Lehrstuhl für Informatik 4 Verteilte Systeme und Betriebssysteme

IPSec
Markus Weiten
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Lehrstuhl für Informatik 4
Verteilte Systeme und Betriebssysteme
Universität Erlangen-Nürnberg
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Inhalt
n
n
n
n
n
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Motivation, Ansätze
Bestandteile von IPsec (Kurzüberblick)
IPsec Modi
Bestandteile von IPsec – Übertragungsprotokolle
Bestandteile von IPsec – Konfigurationsdatenbanken
IPsec in Aktion
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Das Internetprotokoll garantiert nicht:
n Dass eingehende IP-Pakete vom angegebenen
Sender (Ursprungsadresse im IP-Header) stammen
n Dass die Daten unterwegs nicht böswillig verändert
wurden
n Dass niemand anderes die Daten auf ihrem Weg
eingesehen hat
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Was ist zu tun ?
Es besteht Bedarf an:
n Integrität
n Authentizität
n Vertraulichkeit
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Ansätze
n Sicherheit auf der Anwendungsschicht
- SSL
- SSH
- PGP
n Anwendungsspezifisch, nicht transparent
n Implementierungsoverkill
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Ansätze (2)
n Sicherheit auf der Transportschicht
- Transport Layer Security (TLS)
n Keine Implementierung für UDP
n Teilweise immer noch Änderungen an den
Anwendungen notwendig
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Ansätze (3)
n Sicherheit auf der Datenübertragungsschicht
- 802.1x
- PAP
n transparent
n Erfordert dedizierte Verbindung
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Ansätze (4)
n Sicherheit auf der IP-Schicht
- IPsec
n Transparenz
n keine Anwendungen müssen angepasst werden
n Aufbau von VPNs möglich
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Bestandteile von IPSec
n Übertragungsprotokolle
- Authentication Header (AH)
- Encapsulating Security Payload (ESP)
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Bestandteile von IPSec
n Übertragungsprotokolle
- Authentication Header (AH)
- Encapsulating Security Payload (ESP)
n Konfigurationsdatenbanken
- Datenbank für Sicherheitsassoziationen (SADB)
- Datenbank für Sicherheitsstrategien (SPD)
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Bestandteile von IPSec
n Übertragungsprotokolle
- Authentification Header (AH)
- Encapsulating Security Payload (ESP)
n Konfigurationsdatenbanken
- Datenbank für Sicherheitsassoziationen (SADB)
- Datenbank für Sicherheitsstrategien (SPD)
n Key Management Protokolle
- IKE
- ISAKMP
- Photuris
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IPsec Modi
n Zwei verschiedene Modi: Transport- und Tunnelmodus
n Transportmodus: Zwischen IP-Header und restlichem
Paket wird ein IPsec-Header eingefügt, der die
sicherheitsrelevanten Informationen trägt:
IP Header
TCP/ UDP H.
IP Header
IPsec Header
Payload
TCP/ UDP H.
Payload
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IPsec Modi (2)
n im Transportmodus Peer-to-Peer Sicherung möglich:
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IPsec Modi (3)
n Tunnelmodus: Datenpaket wird in ein komplett neues
Datenpaket gekapselt
IP Header
TCP/ UDP H.
IP Header
IPsec Header
Payload
IP Header
TCP/ UDP H.
Payload
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IPsec Modi (4)
n im Tunnelmodus Netz-zuNetz Sicherung möglich:
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Authentication Header
n Zusätzlicher Header
n Bietet:
- Authentizität des Absenders
- Integrität der Daten
- Schutz vor wiederholtem Senden von Paketen (ReplayAttacken)
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Authentication Header graphisch
Next Header ID Payload Length
Reserved
Security Parameter Index
Serial No
Authentication Data
authentifiziert
IP Header
AH Header
Payload
authentifiziert
IP Header
AH Header
IP Header
Payload
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Encapsulating Security Payload (ESP)
n Zusätzlicher Header + Trailer
n Bietet:
- Authentizität des Absenders
- Integrität der Daten
- Schutz vor wiederholtem Senden von Paketen (ReplayAttacken)
- Vetraulichkeit
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ESP graphisch
Security Parameter Index
Serial No
Initialisation Vector
Encrypted Data
Pad
Pad Length
Next Header
Authentication Data
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ESP graphisch (2)
authentifiziert
IP Header
ESP Header
Payload
ESP Trailer ESP Auth. Data
verschlüsselt
authentifiziert
IP Header
ESP Header IP Header
Payload
ESP Trailer ESP Auth. Data
verschlüsselt
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Datenbank für Sicherheitsstrategien
n Wie wird eingehendes/ausgehendes Paket behandelt?
n 3 Aktionen:
- Keine Sicherheit wird angewandt (bypass)
- Sicherheit wird angewandt (apply)
- Paket wird verworfen (discard)
n Zugriff anhand von Selektoren
n Die vom Admin definierbare Konfiguration
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Datenbank für Sicherheitsstrategien
n
-
Selektoren:
Ursprungsadresse
Zieladresse
Protokoll (TCP oder UDP)
ULP (upper layer ports)
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SADB
n Datenbank von Sicherheitsassoziationen
n Eine Sicherheitsassoziation beschreibt, wie man mit
anderem Host kommuniziert (Krypto-Parameter)
- Gilt in eine Richtung
- Jeweils für eingehenden/ausgehenden Verkehr
- => pro Host zwei SAs für eine Verbindung
n Tripel <SPI, destination address, protocol> legt Eintrag
eindeutig fest
n Security Associations werden automatisch vom Key
Management erzeugt
n Manuelle Erzeugung möglich
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SADB (2)
n Parameter:
n Generische Parameter (von beiden Protokollen
benutzt)
-
Seriennummer
Seriennummerüberlauf
Fenster gegen wiederholtes Senden
Lebensdauer
Modus
Tunnel-Zielort
PMTU-Parameter
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SADB (3)
n
-
Protokollspezifische Parameter
Schlüssel
Authentifikationsalgorithmus
Verschlüsselungsalgorithmus
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Security Parameter Index (SPI)
n 32 Bit Zahl
n Wird in jedem Paket im Klartext mitgeführt
n Ermöglicht den Hosts Zuordnung von Datenpaketen zu
Security Associations
n Wird vom Schlüsselmanagement beim
Verbindungsaufbau vom Empfänger vereinbart
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IPsec in Aktion
n Ausgehende Pakete
IP Schicht
bypass
Datenpaket
SPD konsultieren
discard
apply
SADB konsultieren
SA nicht
vorhanden
SA
vorhanden
Erzeugen von
SA mit IKE
Verarbeitung des
Paketes gemäß SA
Datenübertragungsschicht
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IPsec in Aktion
n ausgehende Verarbeitung bei AH
Next Header ID Payload Length
Reserved
Security Parameter Index
Serial No
Veränderliche Felder des IP-Headers = 0;
TOS
Identification
TTL
Protocol
SPI = SPI der SA;
Payload Length = # 32-Bit Worte - 2;
Authentication Data
Ver. IHL
Seriennummer = ++Seriennummer der
SA;
Authentication Data = 0;
Next Header ID = Protocol (IP-Header);
Total Length
Flags
Fragment
Offset
Header Checksum
Source Address
Destination Address
Komplettes Paket (incl. Payload)
wird zusammen mit dem
Schlüssel aus der SA dem
Authentifizierungsalgorithmus
übergeben;
Authentication Data = Ergebnis
des Algorithmus;
Übergabe an
Datenübertragungsschicht;
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IPsec in Aktion
n ausgehende Verarbeitung bei ESP
Security Parameter Index
Serial No
Initialisation Vector
Encrypted Data
Pad
Pad
Next
Length
Header
Authentification Data
SPI = SPI der SA;
Seriennummer = ++Seriennummer
der SA;
Berechnung der benötigten
Fülldaten;
Anfügen der Fülldaten an die
Payload;
Next Header ID = Protocol (IPHeader);
Verschlüsselung gemäß SA;
Init-Vektor entsprechend Algorithmus
belegen;
Authentifizierung ähnlich AH;
Übergabe an
Datenübertragungsschicht;
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IPsec in Aktion
n Eingehende Pakete
Verarbeitung des
Paketes gemäß SA
SA
vorhanden
SA nicht
vorhanden
=> discard
SADB konsultieren
apply
bypass
SPD konsultieren
discard
IP Schicht
Datenübertragungsschicht
Datenpaket
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Zusammenfassung
n IPsec bietet Vertraulichkeit, Authentizität, Integrität
n 2 Modi:
Transportmodus für Host-zu-Host
Tunnelmodus für Netz-zu-Netz Sicherheit
n Übertragungsprotokolle: AH und ESP
n Konfigurationsdatenbanken:
- Security Policy Database
- Security Association Database
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Quellen
[1]
IPsec
Naganand, Doraswamy, Harkins
Addison-Wesley, 2000
[2]
Security im Überblick: Teil 4, Sicherheit auf der Netzwerkschicht
Axel Sikora
http://www.tecchannel.de/software/1168/index.html, 2003
[3]
Angriffsmethoden und IPsec
Munich Network Management Team
http://wwwmnmteam.informatik.uni-muenchen.de/Literatur/MNMPub/Fopr
as/fack00/HTML-Version/node48.html
[4 ]
Virtual Private Network – Mit sicherem Tunnel durchs Internet (Diplomarbeit)
Olivier Gärtner, Berkant Uneal
Zürcher Hochschule Winterthur, 1999
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