Tường lửa: phân tích vai trò, kiến trúc, chức năng, xu hướng

Hoàng

July 25, 2025

21 phút đọc

Tường lửa phần cứng là những thiết bị vật lý độc lập được thiết kế riêng biệt cho mục đích bảo mật mạng.

Thường được đặt tại “điểm ra vào” của mạng giữa bộ định tuyến và internet nên chúng đóng vai trò như lá chắn chính bảo vệ toàn bộ mạng nội bộ (LAN).

Những thiết bị này xuất sắc để bảo mật chu vi thông qua lọc và chặn lưu lượng có hại trước khi nó tiếp cận bất kỳ máy tính hoặc máy chủ nào bên trong mạng.

Do hoạt động tại vị trí chiến lược, tường lửa phần cứng quản lý hiệu quả khối lượng lớn lưu lượng mạng.

Vì vậy hỗ trợ dữ liệu hợp pháp lưu thông trong khi ngăn chặn các mối đe dọa.

Một trong những điểm mạnh của tường lửa phần cứng là hiệu suất cao.

Được xây dựng với phần cứng chuyên dụng, tối ưu hóa cho xử lý bảo mật, chúng có thể xử lý khối lượng lưu lượng lớn mà không ảnh hưởng đến tốc độ hoặc độ tin cậy.

Điều này khiến chúng đặc biệt phù hợp với các doanh nghiệp vừa và lớn có mạng lưới phức tạp và lưu lượng dữ liệu đáng kể.

Bảo mật chu vi mạng, tường lửa phần cứng tạo ra tuyến phòng thủ đầu tiên ngăn kẻ tấn công và phần mềm độc hại truy cập vào các hệ thống quan trọng.

Vai trò của chúng là nền tảng để bảo vệ thông tin kinh doanh nhạy cảm và duy trì tính liên tục hoạt động.

Ví dụ: Giống như trạm kiểm soát an ninh tại cổng vào khu công nghiệp, tường lửa phần cứng kiểm tra mọi “xe tải dữ liệu” trước khi cho phép chúng vào khu vực làm việc, đảm bảo chỉ những thứ an toàn mới được phép qua.

Tường lửa ảo hóa hoặc dựa trên đám mây đại diện cho một danh mục mới xây dựng dựa trên khái niệm tường lửa phần mềm nhưng triển khai chúng trong các môi trường ảo hoặc nền tảng đám mây.

Thay vì dựa vào các thiết bị vật lý, các tổ chức có thể triển khai những tường lửa này như các thiết bị ảo bảo vệ máy ảo (VM) hoặc ứng dụng được lưu trữ trên đám mây.

Tường lửa ảo hóa cung cấp đầy đủ khả năng của tường lửa phần cứng tuyền thống nhưng mang lại tính linh hoạt, khả năng mở rộng và dễ quản lý vượt trội hơn đáng kể.

Do chúng chạy dưới dạng phần mềm trong cơ sở hạ tầng ảo hóa hoặc dịch vụ đám mây nên triển khai chúng nhanh hơn và cần ít đầu tư ban đầu hơn so với mua phần cứng vật lý.

Doanh nghiệp được hưởng lợi từ khả năng nhanh chóng tạo ra các phiên bản tường lửa phù hợp với nhu cầu đang phát triển của họ, điều chỉnh tài nguyên khi nhu cầu thay đổi.

Tính linh hoạt này đặc biệt có giá trị trong các môi trường động nơi khối lượng công việc và vị trí người dùng thường xuyên thay đổi.

Tường lửa dựa trên đám mây cũng tích hợp mượt mà với các kiến trúc hiện đại như điện toán phân tán và lực lượng lao động từ xa.

Vì vậy cung cấp các chính sách bảo mật nhất quán bất kể người dùng hoặc dữ liệu nằm ở đâu.

Tận dụng tường lửa ảo hóa hoặc đám mây, doanh nghiệp có thể duy trì sự bảo vệ mạnh mẽ trên các môi trường hỗn hợp và nhiều nền tảng đám mây khác nhau mà không phải hy sinh quyền kiểm soát hoặc khả năng hiển thị.

Ví dụ: Giống như dịch vụ bảo vệ di động có thể nhanh chóng triển khai đến bất kỳ địa điểm nào theo yêu cầu, tường lửa đám mây có thể được “gọi đến” và hoạt động ngay lập tức tại bất kỳ vị trí số nào mà doanh nghiệp cần bảo vệ, từ văn phòng chính đến chi nhánh hay thậm chí là nhà riêng của nhân viên làm việc từ xa.

Về bản chất, chức năng chính và không thể thay đổi của bất kỳ tường lửa nào là kiểm soát truy cập.

Đây là cơ chế cơ bản quyết định lưu lượng mạng nào được phép đi qua và lưu lượng nào phải bị chặn.

Nếu thiếu chức năng này, tường lửa sẽ hoàn toàn mất đi mục đích tồn tại.

Kiểm soát truy cập được thực hiện thông qua tạo ra và thực thi chính sách bảo mật.

Đây là một tập hợp các quy tắc do quản trị viên mạng xác định để điều chỉnh lưu lượng nào được phép và lưu lượng nào bị từ chối.

Các quy tắc này tạo nên xương sống cho quá trình ra quyết định của tường lửa.

Tường lửa truyền thống

Trong tường lửa truyền thống, các quy tắc kiểm soát truy cập thường dựa vào các yếu tố tìm thấy ở Tầng 3 (Tầng Mạng) và Tầng 4 (Tầng Vận chuyển) của mô hình OSI.

Các yếu tố này bao gồm:

Địa chỉ IP nguồn và đích: Quy tắc xác định thiết bị hoặc mạng nào có thể giao tiếp với nhau dựa trên địa chỉ IP của chúng.

Ví dụ, chặn tất cả lưu lượng đến từ một dải IP đáng ngờ hoặc chỉ cho phép kết nối từ các địa chỉ IP tin cậy.

Số cổng nguồn và đích: Cổng hoạt động như điểm cuối giao tiếp cho các dịch vụ hoặc ứng dụng cụ thể.

Tường lửa chặn hoặc cho phép lưu lượng dựa trên số cổng này như cho phép lưu lượng web trên cổng 80 (HTTP) trong khi chặn các cổng khác.

Giao thức mạng: Các giao thức như TCP, UDP và ICMP cũng được xem xét; một số tường lửa có thể chặn giao thức nhất định để giảm rủi ro như các yêu cầu ping ICMP có thể được sử dụng để do thám.

Những quy tắc đơn giản nhưng hiệu quả này giúp tường lửa thời kỳ đầu có khả năng lọc lưu lượng một cách hiệu quả nhưng bị hạn chế ở việc lọc gói tin cơ bản mà không nhận biết được nội dung thực tế hoặc ngữ cảnh người dùng.

Tường lửa thế hệ mới

Tường lửa thế hệ mới hiện đại đã mở rộng phạm vi kiểm soát truy cập vượt xa địa chỉ IP và cổng.

Chúng tích hợp khả năng kiểm tra sâu hơn và các chính sách chi tiết hơn, cho phép:

Kiểm soát dựa trên ứng dụng: NGFW có thể nhận diện các ứng dụng cụ thể bất kể cổng hoặc giao thức.

Ví dụ: cho phép truy cập Google Drive trong khi chặn các dịch vụ truyền file như WeTransfer.

Mức độ kiểm soát này giúp tổ chức thực thi các chính sách phù hợp với nhu cầu kinh doanh thay vì chỉ các thông số kỹ thuật.

Nhận biết danh tính người dùng: NGFW tích hợp với hệ thống xác thực để áp dụng quy tắc dựa trên danh tính người dùng hoặc nhóm.

Điều này có nghĩa là chỉ các thành viên của nhóm “Admin” mới được phép SSH (secure shell) vào các máy chủ quan trọng.

Do đó thêm một lớp bảo mật quan trọng dành riêng cho người dùng.

Hạn chế loại nội dung: Một số tường lửa hiện đại có thể kiểm tra dữ liệu được truyền để chặn các loại file nhất định như file thực thi (.exe) nhằm ngăn chặn phần mềm có thể gây hại xâm nhập hoặc rời khỏi mạng.

Khả năng kiểm soát truy cập nâng cao này giúp doanh nghiệp tạo ra các chính sách bảo mật rất cụ thể và có thể thích ứng để đối phó với các mối đe dọa mạng phức tạp ngày nay.

Một chức năng quan trọng không kém đi cùng với việc thực thi chính sách là ghi nhật ký để ghi lại thông tin chi tiết về mọi sự kiện đi qua tường lửa.

Điều này bao gồm cả các kết nối được phép và những kết nối bị từ chối theo chính sách.

Ghi nhật ký cung cấp nguồn dữ liệu phong phú về hoạt động mạng nên mang lại khả năng hiển thị về những gì đang diễn ra bên trong chu vi mạng.

Khả năng hiển thị này rất có giá trị vì nhiều lý do:

Giám sát

Quản trị viên dựa vào nhật ký để theo dõi hành vi mạng theo thời gian thực hoặc hồi tố.

Nhật ký giúp xác định các mô hình bất thường, chẳng hạn như những nỗ lực kết nối lặp đi lặp lại từ các nguồn không xác định hoặc những đỉnh lưu lượng bất thường.

Phân tích

Khi xảy ra các sự cố bảo mật, nhật ký chi tiết giúp phân tích để hiểu những gì đã xảy ra, cuộc tấn công diễn ra như thế nào và những lỗ hổng nào đã bị khai thác.

Phát hiện

Nhật ký có thể được đưa vào các hệ thống phát hiện tự động để cảnh báo quản trị viên về các hoạt động đáng ngờ cần sự chú ý ngay lập tức.

Tuân thủ

Nhiều khung pháp lý yêu cầu tổ chức duy trì nhật ký toàn diện để chứng minh việc tuân thủ các tiêu chuẩn bảo mật và tạo điều kiện thuận lợi cho kiểm toán.

Bằng chứng

Trong trường hợp điều tra vi phạm hoặc tội phạm mạng, nhật ký tường lửa hoạt động như bằng chứng quan trọng cho cơ quan thực thi pháp luật hoặc các cuộc đánh giá nội bộ.

Nếu thiếu khả năng ghi nhật ký, tường lửa sẽ hoạt động một cách mù quáng.

Nó sẽ cung cấp bảo vệ mà không có cái nhìn sâu sắc về nhiều tình huống nguy hiểm.

Trong bảo mật mạng hiện đại, yêu cầu hiểu biết về hàng phòng thủ của doanh nghiệp  cũng quan trọng như việc có chúng.

Ví dụ: Trong môi trường doanh nghiệp, một tường lửa NGFW có thể được cấu hình để cho phép nhân viên marketing truy cập các nền tảng mạng xã hội trong giờ làm việc, trong khi chặn hoàn toàn việc truy cập này đối với bộ phận kế toán.

Đồng thời, tất cả các hoạt động này được ghi lại chi tiết để phục vụ mục đích tuân thủ chính sách công ty và báo cáo định kỳ cho ban lãnh đạo.

Dịch địa chỉ mạng hay NAT, là một chức năng mạng cơ bản được triển khai rộng rãi bởi hầu hết các tường lửa chu vi.

Về bản chất, NAT chuyển đổi địa chỉ IP riêng được sử dụng bên trong mạng nội bộ thành một hoặc nhiều địa chỉ IP công cộng khi các thiết bị truy cập Internet.

Quá trình dịch này hoạt động như một cầu nối giữa mạng cục bộ và thế giới bên ngoài.

Tại sao NAT lại quan trọng

NAT mang lại hai lợi thế chính khiến nó trở thành không thể thiếu trong thiết kế mạng và bảo mật:

Bảo tồn địa chỉ IP

Một trong những thách thức lớn nhất trong mạng là sự hạn chế về tính sẵn có của địa chỉ IPv4.

NAT hỗ trợ hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn thiết bị trong mạng nội bộ chia sẻ một địa chỉ IP công cộng duy nhất.

Do đó giảm đáng kể số lượng địa chỉ IP công cộng cần thiết, làm giảm áp lực về việc cạn kiệt địa chỉ IPv4.

Tăng cường bảo mật

NAT tự nhiên cung cấp một lớp bảo vệ bằng cách che giấu cấu trúc nội bộ và địa chỉ IP thực của các thiết bị trên mạng riêng.

Các máy chủ bên ngoài trên Internet chỉ nhìn thấy địa chỉ IP công cộng của tường lửa và không thể trực tiếp khởi tạo kết nối đến các thiết bị riêng lẻ đằng sau tường lửa.

Vì vậy tạo ra hiệu quả chặn lưu lượng đến không được yêu cầu như quét mạng hoặc nỗ lực do thám, tạo ra một rào cản chống lại các mối đe dọa bên ngoài.

Không chỉ là dịch địa chỉ

Mặc dù NAT ban đầu được phát triển như một giải pháp kỹ thuật để quản lý địa chỉ, nhưng nó đã vô tình trở thành một tính năng bảo mật quan trọng, củng cố khái niệm truyền thống về “chu vi bảo mật”.

Khi ẩn địa chỉ IP nội bộ và hạn chế truy cập trực tiếp, NAT giúp ngăn chặn kẻ tấn công dễ dàng định vị và khai thác các thiết bị riêng lẻ bên trong mạng.

Trong thực tế, NAT hoạt động cùng với các chính sách tường lửa để hỗ trợ kết nối đi ra hợp pháp từ người dùng nội bộ trong khi chặn lưu lượng đến không được phép.

Sự kết hợp này khiến NAT trở thành một trong những cơ chế phòng thủ đơn giản nhưng hiệu quả nhất trong bảo mật mạng hàng ngày.

Hệ thống ngăn chặn xâm nhập (IPS) là một thành phần quan trọng của tường lửa thế hệ mới khi biến đổi chúng từ những người bảo vệ thụ động thành những người bảo vệ chủ động.

Khác với tường lửa truyền thống chủ yếu chặn hoặc cho phép lưu lượng dựa trên quy tắc tĩnh, IPS liên tục giám sát lưu lượng mạng theo thời gian thực để phát hiện và phản ứng với các hoạt động độc hại.

IPS hỗ trợ tường lửa như thế nào

Chức năng IPS phân tích luồng lưu lượng để tìm kiếm các mẫu tấn công đã biết hoặc hành vi đáng ngờ.

Khi phát hiện mối đe dọa, nó có thể chặn các kết nối độc hại ngay lập tức để ngăn chặn thiệt hại hoặc mất dữ liệu.

Có hai phương pháp chính mà IPS sử dụng để phát hiện mối đe dọa:

Phát hiện dựa trên chữ ký

Phương pháp này so sánh lưu lượng mạng với cơ sở dữ liệu chữ ký đại diện cho các cuộc tấn công và malware đã biết.

Khi lưu lượng khớp với một chữ ký, nó được gắn cờ là độc hại và bị chặn.

Cách tiếp cận này rất hiệu quả chống lại các mối đe dọa đã biết nhưng cần cập nhật liên tục để duy trì hiệu quả.

Phát hiện dựa trên bất thường

Thay vì chỉ dựa vào chữ ký đã biết, phát hiện bất thường thiết lập hành vi mạng “bình thường” trông như thế nào và gắn cờ bất kỳ sự khác biệt nào so với đường chuẩn này.

Phương pháp này giúp xác định các mối đe dọa mới hoặc chưa biết mà chưa có chữ ký trong cơ sở dữ liệu.

Vai trò của dữ liệu phát hiện mối đe dọa

Hiệu quả của IPS phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và tần suất cập nhật cơ sở dữ liệu phát hiện mối đe dọa.

Các nhà cung cấp tường lửa có mạng lưới thu thập dữ liệu toàn cầu mở rộng có thể cập nhật cơ sở dữ liệu chữ ký nhanh hơn và chính xác hơn để phát hiện các mối đe dọa mới.

Khả năng này đã trở thành một yếu tố cạnh tranh quan trọng giữa các nhà cung cấp tường lửa.

Những nhà cung cấp có mạng lưới dữ liệu phát hiện mối đe dọa vượt trội mang lại sự bảo vệ tốt hơn chống lại các lỗ hổng zero-day và các cuộc tấn công mạng phát triển nhanh chóng.

Ví dụ: Trong một doanh nghiệp có 500 nhân viên, tường lửa với NAT chỉ cần 1 địa chỉ IP công cộng duy nhất thay vì 500 địa chỉ riêng biệt.

Đồng thời, tính năng VPN tích hợp giúp nhân viên làm việc từ xa an toàn, trong khi IPS tự động phát hiện và chặn các nỗ lực tấn công như ransomware hoặc botnet mà không cần can thiệp thủ công từ quản trị viên.

Tường lửa truyền thống chủ yếu dựa vào các quy tắc tĩnh và chữ ký để nhận diện mối đe dọa.

Đây là một phương pháp thường không đáp ứng được khi đối mặt với các cuộc tấn công mạng phát triển nhanh chóng.

Tích hợp AI và học máy đang thúc đẩy sự phát triển của cái mà một số người gọi là thế hệ thứ tư của tường lửa, hay Tường lửa Thế hệ Mới được Hỗ trợ bởi ML (NGFWs).

Dòng tường lửa mới này vượt ra ngoài khả năng lọc đơn giản dựa trên quy tắc bằng cách sử dụng các thuật toán thông minh để phân tích dữ liệu một cách chủ động và điều chỉnh các biện pháp bảo mật một cách linh hoạt.

Phát hiện mối đe dọa Zero-Day

Một trong những khả năng nổi bật mà AI mang lại cho tường lửa là khả năng phát hiện các mối đe dọa zero-day.

Khác với các mối đe dọa đã biết có chữ ký có thể nhận diện, các cuộc tấn công zero-day là mới lạ và không có mẫu nào tồn tại để so khớp.

Các mô hình AI/ML phân tích lượng dữ liệu mạng khổng lồ theo thời gian thực, học được hành vi mạng “bình thường” trông như thế nào.

Khi chúng phát hiện những khác biệt hoặc mẫu bất thường không khớp với các mối đe dọa đã biết, những mô hình này có thể đánh dấu các cuộc tấn công zero-day tiềm ẩn sớm.

Do đó cung cấp thời gian và khả năng quan trọng để ứng phó trước khi thiệt hại xảy ra.

Ví dụ: nếu thiết bị của một nhân viên đột nhiên bắt đầu giao tiếp với một máy chủ bên ngoài không quen thuộc vào đêm muộn hoặc truy cập các tệp nhạy cảm theo một mẫu bất thường, tường lửa được điều khiển bởi AI có thể phát hiện những điều này như các bất thường có thể chỉ ra một cuộc vi phạm hoặc mối đe dọa nội bộ.

Tự động hóa phân tích và phản ứng

AI cũng hỗ trợ tự động hóa trong phân tích và phản ứng mối đe dọa.

Phản ứng sự cố truyền thống có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày quá lâu khi từng phút đều có giá trị.

Khi kết hợp với học máy, tường lửa có thể nhanh chóng phân tích các mối đe dọa tiềm ẩn và tự động khởi động các phản ứng thích hợp như chặn lưu lượng đáng ngờ hoặc cô lập các thiết bị bị xâm phạm.

Phản ứng nhanh chóng này giảm các lỗ hổng dễ bị tổn thương và giảm bớt khối lượng công việc cho nhân viên của nhóm bảo mật.

Phân tích hành vi của người dùng và thực thể (UEBA)

Một ứng dụng AI quan trọng khác là Phân tích Hành vi Người dùng và Thực thể (UEBA).

Bằng cách xây dựng hồ sơ hành vi cho người dùng và thiết bị, các thuật toán ML có thể phát hiện các mối đe dọa nội bộ hoặc tài khoản bị xâm phạm dựa trên sự khác biệt so với hành vi bình thường.

Ví dụ: nếu một người dùng thường truy cập các tệp nhất định trong giờ hành chính đột nhiên tải xuống khối lượng lớn dữ liệu vào đêm muộn, hệ thống có thể đưa ra cảnh báo hoặc kích hoạt các hành động bảo vệ.

Chuyển sang bảo mật dựa trên dữ liệu

Tích hợp AI và học máy đánh dấu sự chuyển đổi cơ bản: tường lửa đang phát triển từ hệ thống phản ứng dựa trên quy tắc thành hàng phòng thủ dự đoán, thích ứng được hỗ trợ bởi việc học liên tục từ dữ liệu.

Điều này rất quan trọng vì bản thân những kẻ tấn công cũng đang sử dụng AI để tạo ra các cuộc tấn công phức tạp và tự động hóa hơn.

Cuộc chiến mạng trong tương lai về cơ bản sẽ là một cuộc thi đấu giữa tường lửa phòng thủ được hỗ trợ bởi AI và các mối đe dọa tấn công được điều khiển bởi AI.

Secure Access Service Edge (SASE), được giới thiệu bởi Gartner.

Đây là đại diện cho mô hình mới về mạng và bảo mật doanh nghiệp được thiết kế cho lực lượng lao động ưu tiên cloud và di động ngày nay.

SASE hội tụ khả năng mạng diện rộng như SD-WAN (Software-Defined WAN) với một bộ dịch vụ bảo mật toàn diện được cung cấp từ nền tảng cloud phân tán toàn cầu.

Tường lửa dưới dạng dịch vụ (FWaaS)

Trong SASE, Tường lửa dưới dạng Dịch vụ là một trong những thành phần nền tảng.

Khác với tường lửa truyền thống thực thi chính sách bảo mật tại các trung tâm dữ liệu tập trung, FWaaS áp dụng quy tắc tường lửa tại nhiều Điểm Hiện diện (PoPs) nằm gần người dùng cuối và thiết bị trên khắp thế giới.

Cách tiếp cận phân tán này giảm độ trễ, cải thiện trải nghiệm người dùng và đảm bảo áp dụng nhất quán các chính sách bảo mật bất kể người dùng kết nối từ văn phòng, nhà riêng hay vị trí di động.

Nó cũng đơn giản hóa quản lý bằng cách thống nhất quản trị tường lửa trong một nền tảng được cung cấp qua cloud có thể truy cập ở bất kỳ đâu.

Tích hợp chức năng bảo mật toàn diện

Nền tảng SASE kết hợp FWaaS với các công nghệ bảo mật thiết yếu khác như Zero Trust Network Access (ZTNA), Secure Web Gateways (SWG) và Cloud Access Security Brokers (CASB).

Sự tích hợp này có nghĩa là bảo mật không còn là suy nghĩ sau hay lớp riêng biệt mà được tích hợp sẵn và liền mạch trên tất cả các tương tác mạng.

Nhúng tường lửa như một tính năng vô hình nhưng có mặt khắp nơi trong kiến trúc SASE, các tổ chức có thể bảo vệ mọi kết nối dù đó là truy cập ứng dụng cloud, tài nguyên nội bộ hay internet với các chính sách thống nhất được thực thi trong thời gian thực.

Phản ứng với sự tan rã của chu vi

Sự trỗi dậy của điện toán đám mây và làm việc từ xa đã làm tan rã chu vi mạng truyền thống.

SASE phản ứng bằng cách cung cấp một khung bảo mật có thể mở rộng, linh hoạt nơi tường lửa không phải là thiết bị độc lập mà là một phần của cấu trúc dịch vụ liên kết bảo vệ người dùng ở mọi nơi.

Xu hướng này hướng tới một tương lai nơi tường lửa trở thành “người bảo vệ vô hình” được tích hợp liền mạch vào các dịch vụ mạng rộng lớn hơn thay vì các thiết bị cô lập.

Sự hiện diện của chúng được cảm nhận trên mọi kết nối mà không cần can thiệp thủ công hoặc thiết lập phần cứng phức tạp.

Ví dụ: Một ngân hàng hiện đại có thể triển khai AI để phát hiện giao dịch bất thường (như chuyển khoản lớn vào lúc 3 giờ sáng), sử dụng kiến trúc Zero Trust để đảm bảo nhân viên chỉ truy cập được hệ thống cần thiết cho công việc, và áp dụng SASE để nhân viên làm việc từ xa có thể truy cập an toàn vào hệ thống ngân hàng với cùng mức bảo mật như khi ở văn phòng.

Tất cả điều này diễn ra tự động mà không cần can thiệp từ bộ phận IT.