 cho các thông tin ở trên
... (Có thể có nhiều mục cho mỗi URL)

(Mỗi mục URL kéo dài trong chu kỳ phân chia dòng)

Mã hóa: DES ba cấp (chế độ CBC)
Truy cập: Các dịch vụ an ninh mạng API (NSS)
Các yêu cầu cho truy cập: Người dùng đã đăng nhập và mật khẩu chủ (nếu thiết lập)
Các file liên quan: Các chứng chỉ (ký các Public Key) được lưu trong certN.db, còn các cơ sở dữ liệu Private Key được lưu trong keyN.db và các Module bảo mật được lưu trong secmod.db

Chú ý rằng các vị trí file được định tị từ trước trong phần 4.1.

Firefox sử dụng Network Security Services API để thực hiện mã hóa. Nó liên quan đến Password Manager Firefox để tạo ra Public Key Cryptography Standard (PKCS) #11 (định nghĩa API cho các modul bảo mật nhóm thứ ba gồm cả phần mềm và phần cứng). Sử dụng PKCS#5 để mã hóa password. Firefox cũng có một tùy chọn của việc sử dụng mođul bảo mật luân phiên cho bộ quản lý password, đó là chuẩn xử lý thông tin quốc gia (FIPS) 140-1. Master Password được sử dụng cùng chung với một phần trong file keyN.db thường được sử dụng để cung cấp một Master Key. Master Key sau đó được sử dụng để giải mã username, password được lưu trong Password Manager.

Mặc dù không dễ dàng giải quyết nhưng NSS API có một vài chức năng quan trọng đối với Firefox hay một chương trình liên quan để tăng khả năng truy nhập vào cơ sở dữ liệu có password. Các thiết lập password được nắm giữ bởi (PK11_SetPasswordFunc), giải mã dữ liệu cơ số 64 (NSSBase64_DecodeBuffer), giải mã (PK11SDR_Decrypt) cho phép một chương trình liên quan đến các username và password liên quan; đây quả thực là một vấn đề đơn giản. mã thực tế cần khởi chạy NSS, tuyên bố các biến, quản lý bộ đệm,… Mặc dù vậy sự bảo mật của toàn bộ hệ thống dựa vào sức mạnh mật mã của Master Password (được tạo ra bởi người dùng) và khả năng truy cập vào file key3.db (bao gồm những phần quan trọng) được lưu trong profile của người dùng.

Modul bảo mật FIPS 140-1 có thể cho phép bằng việc định hướng theo sự xếp đặt sau:

Firefox 1.5 trên Windows:

Tools | Options | Advanced | Security Devices | NSS Internal FIPS PKCS #11

Firefox 2.0 trên Windows:

Tools | Options | Advanced | Encryption | Security Devices | NSS Internal FIPS PKCS #11

5. Các tấn công vào bộ quản lý password

Phần này sẽ quan sát vài tấn công nhằm phá hoại các bộ quản lý password. Hai tấn công như đã được thảo luận và sau đó chúng tôi sẽ gộp thành một phần trong một loạt các bào báo.

Một công nghệ chung nhất để tìm tất cả các đường thâm nhập một hệ thống là sử dụng một sơ đồ hình cây. Mục đích của sơ đồ này được thể hiện bên dưới hình 1 là sự thỏa hiệp hoàn tất của cơ sở dữ liệu password.

Hình 1: Tấn công kiểu cây với bộ quản lý password trong Firefox.

Kết quả của việc tăng truy nhập vào cơ sở dữ liệu sẽ cho phép kẻ tấn công đạt được tất cả các URL, username, password mà đã được sử dụng để xác nhận trong các trang. Bộ quản lý password thỏa hiệp cho phép kẻ tấn công truy cập vào bất kỳ thứ gì từ e-mail đến bảo hiểm, ngân hàng hay thậm chí cả thông tin cộng tác bên trong mạng nội bộ. Một vấn đề nhỏ (không được liệt kê trong cây trên) sẽ thỏa hiệp với khả năng đăng nhập cho các trang đặc biệt.

Một hệ thống quản lý password được phát triển cho ứng dụng và các thành phần người dùng. Để thỏa hiệp với cơ sở dữ liệu password hay một đăng nhập đặc biệt thì chỉ cần tấn công vào thành phần yếu nhất của hệ thống. Trong trường hợp này, các liên kết yếu nhất luôn là người dùng (không mã hóa hoặc bổ xung thêm phần mềm). Các tấn công đều dựa vào giao diện giữa người dùng và bộ quản lý password hoặc giữa bộ quản lý password và trình duyệt.

5.1. Trình duyệt không bị các tấn công JavaScript

Hai tấn công JavaScript sẽ không được thảo luận trong phần này trước trước khi kết luận: một tấn công chuẩn và một ứng dụng Ajax.

5.1.1. Tấn công JavaScript chuẩn

Giả định: Kẻ tấn công có tài khoản người dùng hợp lệ

Kết quả tấn công: Kẻ tấn công có khả năng xuyên qua một trang đã lưu đăng nhập và 1) Tăng truy nhập 2) Sử dụng JavaScript để phát hiện username và password.

Thiệt hại khác: sử dụng password bị lộ để truy cập vào bộ quản lý password hoặc các ứng dụng khác và các trang có cùng password.

Sử dụng JavaScript hoàn toàn có thể phát hiện ra các password đã được lưu trên bất kỳ trang nào thông qua DOM. Khi một ai đó viếng thăm một trang nào đó mà lưu lại username và password thì password luôn luôn được để ẩn bằng các dấu *. Đó là những gì mà người dùng nhìn thấy; nhưng trình duyệt thì lại lưu password bằng mã ASCII thực và đệ trình nó khi hành động đệ trình được cần đến. Việc sử dụng các dấu * hoàn toàn tốt trong thiết kế để ngăn chặn ngoài giao diện.

Để làm việc xung quanh phạm vi ngăn ngừa này, một kẻ tấn công thông minh có thể sử dụng cả JavaScript được nhúng trong trang HTML hay chạy một script sau khi tải trang, chúng ta cho rằng kẻ tấn công đã xác định được username và password.

Hình 2: Mô hình đối tượng tài liệu JavaScript

Mã JavaScript hoàn toàn dễ dàng có thể truy cập online. Nó có thể được nhúng trong HTML hoặc được chạy trong một bookmarklet. Một bookmarklet là một chương trình JavaScript nhỏ được lưu như một URL và chạy cục bộ trong trang web sau khi tải.

Sử dụng logic lập trình, một kẻ tấn công có thể lặp đi lặp lại thông qua tất cả password-based elements (như trong hình 2) của DOM; các giá trị tương ứng với các đối tượng password này sẽ được lấy lại sau đó, việc phá các dấu * là không thể. Bất kỳ ai hay một chương trình nào logic với máy khách Web (Internet Explorer hoặc Firefox) có thể “click” trên một link và tìm ra được password.

Mã JavaScript để lấy lại password:

javascript:( 
function(){ 
     var s,F,j,f,i; 
     s = ""; 
     F = document.forms; 
     for(j=0; j         f = F[j]; 
           for (i=0; i        if (f[i].type.toLowerCase() == "password") 
                 s += f[i].value + "\n"; 
} 
    } 
    if (s) alert("Passwords in forms :\n\n" + s); 
    else alert("No passwords in forms on this page.");})(); 

5.1.2. Việc lấy password bằng Ajax

Giả thiết: Kẻ tấn công truy cập đến một web proxy trong suốt hay được cấu hình cho web máy khách.

Kết quả tấn công: Kẻ tấn công có khả năng chèn, xóa hay thay đổi nội dung trang, JavaScript cho phép lấy được username và password trên bất kỳ trang nào có các kết nối HTTP (thậm trí nếu SSL submit được sử dụng tại thời điểm sau đó).

Thiệt hại khác: Cho phép sử dụng cùng một đăng nhập để truy cập vào hệ thống máy tính, các ứng dụng khác và các trang sử dụng cùng username và password.

Trong vấn đề được trình bày trong hình 4 dưới đây, chúng ta có một người dùng đang mở một trình duyệt web và muốn truy cập vào thông tin ngân hàng của anh ấy trên một máy chủ từ xa. Máy khách yêu cầu trang web chính của nhà cung cấp (như American Express). Mặc dù vậy, những thông tin trong câu trả lời đã bị thay đổi thông qua một proxy server. Các proxy server thường được đặt để bảo vệ nhận dạng các địa chỉ IP, lọc; chúng thực hiện như một trung gian truyền thông giữa máy khách và máy chủ.

Hình 4: Việc lấy password bằng Ajax

Khi kẻ tấn công kiểm soát được proxy thì chúng có thể nhúng JavaScript để lấy và gửi username và password thông qua một yêu cầu đồng bộ đến máy chủ (XMLHttpRequest). Username và password có thể đạt được thông qua JavaScript (bộ quản lý password tự động điền vào đăng nhập) hay thông qua kỹ thuật định thời để đợi tới một thời điểm hợp lý (ví dụ 5 giây) cho phép người dùng nhập vào thông tin và sau đó JavaScript chạy và gửi các dữ liệu đăng nhập cho kẻ tấn công. Hình 4 đã thể hiện trình duyệt đang yêu cầu một file XML gồm có các thông tin đăng nhập (bobpassword). Máy chủ sẽ bỏ qua yêu cầu bởi vì nó không hợp lệ nhưng kẻ tấn công lại tăng mức đăng nhập tại điểm này.

Việc phân định ra các quá trình là rất quan trọng, quá trình này sẽ thẩm định người dùng đến máy chủ và phân chia mã độc hại có thể gửi username và password đến kẻ tấn công. Trên một trang nào đó, các thông tin đăng nhập được nhập vào trước khi kết nối SSL được thành lập. Điều này là điểm chính của tấn công, nếu có một kết nối SSL được thiết lập trước việc đăng nhập dữ liệu thì proxy server không thể thấy được lưu lượng được mã hóa. Tuy nhiên một vài trang sử dụng SSL submit (như Yahoo, AMEX,…) hình thành nên các kết nối thẩm định mã hóa sau trang gốc được tải thì chúng sẽ có các lỗ hổng với các loại tấn công về vấn đề này.

Bạn sẽ nhận thấy rất nhiều điều quan trọng khi so sánh sự khác nhau trong các đặc tính quản lý password của hai trình duyệt lớn:

Với vài mục cuối trong bảng trên, chú ý rằng cần thiết phải chú ý đến các vấn đề tranh luận dù đó là một đặc trưng tin tưởng hay một lỗ hổng bảo mật, mặc dù vậy, thỉng thoảng cũng không có phương pháp nào cho việc lấy lại password khi bị quên.

Kết luận của phần 1

Phần 1 của bài viết này đưa ra một công việc nền tảng cho việc định địa chỉ các vấn đề liên quan đến quản lý password, nhưng thực tế được định địa chỉ hai điểm đầu tiên đưa ra tại phần đầu của bài viết, nó đã giải thích kỹ thuật lưu password của cả Internet Explorer và Firefox, và sau đó đã trình bày hai tấn công JavaScript có thể sử dụng để phá hoại các trình duyệt.

Mời các bạn đón xem phần 2!