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IPsecについて
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- 2. 概要 IPsecの位置づけ IPsecの構成要素と機能 IPsecの仕組み SA管理と 管理(IKEv2) 参考文献： “マスタリングIPsec第2版,” 馬場達也, O’REILLY, 2006. 2
- 3. IPsecの必要性 インターネット上の通信は原理的に全て盗聴可能 tcpdump, snoopなどによるパケットキャプチャ SMTPサーバの一時保存データ IPsecを使えば盗聴や改ざんによる被害からあなたを 守ってくれます ただし非常に複雑で難しいのでがんばってください 3
- 4. データのセキュリティ 機密性(Confidentiality) データの内容を第三者に知られないようにする 安全性(Integrity) 改ざんされないようにする 認証(Authentication) 相手が正当であることを確認（相手認証） 改ざんされていないことを確認（メッセージ認証） 否認防止(Non-repudiation) データ送信したことを否定させない 4
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- 6. IPsecでできること／できないこと ホスト IPsec機器 IPsec機器 ホスト ・データ暗号化 ・メッセージ認証 ・相手認証 保護できない IPsecで保護できる 保護できない 6
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- 8. セキュリティプロトコル データ通信のセキュリティを確保するプロトコル IPsec SSL/TLS SSH TSIG, SIG(0) S/MIME, PGP DNSSEC など…… 目的に合わせて適切に選択しましょう 8
- 9. セキュリティプロトコルの関係 www E-mail rlogin DNS メッセージ DNS アプリケーション Web Data データ コンテンツ S/MIME, PGP DNSSEC アプリケーション層 HTTP DOMAIN POP3 SMTP IMAP4 SSH + TSIG SSL/TLS トランスポート層 TCP UDP IPsec ネットワーク層 IP データリンク層 PPP Ethernet ATM 9
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- 11. IPsec関連の主なRFC 非常に多い。ドラフトも多いので注意 IPsecアーキテクチャ 4301 セキュリティプロトコル 4302, 4303, 3173 セキュリティプロトコル用アルゴリズム 4305, 2405, 2410, 2451, 3602, 3686, 2403, 2404, 3566, 4543, 2394, 2395, 3051 管理プロトコル 4306 管理プロトコル用アルゴリズム 4307, 3526, 4434 11
- 12. IPsecを構成するプロトコル群 AH(Authentication Header) IPパケットの完全性確保 ESPで代用可能なのでv3から実装は必須ではない ESP(Encapsulating Security Payload) IPパケットの機密性と完全性を確保 IKEv2(Internet Key Exchange version 2) 500/UDP, 4500/UDP やアルゴリズム等の情報交換のためのプロトコル IPsecとは独立 IPComp(IP Payload Compression Protocol) IPパケットの圧縮（省略） 12
- 13. IPsecで利用する暗号技術 IPsec データの暗号化：共通 暗号 メッセージ認証：メッセージ認証コード(MAC) IKEv2（ 交換プロトコル） メッセージ暗号化：共通 暗号 メッセージ認証：メッセージ認証コード(MAC) 秘密 の共有：Diffie-Hellman 共有アルゴリズム 秘密 共有時の相手認証：デジタル署名 相手認証用の公開 入手：PKI（公開 基盤） 13
- 14. 暗号化方式 共通 のブロック暗号方式：ECB, CBC,CFB, OFB, CTR 共通 暗号：DES, 3DES, AES, IDEA, RC2, RC4, RC5, RC6, Blowfish, Twofish, CAST-128, CAST-256, Camella, SEED 公開 暗号：RSA, ElGamal, ECC 一方向ハッシュ関数：MD2, MD4, MD5, SHA-1, SHA-256, SHA-384, SHA-512, RIPEMD-160, RIPEMD-128 MAC:HMAC, CBC-MAC, XCBC-MAC, CMAC, GMAC デジタル署名：RSA署名, DSA署名(DSS), ECDSA署名 秘密 共有アルゴリズム：Diffie=Hellman 共有アルゴリ ズム, 公開 暗号を利用した 配送方式 PKI：CAと公開 証明書 14
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- 18. データ送信元の認証 AHまたはESPにより提供 メッセージ認証コード(MAC)を利用 共有秘密 の交換は手動 or IKEv2 18
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- 20. データの機密性確保 ESPにより提供 データを共通 暗号により暗号化 20
- 21. トラフィック情報の機密性確保 ESPにより提供 どのような種類のアクセスが行われたかを隠 プロトコルヘッダの暗号化 トンネルモードでは始点と終点のIPアドレスも隠 送信データ量もある程度は隠 可能 IPsecではアクセス時刻や頻度は隠 できない 21
- 22. IPsecの要素まとめ IPsecポリシーによる アクセス制御 フィルタリング AH IPsec 完全性 シーケンス番 ESP 送信元認証 トンネリング IPComp リプレイ防御 HMAC, CBC-MAC... 機密性 MAC 3DES, AES... CBC... ペイロード圧縮 トラフィック情報 共通 暗号 SHA-1... の機密性 RSA署名, DSS... デジタル署名 公開 基盤 RSA, ECC, ElGamal IKEv2 Diffie-Hellman 共有アルゴリズム CA 22
- 23. IPsecの仕組み 23
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- 25. トランスポートモード ホスト間のIPsec接続に使用 主にIPペイロードのセキュリティを確保 IPsec接続 端末 端末 IPv4 TCP データ ヘッダ ヘッダ IPv4 ESP/AH TCP ESP データ ヘッダ ヘッダ ヘッダ トレーラ 25 暗号化
- 26. トンネルモード ゲートウェイ間でのトンネル構築に使用 IPパケット全体を保護 IPsec接続 端末 IPsec機器 IPsec機器 端末 IPv4 TCP データ ヘッダ ヘッダ トンネル ESP/AH IPv4 TCP ESP データ IPv4ヘッダ ヘッダ ヘッダ ヘッダ トレーラ 26 暗号化
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- 28. セキュリティポリシー パケットに対して、IPsecを適用する(PROTECT)、IPsecを適 用しない(BYPASS)、破棄(DISCARD)の3つの操作を行う セレクタ：パケットを指定するための情報（条件式） 送信元アドレス、送信先アドレス 次レイヤプロトコル 送信元ポート、送信先ポート ICMPメッセージタイプ／コード 名前（実装依存） 操作ごとにセキュリティポリシーデータベース(SPD)に登録 28
- 29. セキュリティポリシーの例 セレクタ 評価 適用する リモート ローカル 次レイヤ その他 順序 処理 アドレス アドレス プロトコル （ポートなど） トンネルモード 始点：10.1.1.1 1 10.2.1.0/24 10.1.1.0/24 ANY ANY 終点：10.2.1.1 ESP：AES-CBC AES-XCBC-MAC-96 トランスポートモード 始点：10.1.1.1 2 10.1.1.0/24 10.1.1.0/24 ANY ANY 終点：10.1.1.1 ESP：AES-CBC AES-XCBC-MAC-96 O1 10.3.1.0/24 10.1.1.0/24 ANY ANY BYPASS O2 ANY ANY ANY ANY DISCARD I1 10.3.1.0/24 10.1.1.0/24 ANY ANY BYPASS I2 ANY ANY ANY ANY DISCARD 29
- 30. セキュリティアソシエーション IPsecホスト間の約束（単方向コネクション） IPsecプロトコルモード（トンネルorトランスポート） IPsecプロトコル種別（AHor EPS） 暗号化アルゴリズム、認証アルゴリズム アルゴリズムのパラメータ（ など） 単方向なので双方向通信するためには2本必要 セキュリティポリシーに従って生成される セキュリティアソシエーションデータベース(SAD)に格納 セキュリティパラメータインデックス(SPI)で識別 30
- 31. ESPパケットフォーマット 0 31 セキュリティパラメータインデックス(SPI) ESPヘッダ シーケンス番号 初期ベクトル(IV)（可変長） ペイロード データ（可変長） TFCパディング（可変長） パディング（可変長）・次ヘッダ番号 ESPトレーラ 完全性チェック値(ICV)（可変長） 31
- 32. IPsec処理の流れ L3パケット DISCARD IPsec処理部 （破棄） SPD パケット情報 ポリシー 処理 DISCARD, BYPASS, PROTECT SAあり SAなし SPI （ESPヘッダ） SA SAD IKEv2 SA確立 登録 BYPASS 暗号化・認証 （適用しない） 送信など 32
- 33. IPsecのフラグメント処理 IPsecではヘッダが増えるのでIPパケットが大きくなる MTUを超えるとスループットが低下するので注意 トランスポートモードではMTUを超えてもフラグメント 処理をしない IPヘッダを使いまわすため、元のIPヘッダのMFビット との整合性をとれなくなる トンネルモードではフラグメント処理できる トンネルモードでは新たにIPヘッダを付加するから 第2フラグメント以降はTCPヘッダ等がないので別の セキュリティポリシーが適用される 33
- 34. 経路MTU探索 IPsecでは送信元アドレスがわからない事がある 中継IPsecノードがICMP経路MTUメッセージを受け 取り、SADから探す メッセージにはESPヘッダの一部まで含まれる それらしきホスト全部に経路MTUメッセージを送信 IPsecでは、SAにMTU値を格納 トンネルモードではDF(Don’t Fragment Flag)を指定可能 DFセット、セットしない、元のIPヘッダからコピー 34
- 35. SA管理と 管理(IKEv2) 35
- 36. IKEv2概要 生まれた経緯 暗号は時間をかければ解読可能（原理的には） 共有秘密 は頻繁に変更した方が安全 手動でやるのは面倒なので自動化 500/UDP IPsec SAのパラメータを保護するためにIKE_SAを利用 IKE_SAは双方向（IPsec SAは単方向） IKE_SA確立後にIKE_SAを使ってIPsec SAを確立する IKEv1ではISAKMP SAと呼ばれていた 36
- 37. IKEv2の機能 相手認証 SAの折衝と管理 共有秘密 の管理 サービス妨害攻撃からの防御 37
- 38. 相手認証 AHまたはESPで秘密 を共有する際に利用 IKE_AUTH交換で実行される 相手認証方式は2種類 事前共有秘密 認証 あらかじめ手動で秘密 を共有させておく デジタル署名認証 互いのデジタル署名を検証する（RSA、DSS） 38
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- 40. プロポーザルの例 プロポーザル番号 プロトコル トランスフォームID SA属性 ENCR_AES_CBC 長128bit ESP ENCR_3DES なし 1 AUTH_AES_XCBC_96 なし AH AUTH_HMAC_SHA1_96 なし ENCR_AES_CBC 長128bit ENCR_3DES なし 2 ESP AUTH_AES_XCBC_96 なし AUTH_HMAC_SHA1_96 なし 40
- 41. 共有秘密 の管理 IKEv2では定期的に共有秘密 を変更 Diffie-Hellman 共有アルゴリズム PFS(Perfect Forward Secrecy)保証 ある が解読されてもその情報から次の が解読さ れない性質 IKEv2では有効/無効を選択可能 擬似乱数関数(PRF: Pseudo-Random Function) HMAC-SHA-1, HMAC-MD5, AES-XCBCが利用される 41
- 42. Diffie-Hellman 共有アルゴリズム p, g pとgの合意 pとgの合意 秘密 Xaの生成 秘密 Xbの生成 公開 Yaの生成 公開 Ybの生成 Ya = g^Xa mod p Ya Yb Yb = g^Xb mod p 共有秘密 Kの生成 共有秘密 Kの生成 K = Yb^Xa mod p K = Ya^Xb mod p 42
- 43. サービス妨害攻撃からの防御 大量のIKEv2メッセージが送られるとサービスが妨害 される cookieを利用したチェックを行う（下図参照） クライアント ターゲット リクエスト ・cookieの値 ・クライアント情報 cookie ・リクエスト内容 リクエスト+cookie をチェックする 接続処理 レスポンス 43
- 44. リモートアクセスVPN 44
- 45. こんな時 LAN 自席の端末に つなぎたい GW IPsec接続 外部端末 IPsec機器 端末 45
- 46. 必要な機能 NAT対応 内部IPアドレスの割り当てと内部ネットワーク情報の 設定 外部端末でも内部のアドレスやDNS等の情報が必要 ユーザ認証 端末が盗まれた時のため セキュリティポリシーの動的設定 外部端末のアドレスが不定なため ファイアウォール通過設定 46
- 47. NATとIPsecの問題 IPsecではTCP/UDPヘッダが暗号化または無い → ポート番号が無い ベーシックNAT（NAPTではない方）なら適用できる かも 送信元IPアドレスが変換される 完全性チェック値(ICV)の不一致で破棄される チェックサムにアドレス情報が入らなければ可能？ AHではダメ ESPトンネルモードもしくはICMPならデータ次第で可 能 47
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- 50. ユーザ認証 IKEにワンタイムパスワード、チャレンジレスポンス などの機能は無い v1で提案はされたが標準化されず IKEv2では標準で組み込まれた IKE_AUTH交換でEAP(PPPExtensible Authentication Protocol)を使える （よく調べてないができるらしい） 50
- 51. IPsec導入 51
- 52. 検討事項 IPsecポリシー IPsecを適用するトラフィック・プロトコル 管理ポリシー IKEv2でよい IKEv2パラメータ 暗号アルゴリズム いくつかスイートが用意されている ネットワーク設計 ゲートウェイの場所 メール・DNSへの経路 52
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Editor's Notes
- #2 \n
- #3 \n
- #4 \n
- #5 \n
- #6 \n
- #7 \n
- #8 \n
- #9 \n
- #10 \n
- #11 \n
- #12 \n
- #13 \n
- #14 \n
- #15 \n
- #16 \n
- #17 \n
- #18 \n
- #19 \n
- #20 \n
- #21 \n
- #22 \n
- #23 \n
- #24 \n
- #25 \n
- #26 \n
- #27 \n
- #28 \n
- #29 \n
- #30 \n
- #31 \n
- #32 \n
- #33 \n
- #34 \n
- #35 \n
- #36 \n
- #37 \n
- #38 \n
- #39 \n
- #40 \n
- #41 \n
- #42 \n
- #43 \n
- #44 \n
- #45 \n
- #46 \n
- #47 \n
- #48 \n
- #49 \n
- #50 \n
- #51 \n
- #52 \n
- #53 \n
- #54 \n