Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Знакомство с
IPSEC
IPsec является лучшим набором средств защиты IP данных при прохождении пакета из одного места в
другое. IPsec защищает только IP 3й уровень и выше. IPsec использует
шифрование данных.
IPsec
состоит из следующих наборов протоколов, которые обеспечивают следующие возможности:
Data
confidentiality
(конфиденциальность данных)
обеспечивает приватность данных между участниками
IPsec
VPN
. Причем эти каналы используются че
рез
. Данные шифруются, что и обеспечивает их конфиденциальность.
Data
intergrity
(целостность данных)
гарантирует что полученные данные не были изменены или подменены при передаче через
IPsec
VPN
.
Обычно используется хэширование данных, и передача
хэш ключа.
Data
origin
authentication
(проверка источника данных)
проверяет источник
IPsec
VPN
. Подлинность источников проверяется на каждом конце тунеля.
Anti
-
replay
(проверка подделки данных)
проверяет что пакеты не были дублированы через
VPN
, использ
уя последовательности (
sequence
number
) и
переменное окно (
sliding
window
) принимающей стороной.
SA
(
security
association
)
IPsec
использует три основных протокола:
Encapsulation Security Payload (ESP)
Authentication
Header
(
AH
)
IKE
Key
Exchange
-
протокол для обмена и договоренности параметров безопасности и ключами
аутентификации. Также обменивается ключами для
encription
algoritm
внутри
IPsec
VPN
.
ESP
Encapsulation
Security
Payload
-
протокол
обеспечивающий
конфиденциальность
,
целостность
,
аутентификацию
испточника
,
и
anti
-
replay
функции
IPsec
.
К тому же это одновременно и протокол
шифрования. Он использует следующие методы шифрования:
AH
Authentication
Header
-
обеспечивает целостность данных, проверку источника, опционно функцию
anty
-
replay
. Конфиденциальность (шифрование) данных он не обеспечивает.
Оба
AH
и
ESP
используют
Hash
-
based
Message
Authentication
Code
HMAC
для
проверки
целостности
данных
и
аутентификацию
пира
.
HMAC алгоритм в IPsec использует следующие алгоритмы:
Хэш алгоритм
Input
Output
Used by IPsec
Message Digest 5 (MD5)
Variable
128 bit
128 bit
Secure Hash Algorithm (SHA
-
1)
Variable
160 bit
First 96 bit
Оба
MD
5 и
SHA
-
1 используют
shared
key
для генерирования и проверки хэш. Криптографическая
стойкость
HMAC
зависит от свойств хэш функции. Оба
MD
5 и
SHA
-
1 используют входящие значения
переменной длинны и создают хэш фиксированной длинны.
Хотя
IPsec
использует толь
ко 96 бит от 160
битной
SHA
-
1, он считается более секьюрным чем
MD
5.
Data
Encription
Standart
(
DES
)
-
имеет широкое распространение, довольно старый формат.
Triple Data Encription Standard (3DES)
-
использует блок DES три раза.
Advanced Encription
Standard (AES)
-
очень популярный симметричный протокол шифрования.
Аутентификация пира
Usernsme
and
password
-
пароль и логин должны быть сконфигурированы на обоих пирах. Т.к. пароль и
логин не изменяются со временем то этот метод не является безопасным.
Preshared
keys
-
та же концепция что и логин с паролем. В этом случае только одно значение используется
на об
оих концах
Digital
Certificates
-
очень популярный метод аутентификации пользователей и устройств. Используются
сервера аутентификаций, и если устр
-
во хочет себя идентифицировать оно отсылает сертификат на этот
сервер, который и аутентифицирует его.
Internet
Key
Exchange
(
IKE
)
Защитное соединение
IPsec
между двумя устройствами в начале может быть установлено по ключам,
сохраненным на обоих устройствах. Но если эти ключи не изменять, то сеть может быть подвержена
brute
-
force
(перебор паролей) атакам. П
остоянная смена ключей в ручном режиме так же невозможна.
IKE
протоколы
:
Это обмен
IPsec
параметрами и ключами.
IKE
автоматизирует процесс обмена ключами, и автоматически
создает
security
assotoation
SA
.
SA
являются договоренными параметрами безопасности между пирами.
IKE
использует другие протоколы для выполнения аутентификации пиров и генерации ключей:
I
SAKMP
-
Security
Assotiation
and
Key
Management
Protocol
определяет процседуры о том как
устано
вить, согласовать, изменить и удалить
SA
. Все процессы согласования параметров проходят через
ISAKMP
, такие как
header
authentication
и
payload
encapsulation
.
ISAKMP
выполняет аутентификацию пира,
но не включает обмен ключами.
Oakley
-
использует
Diffie
-
He
lman
алгоритм для управления обмена ключами через
IPsec
SA
.
Diffie
-
Helman
это криптографический алгоритм который позволяет двум точкам обмениваться
shared
ключами через
незащищенный канал.
IKE
фазы
Процесс работы протокола
IKE
разбит на 2 фазы, по которым устанавливается коммуникационный канал
между двумя точками.
IKE
phase
1
-
главная
IKE
фаза. Между пирами устанавливается двунаправленное
SA
. Для приема и
передачи используются разные
SA
. На 1й фазе также происходит и аутентификация пира. Существуют 2
IKE
режима для установления двунаправленных
SA
это:
main
mode
и
aggressive
mode
. На этой фазе
происходит согласование параметров, таких как метод хэширования и использование
trasform
set
.
Использование
pre
-
shared
ключа
для
аутентификации
-
VPN
client
инициирует
aggressive
mode
.
Каждый
пир знает ключ другого пира. Этот ключ виден в
running
-
config
. Зная это есть дополнительная опция
шифрования
pre
-
shared
ключей. В конфигурацию
VPN
клиента необходимо ввести данные о группе, имя и
ключ.
Использование цифровых сертификатов
-
VPN
клиент инициирует
main
mode
. Цифровые сертификаты
используют
RSA
подписи на
Easy
VPN
Remote
устройстве. Эта поддержка обеспечивается
RSA
сертификатом сохраненным в центральном репозитории или в самом устройстве. С цифровым
сертификатом для определения профайла группы используется специальное
distinguished
имя.
Cisco
рекомендует тайм аут в 40 секунд когда используются цифровые сертификаты.
IKE
phase
1.5
-
опциональная фаза которая обеспечивает дополнительную аутентификацию
Xauth
или
Extended
Authentication
.
IPsec
может использовать
username
и
password
для установления соединения.
Например когда устанавливается
IPsec
VPN
соединение через
cis
co
VPN
client
, то при настройке групповой
аутентификации клиент запрашивает логин и пароль, дак вот эти логин и пароль и являются результатом
работы
Xauth
.
IKE
phase
2
-
вторая главная
IKE
фаза, в которой происходит создание однонаправленной
SA
по
параметрам согласованным 1й фазой. Т.е. на второй фазе происходит непосредственно создание
SA
для
пользовательского трафика, а в перфой для служебного трафика. Использование однонаправленной
SA
означает что раздельный ключевой материал необходим для ка
ждого направления. Фаза 2 использует
IKE
quick
mode
для установки каждой
unidirectional
SA
.
IKE
режимы
Состоит из трех режимов. На первой фазе
IKE
происходит происходит выбор одного из двух режимов (
main
или
aggressive
), а вторая фаза всегда использует режим
quick
.
IKE
Main
Mode
Состоит из обмена 6 сообщениями между пирами.
IPsec
параметры и
security
policy
-
инициатор соединения шлет один или несколько предложений (
proposals
)
и ответчик выбирает одно из них
Diffie
-
Hel
man
public
key
exchange
-
IPsec
пиры обмениваются публичными ключами.
ISAKMP
session
authentication
-
Каждый пир аутентифицируется другим пиром.
IKE
Aggressive
Mode
Состоит из обмена 3 пакетами.
Инициатор шлет все данные включая
IPsec
параметры,
security
policy
, и
Diffie
-
Helman
публичные ключи.
Ответчик аутентифицирует пакет и шлет parameter proposal, key material, identification back.
Инициатор аутентифицирует пакет
IKE
Quick
Mode
Используется во время
IKE
фазы 2. Согласование на этом режиме уже проходит в защищенном режиме,
установленном в первой фазе. Происходит согласование
SA
используемых для шифровки данных. А также
обмен ключами для этих
SAs
.
Другие IKE функции
Периодически шлются
keepalive
пакеты, каждые 10 сек. Если пает не пришел, то пир считается
недоступным.
NAT
traversal
Решает проблемы связанные с
NAT
, так как
IPsec
прячет заголовок
L
3. Во время первой фазы определяется
используется ли
NAT
. После этого во время
IKE
фазы 2 решается использовать ли
NAT
traversal
и
устанавливается
SA
.
NAT
traversal
работает путем вставки
UDP
заголовка до
ESP
заголовка в
IPsec
пакете.
Этот новый заголовок транспортного уровня имеет незашифрованную информацию о
портах, которая
сохраняется в таблице трансляции.
Using NAT
-
T
To use NAT
-
T, you must perform the following tasks:
Step 1 Enter the following command to enable IPsec over NAT
-
T globally on the ASA:
crypto isakmp nat
-
traversal natkeepalive
The range for the natkeepalive argument is 10 to 3600 seconds. The default is 20 seconds.
For example, enter the following command to enable NAT
-
hostname(config)# crypto isakmp nat
-
traversal 3600
Step 2 Select the
before
-
encryption option for the IPsec fragmentation policy by entering this command:
hostname(config)# crypto ipsec fragmentation before
-
encryption
e
the operation of NAT devices that do support IP fragmentation.
Configuring IPsec Prefragmentation Globally
IPsec prefragmentation is
globally enabled by default. To enable or disable prefragmentation for IPsec VPNs at the global level, perform this task begi
nning in global
configuration mode:
Command
Purpose
Step
1
Router(config)#
crypto ipsec fragmentation before
-
encryption
Enables prefragmentation for IPsec VPNs globally.
Step
2
Router(config)#
crypto ipsec fragmentation after
-
encryption
Disables prefragmentation for IPsec VPNs globally.
Mode
configuration
Позволяет отсылать
IPsec
атрибуты удаленному
IPsec
клиенту.
IP
адрес
IPsec
соединения,
DNS
и
NETBIOS
сервера и т.д. Таким образом работает
Cisco
VPN
client
.
Easy
VPN
Server
Для работы
Easy
VPN
Server
необходима поддержка
ISAKMP
политик с использованием
Diffie
-
Hellman
group
2 (1024
bit
) согласования. Этот протокол используется расширением
Cisco
Unity
.
Cisco
Unity
protocol
базируется на идентификации клиентской группы. Клиент должен аутентифицировасть свою группу, а если
включен
XAUTH
еще и себя(логином и паролем). При использовании
Easy
VPN
Remote
обязательно должна
присутствовать аутентификация и шифрование.
Cisco
Unity
п
ротокол использует только
ESP
. Если включен
режим сплит тунелинга, то
NAT
не используется, потому что туннель учавствует в маршрутизации.
таблице указаны значения параметров команды применяемых в настройке:
Transform type
IOS Transform
Description
AH
Transform
ah
-
md5
-
hmac
ah
-
sha
-
hmac
AH
с
MD
5 аутентификацией
AH
с
SHA
аутентификацией
ESP Encription Transform
esp
-
aes
esp
-
aes 192
esp
-
aes 256
esp
-
des
esp
-
3des
ESP c 128 bit AES шифрованием
ESP c 192 bit AES шифрованием
ESP c 256 bit AES шифрованием
ESP c 56 bit DES шифрованием
ESP c 168 bit DES шифрованием
ESP Authentication transform
esp
-
md5
-
hmac
esp
-
sha
-
hmac
ESP
c
MD
5 аутентификацией
ESP
c
SHA
аутентификацией
DES
c
56 битным ключем, может быть взломан в течении 24 часов современными компьютерами.
3
DES
использует 3 различных 56 битных ключа (
DES
encrypt
,
DES
decrypt
,
DES
encrypt
) для создания
цифрового текста.
AES
использует от 128
-
256 бит. Также существует
Rijndael
. Их отличия в том что шаг шифрования в
AES
64
bit
а в
Rijndael
32
bit
VPN Ports
PPTP:
To allow PPTP tunnel maintenance traffic, open TCP 1723.
To allow PPTP tunneled data to pass through router, open Protocol ID 47.
L2TP over IPSec
To allow Inter
net Key Exchange (IKE), open UDP 500.
To allow IPSec Network Address Translation (NAT
-
T) open UDP 4500.
To allow L2TP traffic, open UDP 1701.
OpenVPN:
OpenVPN uses port 1194 udp and tcp:
Here’s the Cisco access list: (gre=Protocol ID 47, pptp=1723, isak
mp=500, non500
-
isakmp=4500):
permit gre any any
permit tcp any any eq 1194
permit udp any any eq 1194
permit udp any any eq isakmp
permit udp any any eq non500
-
isakmp
permit udp any any eq 5500
permit tcp any any eq 1723
permit udp any any eq 1701
Table 3
Allowed Transform Combinations
Transform Type
Transform
Description
AH Transform
(
Pick only one.
)
ah
-
md5
-
hmac
AH with the MD5 (Message Digest 5) (an HMAC variant) authentication
algorithm. (No longer recommened).
ah
-
sha
-
hmac
AH with the SHA (Secure Hash Algorithm) (an HMAC variant)
authentication algorithm.
ESP
Encryption
Transform
(
Pick only
one.
)
esp
-
aes
ESP with the 128
-
bit Advanced Encryption Standard (AES) encryption
algorithm.
esp
-
gcm
esp
-
gmac
The
esp
-
gcm
and
esp
-
gmac
transforms are ESPs with either a 128
-
bit or
a 256
-
bit encryption algorithm. The default for either of these transforms
is 128 bits.
Both
esp
-
gcm
and
esp
-
gmac
transforms cannot be configured together
with any other ESP transform within the same crypto IPse
c transform set
using the
crypto
ipsec
transform
-
command.
esp
-
aes192
ESP with the 192
-
bit AES encryption algorithm.
esp
-
aes256
ESP with the 256
-
bit AES encryption algorithm.
esp
-
des
ESP with the 56
-
bit Data Encryption Standard (DES) encryption
algorithm. (No longer recommended).
esp
-
3des
ESP with the 168
-
bit DES encryption algorithm (3DES or Triple DES).
(No longer recommended).
esp
-
null
Null encryption algorithm.
esp
-
seal
ESP with the 160
-
bit SEAL encryption algorithm.
ESP
Authentication
Transform
(
Pick
only one.
)
esp
-
md5
-
hmac
ESP with the MD5 (HMAC variant) authentication algorithm. (No longer
recommended).
esp
-
sha
-
hmac
ESP with the SHA (HMAC variant) authentication algorithm.
IP
Compression
Transform
comp
-
lzs
IP compression with the Lempel
-
Ziv
-
Stac (LZS) algorithm
Table
23
-
1 ISAKMP Policy Keywords for CLI Commands
Command
Keyword
Meaning
Description
isakmp policy
authentication
rsa
-
sig
A digital certificate
with keys generated
by the RSA
signatures algorithm
Specifies the authentication method the security
appliance uses to establish the identity of each
IPsec peer.
dsa
-
sig
A digital certificate
with keys generated
by the DSA
signatures algorithm
Specifies Digital Signature Algorithm signatures
as the
pre
-
share
(default)
Preshared keys
Preshared keys do not scale well with a growing
network but are easier to set up in a small
network.
isakmp policy
encryption
des
3des
(default)
56
-
bit DES
-
CBC
168
-
bit Triple DES
Specifies the symmetric encryption algorithm that
protects data transmitted between two IPsec
peers. The default is 168
-
bit Triple DES.
aes
aes
-
192
aes
-
256
The Advanced Encryption Standard supports key
lengths of 128, 192, 256 bits.
isakmp policy
hash
sha
(default)
SHA
-
1 (HMAC
variant)
Specifies the hash algorithm used to ensure data
integrity. It ensures that a packet comes from
where it says it comes from, and that it has not
been modified in transit.
md5
MD5 (HMAC variant)
The default is SHA
-
1.
MD5 has a smaller digest
and is considered to be slightly faster than SHA
-
1.
A successful (but extremely difficult) attack
against MD5 has occurred; however, the HMAC
variant IKE uses prevents this attack.
isakmp policy
group
1
Group 1 (768
-
bit)
Specifies the Diffie
-
Hellman group identifier,
which the two IPsec peers use to derive a shared
secret without transmitting it to each other.
With the exception of Group 7, the lower the
Diffie
-
Hellman group no., the less CPU time it
requires to execute. T
he higher the Diffie
-
Hellman
group no., the greater the security.
Cisco VPN Client Version 3.x or higher requires a
minimum of Group 2. (If you configure DH Group
1, the Cisco VPN Client cannot connect.)
AES support is available on security appliances
lice
nsed for VPN
-
3DES only. To support the large
key sizes required by AES, ISAKMP negotiation
should use Diffie
-
Hellman (DH) Group 5.
Designed for devices with low processing power,
such as PDAs and mobile telephones, Group 7
provides the greatest security. T
he Certicom
Movian Client requires Group 7.
2 (default)
Group 2 (1024
-
bit)
5
Group 5 (1536
-
bit)
7
Group 7 (Elliptical
curve field size is
163 bits.)
isakmp policy
lifetime
integer
value
(86400 =
default)
120 to 2147483647
seconds
Specifies the SA lifetime. The default is 86,400
seconds or 24 hours. As a general rule, a shorter
lifetime provides more secure ISAKMP
negotiations (up to a point). However, with shorter
lifetimes, the security appliance sets up future
IPsec SAs more quic
kly.
IPSec
Стандарт
IPSec
был разработан для повышения безопасности
IP
-
протокола. Это
достигается за счет дополнительных протоколов, добавляющих к
IP
-
пакету
собственные заголовки. Т.к.
IPSec
-
стандарт Интернет, то для него существуют
RFC
(
Requests
For
Comments
). Если есть интерес покопаться во внутренностях
IPSec
, то
следующие
RFC
могут оказаться полезными:
-
RFC
2401
IPSec
;
-
RFC
2402
AH
;
-
RFC
2406
ESP
;
-
RFC
2409
IKE
.
Приведем краткое описание каждого дополнительного протокола. Начнем с
сокращени
й, а затем посмотрим, как они укладываются в общую картину создания
виртуальной частной сети.
AH
(
Authentication
Header
)
-
протокол заголовка идентификации. Обеспечивает
целостность путем проверки того, что ни один бит в защищаемой части пакета не был
изм
енен во время передачи. Не будем вдаваться в подробности, какая часть пакета
защищается и где находятся данные
AH
-
заголовка, так как это зависит от
используемого типа шифрования и в деталях, с диаграммами описывается в
соответствующем
RFC
. Отметим лишь, чт
о использование
AH
может вызвать проблемы,
например, при прохождении пакета через
NAT
-
устройство.
NAT
меняет
IP
-
адрес пакета,
чтобы, например, разрешить доступ в Интернет с закрытого локального адреса. Так как
пакет в таком случае изменится, контрольная су
мма
AH
станет неверной. Также стоит
отметить, что
AH
разрабатывался только для обеспечения целостности. Он не
гарантирует конфиденциальности путем шифрования содержимого пакета.
ESP
(
Encapsulating
Security
Protocol
)
-
инкапсулирующий протокол безопасности
,
который обеспечивает и целостность и конфиденциальность. В режиме транспорта
ESP
-
заголовок находится между оригинальным
IP
-
заголовком и заголовком
TCP
или
UDP
. В
режиме туннеля заголовок
ESP
размещается между новым
IP
-
заголовком и полностью
зашифрованным
оригинальным
IP
-
пакетом.
Так как оба протокола
-
AH
и
ESP
-
добавляют собственные заголовки, они имеют свой
ID
протокола, по которому можно определить, что последует за заголовком
IP
. Каждый
тип заголовка имеет собственный номер. Например, для
TCP
это 6,
а для
UDP
-
17. При
работе через
firewall
важно не забыть настроить фильтры, чтобы пропускать пакеты с
ID
AH
-
и/или
ESP
-
протокола. Для
AH
номер
ID
-
51, а
ESP
имеет
ID
протокола равный
50. При создании правила не перепутайте случайно
ID
протокола с номером порта.
Третий протокол, используемый
IPSec
-
это
IKE
или
Internet
Key
Exchange
protocol
. Как
следует из названия, он предназначен для обмена ключами между двумя узлами
VPN
.
Насмотря на то, что генерировать ключи можно вручную, лучшим
и более
масштабируемым вариантом будет автоматизация этого процесса с помощью
IKE
.
Помните, что ключи должны часто меняться, и вам наверняка не хочется полагаться на
свою память, чтобы найти время для совершения этой операции вручную. Главное
-
не
забудьте
настроить правило на файрволе для
UDP
-
порта с номером 500, так как именно
этот порт используется
IKE
.
SA
(
Security
Association
), что можно приближенно перевести как "связь или ассоциация
безопасности"
-
это термин
IPSec
для обозначения соединения. При на
строенном
VPN
,
для каждого используемого протокола создается одна
SA
-
пара (то есть одна для
AH
и
одна для
ESP
).
SA
создаются парами, так как каждая
SA
-
это однонаправленное
соединение, а данные необходимо передавать в двух направлениях. Полученные
SA
-
пары
хранятся на каждом узле. Если ваш узел имеет
SA
, значит
VPN
-
туннель был
установлен успешно.
Так как каждый узел способен устанавливать несколько туннелей с другими узлами,
каждый
SA
имеет уникальный номер, позволяющий определить, к какому узлу он
относит
ся. Это номер называется
SPI
(
Security
Parameter
Index
) или индекс параметра
безопасности.
SA
хранятся в базе данных
c
названием
-
кто бы подумал ;)
-
SAD
(
Security
Association
Database
) или БД ассоциаций безопасности.
Каждый узел
IPSec
также имеет вторую БД
-
SPD
или
Security
Policy
Database
(БД
политики безопасности). Она содержит настроенную вами политику узла. Большинство
VPN
-
решений разрешают создание нескольких политик с комбинациями подходящих
алгоритмов для каждого узла, с которы
м нужно установить соединение.
Фаза Один и Фаза Два
Теперь давайте посмотрим как все это работает вместе. Установка и поддержка
VPN
-
туннеля происходит в два этапа. На первом этапе (фазе) два узла договариваются о
методе идентификации, алгоритме шифрования
, хэш
-
алгоритме и группе
Diffie
Hellman
.
Они также идентифицируют друг друга. Все это может пройти в результате обмена
тремя нешифрованными пакетами (так называемый агрессивный режим) или через
обмен шестью нешифрованными пакетами (стандартный режим
-
main
mode
). При
успешном завершении операции создается
SA
первой Фазы
-
Phase
1
SA
(также
называемый
IKE
SA
) и процесс переходит к Фазе Два.
На втором этапе генерируются данные ключей, узлы договариваются насчет
используемой политики. Этот режим, называемый б
ыстрым режимом (
quick
mode
),
отличается от первой фазы тем, что может установиться только после первого этапа,
когда все пакеты второй фазы шифруются. Такое положение дел усложняет решение
проблем в случае неполадок на второй фазе при успешном завершении п
ервой.
Правильное завершение второй фазы приводит к появлению
Phase
2
SA
или
IPSec
SA
, и
на этом установка туннеля считается завершенной.
Когда же это все происходит? Сначала на узел прибывает пакет с адресом назначения
в другом домене шифрования, и узел
инициирует Фазу Один с тем узлом, который
отвечает за другой домен. Допустим, туннель между узлами был успешно установлен и
ожидает пакетов. Однако, узлам необходимо переидентифицировать друг друга и
сравнить политику через определенное время. Это время из
вестно как время жизни
Phase
One
или
IKE
SA
lifetime
. Узлы также должны сменить ключ для шифрования
данных через другой отрезок времени, который называется временем жизни
Phase
Two
или
IPSec
SA
lifetime
.
Phase
Two
lifetime
короче, чем у первой фазы, так как ключ
необходимо менять чаще. Типичное время жизни
Phase
Two
-
60 минут. Для
Phase
One
оно равно 24 часам.
Приложенные файлы
