CSI-ES-2324/Projs/PD1

Relatório do Projeto de Desenvolvimento 1

Introdução

A comunicação eficaz dentro de uma organização é essencial para a eficiência do seu funcionamento. No entanto, num ambiente cada vez mais digital, garantir a segurança e autenticidade das comunicações tem-se vindo a tornar uma preocupação fundamental. Em resposta a esta necessidade, este primeiro projeto de desenvolvimento visa criar um serviço de mensagens seguro e autenticado.

Para contextualizar o projeto, consideremos uma organização onde informações confidenciais são frequentemente trocadas entre membros de equipas distribuídas geograficamente. Neste cenário, é crucial que as mensagens enviadas e recebidas sejam protegidas contra acessos não autorizados e manipulação por partes externas. Além disso, garantir que a identidade do remetente e a integridade da mensagem sejam verificadas é essencial para manter a confiança e a segurança das comunicações internas.

Perante estas necessidades, o projeto de desenvolvimento propõe a criação de um sistema cliente/servidor que oferece um serviço de mensagens seguro e autenticado. Através deste sistema, os membros da organização poderão trocar mensagens com garantias de autenticidade, protegendo assim a confidencialidade e integridade das comunicações.

Ao longo deste relatório iremos detalhar as decisões mais importantes tomadas no desenvolvimento do projeto, bem como as medidas de segurança implementadas para garantir a confidencialidade, integridade e autenticidade das mensagens trocadas entre os utilizadores.

Algumas notas sobre o projeto:

• Optamos por escolher Golang como linguagem visando uma implementação mais eficiente, robusta e segura ao nível de concorrência. O modelo de concorrência baseado em goroutines e canais facilita a criação de programas concorrentes e sistemas distribuídos. Com uma sintaxe simples, semelhante a C, o Go promove a escrita de código legível e de alta qualidade. Além disso, o Go possui um ecossistema robusto de bibliotecas e ferramentas, tornando-o uma escolha adequada para o desenvolvimento de sistemas distribuídos e serviços de back-end.

• Implementamos algumas funcionalidades extra, como o armazenamento dos dados no servidor numa base de dados sqlite3

Nas secções seguintes iremos detalhar cada componente do sistema, bem como as funcionalidades implementadas.

Análise de Risco

Esta análise de risco do sistema visa identificar as potenciais vulnerabilidades e ameaças que possam comprometer a segurança do sistema de mensagens. É essencial considerar os diversos fatores que podem impactar a integridade, confidencialidade e disponibilidade das mensagens trocadas entre os utilizadores.

Potenciais Vulnerabilidades

1. Comunicação Não Segura - Se a comunicação entre os clientes e o servidor não foi cifrada, qualquer man in the middle consegue ler o conteúdo a ser transmitido.

2. Armazenamento Inseguro de Chaves Privadas - Se as chaves privadas dos utilizadores forem armazenadas de forma inadequada, como em arquivos desprotegidos, existe o risco de acesso não autorizado, comprometendo a segurança e autenticidade das mensagens.

3. Autenticação Fraca - Um sistema de autenticação vulnerável pode permitir que utilizadores mal-intencionados obtenham acesso não autorizado às contas dos utilizadores legítimos.

4. Manipulação de Mensagens - A ausência de mecanismos eficazes de controlo pode facilitar a manipulação do conteúdo das mensagens durante a transmissão, comprometendo sua integridade.

5. Vulnerabilidades de Software - Falhas de segurança no software desenvolvido e utilizado para implementar o sistema podem ser exploradas para obter acesso não autorizado ou comprometer a segurança dos dados.

Possíveis Ameaças:

1. Ataques de Intercetação de Dados - Atacantes podem tentar intercetar a comunicação entre o cliente e o servidor para obter informações sensíveis, como chaves privadas ou conteúdo de mensagens.

2. Ataques de Denial of Service (DOS) - Um ataque de DOS pode tornar o servidor inacessível ao sobrecarregá-lo com um grande volume de solicitações, prejudicando a disponibilidade do serviço.

3. Ataques de Engenharia Social: - Atacantes podem tentar manipular os utilizadores legítimos para obter acesso às suas credenciais de acesso por meio de técnicas de engenharia social.

4. Exploração de Vulnerabilidades de Software: - Vulnerabilidades conhecidas ou desconhecidas no software utilizado podem ser exploradas para comprometer a segurança do sistema.

Propriedades Requiridas:

1. Autenticidade do Remetente - O cliente deseja ter a garantia de que a mensagem recebida foi realmente enviada pelo remetente indicado.

2. Confidencialidade das Mensagens - O cliente quer assegurar que apenas ele possui a capacidade de decifrar as mensagens que lhe foram enviadas, garantindo assim a privacidade das comunicações.

3. Servidor Malicioso - Os clientes pretendem proteger-se contra a possibilidade de o servidor agir de forma maliciosa, garantindo que as suas interações sejam seguras e protegidas, necessitando de mecanismos que garantam a segurança das suas interações independentemente da confiabilidade do servidor, como a utilização de criptografia end-to-end.

4. Comunicação Segura com o Servidor - Os clientes exigem que a comunicação com o servidor seja segura, protegida contra acesso não autorizado e intercetação por partes não autorizadas, garantindo assim a integridade e confidencialidade dos dados transmitidos.

Medidas de Mitigação:

1. Protocolo de comunicação - Utilizar um protocolo de comunicação que garanta a confidencialidade para proteger a comunicação entre o cliente e o servidor.

2. Armazenamento Seguro de Chaves Privadas - Adotar práticas seguras de armazenamento para proteger as chaves privadas dos utilizadores contra acesso não autorizado, como utilizar passphrases para proteger o acesso à key store.

3. Fortalecimento da Autenticação - Implementar métodos robustos de autenticação, como certificados digitais, para garantir a identidade dos utilizadores e proteger contra acesso não autorizado.

4. Validação de Dados - Implementar controles de validação de dados para garantir a integridade das mensagens e prevenir a manipulação de dados por partes não autorizadas, como, por exemplo, assinar "hashes" das mensagens enviadas.

5. Atualizações de Software - Manter o software utilizado atualizado para mitigar o risco de exploração de vulnerabilidades conhecidas e garantir a segurança do sistema.

Esta breve análise de risco destaca a importância de identificar e mitigar potenciais vulnerabilidades e ameaças para garantir a segurança do sistema desenvolvido. A implementação de medidas de segurança adequadas é essencial para proteger os dados e garantir o funcionamento seguro.

Decisões de Arquitetura e Implementação

Tendo em consideração as vulnerabilidades e ameaças identificadas na análise de risco, foram tomadas várias decisões de design e implementação para garantir a segurança e autenticidade do sistema de mensagens. As decisões tomadas visam proteger a confidencialidade, integridade e autenticidade das mensagens trocadas entre os utilizadores, bem como garantir a segurança da comunicação entre o cliente e o servidor.

1. TLS (Transport Layer Security)

   • Cada conexão entre cliente e servidor é protegida pelo protocolo TLS, garantindo que a comunicação seja segura e privada.
   • Cliente e servidor trocam certificados para autenticar as suas identidades.
   • Ambos verificam se o certificado foi emitido pela Autoridade de Certificação (CA) central.
   • O cliente verifica se comunica com o servidor legítimo.

2. End-to-End Encryption (E2EE)

   • Ao enviar uma mensagem, o cliente assina a 'hash' do texto simples com a sua chave privada.
   • A assinatura é anexada ao texto limpo e esse conjunto é cifrado com uma chave de sessão gerada aleatoriamente.
   • A chave de sessão é cifrada com a chave pública do destinatário, Isso garante que apenas o destinatário possa decifrar a mensagem.

3. Visualização de Mensagens

   • Quando um cliente solicita a sua lista de mensagens não lidas, apenas o assunto é enviado, não o conteúdo cifrado.
   • O cliente deve decifrar o assunto para visualizá-lo.

4. Troca de Chaves Públicas

   • Quando um cliente precisa da chave pública de outro cliente, solicita o certificado desse cliente ao servidor.
   • Verifica-se se o certificado foi emitido pela CA central e se pertence ao cliente desejado.

5. Verificação de Inputs

   • Tanto cliente quanto servidor realizam verificações básicas nos ‘inputs’ para garantir a sua integridade.
   • Ambos desconfiam um do outro e verificam cuidadosamente todos os ‘inputs’.

6. Confiança na CA Central

   • A única confiança absoluta neste sistema é depositada na Autoridade de Certificação central, responsável por emitir os certificados.

Certificates and Keys

Falar da criacao de certificados e chaves para o servidor e clientes e se calhar das fake ou entao no fim para falar da validacao e seguranca contra ataques

Arquitetura do Sistema

Neste projeto, a arquitetura do sistema é composta por 2 componentes principais:

• Cliente: é a aplicação que cada utilizador executa para interagir com o servidor. O cliente é responsável por enviar mensagens para o servidor e receber mensagens de outros utilizadores (pelo servidor).
• Servidor: é a aplicação que recebe os pedidos dos clientes, processa-os e responde de acordo. O servidor é responsável por armazenar as mensagens dos utilizadores e garantir a autenticidade das mensagens.

Crypto

Justificar a necessidade de cifrar e autenticaçao e explicar melhor o processo de encryption com o diagrama

É importante destacar que, para garantir a segurança e integridade das mensagens, implementamos um protocolo de comunicação seguro. Este protocolo utiliza tanto criptografia simétrica quanto assimétrica. As mensagens são cifradas com a chave pública do destinatário para garantir a confidencialidade, enquanto são assinadas com a chave privada do emissor para autenticidade. Dessa forma, asseguramos que as mensagens sejam protegidas contra acessos não autorizados e que sua origem possa ser verificada.

Networking

O canal de comunicação estabelecido entre o cliente e o servidor nesta implementação garante uma troca de dados segura e criptografada utilizando o protocolo TLS (Transport Layer Security). Ambos, cliente e servidor, empregam configurações TLS para cifrar os dados durante a transmissão, assegurando confidencialidade e integridade. Durante o handshake TLS, o servidor valida o certificado do cliente para verificar sua autenticidade, prevenindo acessos não autorizados. Este mecanismo robusto de segurança protege o canal de comunicação contra escutas, adulterações e ataques do tipo "man in the middle", garantindo uma troca de informações segura e confiável entre o cliente e o servidor.

Protocolo de Comunicação

O package protocol.go define um conjunto de estruturas e funções que representam os diferentes tipos de pacotes que podem ser transmitidos entre o cliente e o servidor. Cada tipo de pacote é representado por uma constante PacketType, que indica a natureza da informação contida no pacote através de uma flag.

As estruturas de dados definidas, como GetUserCert, GetUnreadMsgsInfo, GetMsg, SendMsg, AnswerGetUserCert, AnswerGetUnreadMsgsInfo e AnswerGetMsg, descrevem os formatos específicos de cada tipo de pacote a ser enviado e recebido. Cada estrutura contém os campos necessários para armazenar e representar os dados associados a cada tipo de pacote.

Além disso, foram implementadas funções auxiliares para criar instâncias de cada tipo de pacote, como NewGetUserCert, NewGetUnreadMsgsInfo, NewGetMsg, NewSendMsg, NewAnswerGetUserCert, NewAnswerGetUnreadMsgsInfo e NewAnswerGetMsg. Estas funções facilitam a criação de pacotes com os dados necessários de forma estruturada.

Para facilitar a serialização e desserialização dos pacotes em formato JSON, foram implementadas funções Unmarshal específicas para cada tipo de pacote. Estas funções convertem os dados do pacote entre o formato JSON e as estruturas de dados correspondentes, permitindo a comunicação eficiente entre o cliente e o servidor.

Este package serve como uma camada de abstração que facilita a comunicação entre os componentes cliente e servidor, garantindo que os dados sejam transmitidos de forma estruturada e padronizada, facilitando o desenvolvimento, manutenção e expansão do sistema de comunicação.

Server

Data Store

Verificaçao de dados ? Proteçao contra ataques a base de dados (falar apenas em nota que nao foi implementado, possivelmente fora do scope deste projeto)

Client

Verificacao e Teste de Seguranca

falar da fakeCA

Commands used to generate the key stores