Lezione 5: Socket SSL/ TLS

Lezione 5: Socket SSL/
TLS
Corso di Programmazione in Rete
Laurea Magistrale in Ing. Informatica
Università degli Studi di Salerno

1

Outline

✦ Introduzione

✦ Gestione delle chiavi e dei certificati

✦ Comunicazione con socket SSL/TLS

2

Introduzione

✦ Mentre per applicazioni limitate a una
rete locale si può assumere che il
contesto sia “amichevole”, l’arrivo di
Internet rende necessarie considerazioni
sulla sicurezza della comunicazione
• autenticazione dell’altro end-point con cui si
comunica
• riservatezza dei dati scambiati

3

Crittografia

✦ Le esigenze di sicurezza si risolvono
adottando algoritmi di crittografia per
proteggere le comunicazioni
✦ In particolare, la crittografia a chiave
pubblica (detta anche a chiave
asimmetrica) consente l’autenticazione
dell’altro end-point senza il problema
della condivisione della chiave

4

Crittografia a chiave pubblica

✦ Ciascuno dei due end-point genera due
chiavi:
• una chiave privata, che deve essere nota solo al
proprietario
• una chiave pubblica, che deve essere resa nota
all’altro end-point
✦ I dati codificati con una chiave privata
possono essere decodificati solo con la
corrispondente chiave pubblica e
viceversa

5


✦ Il mittente codifica due volte
l’informazione:
• con la propria chiave privata
• con la chiave pubblica del destinatario
✦ Il destinatario deve effettuare una doppia
decodifica per leggere l’informazione:
• con la propria chiave privata
• con la chiave pubblica del mittente

6


✦ Il mittente è certo che solo il destinatario
leggerà i dati, perché è necessaria la
chiave privata del destinatario per la
decodifica (riservatezza)
✦ Il destinatario è certo che i dati sono stati
inviati dal mittente, perché è necessaria
la chiave privata del mittente per la
codifica (autenticazione)

7


✦ In pratica, per motivi prestazionali, il
client e il server usano questa tecnica per
scambiarsi una chiave simmetrica in
modo sicuro e poi passano a un algoritmo
di crittografia tradizionale
✦ Spesso è necessaria la sola
autenticazione del server; in tal caso solo
il server ha una coppia di chiavi, e il client
deve avere la chiave pubblica del server

8

Certificati
✦ Per evitare la necessità di scambiare in
anticipo in modo sicuro le chiavi
pubbliche, si usano certificati
✦ Un certificato contiene una chiave
pubblica autenticata mediante la firma
digitale di una Certification Authority (CA)
✦ Chi riceve il certificato può verificare
direttamente l’autenticità della chiave
pubblica usando la chiave pubblica della
CA (che deve essere nota)
9

SSL/TLS
✦ I protocolli di Internet (TCP/UDP/IP) non
offrivano inizialmente nessun supporto
alla crittografia, che doveva essere
realizzata a livello applicazione
✦ Nel 1995 Netscape propose un protocollo
denominato Socket Security Layer (SSL)
per rendere sicuro il web attraverso l’uso
di crittografia a chiave pubblica
✦ Successivamente l’IETF ha recepito il
protocollo come base per lo standard
Transport Layer Security (TLS)
10

SSL/TLS

✦ Implementati a livello applicazione
(nonostante il nome) mediante librerie
(anche Open Source)
✦ Usati per incapsulare altri protocolli di
livello applicazione (es. HTTP, SMTP etc.)
in modo da renderli “sicuri”

11

Gestione delle chiavi e dei certificati
✦ Il Java Development Kit include un tool
(da usare a linea di comando) per gestire
chiavi e certificati: keytool
✦ Le chiavi pubbliche e private sono
memorizzate in un keystore
✦ I certificati ritenuti “fidati” sono
memorizzati in un truststore
✦ Il formato del keystore e del truststore è
proprietario, ma keytool offre funzioni per
import/export di chiavi e certificati nei
formati dello standard X.509
12

Generazione delle chiavi
✦ Per generare una coppia di chiavi in un
keystore il comando è:
• keytool -genkey [opz...] -alias nome
-validity giorni -keystore keystore
✦ Il tool richiede alcune informazioni
sull’identità della persona che genera le
chiavi, che saranno memorizzate
all’interno delle chiavi stesse
✦ Il keystore è protetto da una password

13

✦ Esempio
foggia% keytool -genkey -alias foggia -validity 365 -keystore keystore.jks
Immettere la password del keystore: pippobaudo
Specificare nome e cognome
[Unknown]: Pasquale Foggia
Specificare il nome dell'unit? aziendale
[Unknown]: diiie
Specificare il nome dell'azienda
[Unknown]: unisa
Specificare la localit?
[Unknown]: fisciano
Specificare la provincia
[Unknown]: sa
Specificare il codice a due lettere del paese in cui si trova l'unit?
[Unknown]: it
Il dato CN=Pasquale Foggia, OU=diiie, O=unisa, L=fisciano, ST=sa, C=it ?
corretto?
[no]: s

Immettere la password della chiave per <foggia>
(INVIO se corrisponde alla password del keystore):
foggia%

14

✦ È possibile visualizzare il contenuto di un
keystore con il comando:
• keytool -list -v -keystore keystore
foggia% keytool -list -v -keystore keystore.jks

Tipo keystore: jks
Provider keystore: SUN

Il keystore contiene 1 entry

Nome alias: foggia
Data di creazione: 31-mar-2009
Tipo entry: keyEntry
Lunghezza catena certificati: 1
Certificato[1]:
Proprietario: CN=Pasquale Foggia, OU=diiie, O=unisa, L=fisciano, ST=sa, C=it
Organismo di emissione: CN=Pasquale Foggia, OU=diiie, O=unisa, L=fisciano,
ST=sa, C=it
Numero di serie: 49d1e411
Valido da Tue Mar 31 11:36:17 CEST 2009 a Wed Mar 31 11:36:17 CEST 2010
Impronte digitali certificato:
MD5: 58:A9:4F:D3:31:E9:C1:58:E3:75:5C:90:85:8D:81:13
SHA1: C1:20:ED:DC:43:14:00:F3:50:ED:07:15:D2:0A:93:B2:5C:38:21:B1

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Generazione di certificati

✦ In genere il processo per generare un
certificato richiede tre passi:
• creazione di una Certificate Request a partire
dalla chiave pubblica nel keystore
• invio della Certificate Request alla CA, che
produce il certificato
• importazione del certificato della CA nel truststore

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✦ Non avendo a disposizione una CA,
genereremo un self-signed certificate
• non c’è la garanzia sull’identità data dalla CA
• adeguato se i due end-point si fidano
reciprocamente e possono scambiarsi i certificati
in maniera sicura
✦ I passi diventano:
• generazione del certificato dalla chiave pubblica
nel keystore
• importazione del certificato nel truststore

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✦ Per generare il certificato, il comando è:
• keytool -export -alias nome -keystore keystore
-rfc -file filecert
foggia% keytool -export -alias foggia -keystore keystore.jks -rfc -file foggia.cer
Il certificato ? memorizzato nel file <foggia.cer>
foggia%
foggia% cat foggia.cer
-----BEGIN CERTIFICATE-----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-----END CERTIFICATE-----

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✦ Per importare il certificato, il comando è:
• keytool -import -alias nome -keystore truststore
-file filecert
foggia% keytool -import -alias foggiacert -keystore truststore.jks -file foggia.cer
Proprietario: CN=Pasquale Foggia, OU=diiie, O=unisa, L=fisciano, ST=sa, C=it
Organismo di emissione: CN=Pasquale Foggia, OU=diiie, O=unisa, L=fisciano, ST=sa,
C=it
Numero di serie: 49d1e411
Valido da Tue Mar 31 11:36:17 CEST 2009 a Wed Mar 31 11:36:17 CEST 2010
Impronte digitali certificato:
MD5: 58:A9:4F:D3:31:E9:C1:58:E3:75:5C:90:85:8D:81:13
SHA1: C1:20:ED:DC:43:14:00:F3:50:ED:07:15:D2:0A:93:B2:5C:38:21:B1
Considerare attendibile questo certificato? [no]: s
Il certificato ? stato aggiunto al keystore
foggia%
foggia% keytool -list -keystore truststore.jks

Tipo keystore: jks
Provider keystore: SUN

Il keystore contiene 1 entry

foggiacert, 31-mar-2009, trustedCertEntry,
Impronta digitale certificato (MD5): 58:A9:4F:D3:31:E9:C1:58:E3:75:5C:90:85:8D:81:13
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Comunicazione con Socket SSL/TLS

✦ In Java l’uso di SSL/TLS si basa sulle
classi SSLSocket e SSLServerSocket, che
estendono rispettivamente Socket e
ServerSocket
✦ Una volta effettuata la creazione dei
socket, non c’è differenza per
l’applicazione rispetto all’uso di socket
non crittografati

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Creazione di socket SSL

✦ Le classi e le interfacce necessarie sono
nei package:
• javax.net.*
• javax.net.ssl.*
✦ Il primo passo è la creazione di una
SocketFactory, che è un oggetto che
astrae l’operazione di creazione di un
socket

21

Creazione di un socket SSL
✦ Per creare una SocketFactory in grado di
creare Socket SSL occorre usare il
metodo static getDefault() della classe
SSLSocketFactory

SocketFactory factory=SSLSocketFactory.getDefault();

22

Creazione di un socket SSL
✦ Una volta ottenuta una factory, si può
usare il metodo createSocket() per creare
il socket vero e proprio:

Socket sock=factory.createSocket(host, port);

✦ Una volta creato, il socket si usa come un
normale client socket
23

Keystore e truststore

✦ Per rendere possibile la creazione del
socket SSL, il programma deve conoscere
il keystore e il truststore e le relative
password
✦ È possibile fornire tali informazioni
usando opportune proprietà di sistema

24

Keystore e truststore
✦ Le proprietà di sistema possono essere
impostate con il metodo
System.setProperty():

System.setProperty("javax.net.ssl.keyStore", "clientkeystore.jks");
System.setProperty("javax.net.ssl.keyStorePassword", "pippobaudo");
System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore",
"clienttruststore.jks");
System.setProperty("javax.net.ssl.trustStorePassword",
"pippobaudo");

25

Creazione di Server Socket

✦ La creazione di server socket SSL è
analoga alla creazione di socket
✦ Occorre usare le classi:
• ServerSocketFactory
• SSLServerSocketFactory
• SSLServerSocket

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✦ Esempio:

ServerSocketFactory factory=SSLServerSocketFactory.getDefault();
ServerSocket sock=factory.createServerSocket(port);

✦ Una volta creato, il server socket si usa
esattamente come un ServerSocket non
crittografato
✦ Il keystore e il truststore devono essere
specificati con le stesse proprietà di
27
sistema

✦ Per default i socket creati dalla factory
effettuano l’autenticazione del solo server
✦ Se si desidera l’autenticazione anche del
client, occorre convertire il socket in un
SSLServerSocket e richiamare il metodo
setNeedClientAuth()

SSLServerSocket sock=(SSLServerSocket)
factory.createServerSocket(port);
sock.setNeedClientAuth(true);

28

Un client completo
import java.io.*;
import java.net.*;
import javax.net.*;
import javax.net.ssl.*;

public class SSLEchoClient {
public static final int PORT=7777;

public static Socket createSocket(String host, int port) throws IOException {
SocketFactory factory=SSLSocketFactory.getDefault();
Socket sock=factory.createSocket(host, port);
return sock;
}

// continua ...

29

Un client completo
public static void main(String args[]) throws IOException {
System.setProperty("javax.net.ssl.keyStore", "clientkeystore.jks");
System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore", "clienttruststore.jks");
System.setProperty("javax.net.ssl.trustStorePassword", "pippobaudo");

Socket sock=createSocket(args[0], PORT);
OutputStream os=sock.getOutputStream();
Writer wr=new OutputStreamWriter(os, "UTF-8");
PrintWriter prw=new PrintWriter(wr);
prw.println("Hello, world");
prw.flush();

InputStream is=sock.getInputStream();
Reader rd=new InputStreamReader(is, "UTF-8");
BufferedReader brd=new BufferedReader(rd);
String answer=brd.readLine();
System.out.println(answer);

sock.close();
}
}

30

Un server completo
import java.io.*;
import java.net.*;
import javax.net.*;
import javax.net.ssl.*;

public class SSLEchoServer implements Runnable {
public static final int PORT=7777;

private Socket sock;

public SSLEchoServer(Socket s) {
sock=s;
}

public static ServerSocket createServerSocket(int port) throws IOException {
SSLServerSocket sock=(SSLServerSocket) factory.createServerSocket(port);
sock.setNeedClientAuth(true);
return sock;
}
// continua ...

31

Un server completo

public static void main(String args[]) throws IOException {
System.setProperty("javax.net.ssl.keyStore", "servkeystore.jks");
System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore", "servtruststore.jks");
System.setProperty("javax.net.ssl.trustStorePassword", "pippobaudo");

ServerSocket serv=createServerSocket(PORT);
while (true) {
Socket sock=serv.accept();
SSLEchoServer server=new SSLEchoServer(sock);
Thread t=new Thread(server);
t.start();
}
}
// continua...

32

Un server completo
public void run() {
try {
BufferedReader brd=new BufferedReader(
new InputStreamReader(
sock.getInputStream(), "UTF-8"));
String s=brd.readLine();

PrintWriter prw=new PrintWriter(
new OutputStreamWriter(
sock.getOutputStream(), "UTF-8"));
prw.print(s);
prw.println(s);
prw.flush();
} catch (IOException exc) {
System.out.println("Eccezione I/O:" + exc);
exc.printStackTrace();
} finally {
try { sock.close(); }
catch (IOException exc2) { }
}
}
}

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