IPSec. Теория. Режимы работы

Главная Назад

Первую озвученную выше проблему призвано решить шифрование.

Сейчас для организации шифрованного VPN-канала используются преимущественно следующие технологии: IPSec (IP Security), OpenVPN и PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol).

Бессменным лидером, конечно, является IPSec, о нём и поговорим.

Теория.

Для начала нужно уяснить себе, что IPSec – это не протокол, это стандарт, включающий в себя целых три протокола, каждый со своими функциями:

1. ESP (Encapsulating Security Payload – безопасная инкапсуляция полезной нагрузки) занимается непосредственно шифрованием данных, а также может обеспечивать аутентификацию источника и проверку целостности данных
2. AH (Authentication Header – заголовок аутентификации) отвечает за аутентификацию источника и проверку целостности данных
3. IKE (Internet Key Exchange protocol – протокол обмена ключами) используется для формирования IPSec SA (Security Association, об этом чуть ниже), проще говоря, согласования работы участников защищенного соединения. Используя этот протокол, участники договариваются, какой алгоритм шифрования будет использоваться, по какому алгоритму будет производиться (и будет ли вообще) проверка целостности, как аутентифицировать друг друга.

Security Association

Прежде чем переходить дальше, разберемся с термином SA – Security Association. SA в общем смысле представляет собой набор параметров защищенного соединения (например, алгоритм шифрования, ключ шифрования), который может использоваться обеими сторонами соединения. У каждого соединения есть ассоциированный с ним SA.

Теперь по порядку, как создается защищенное соединение в IPSec:

• Для начала, участникам надо договорится, какие алгоритмы/механизмы защиты они будут использовать для своего защищенного соединения, поэтому в дело вступает IKE. Процесс состоит из двух фаз:
• Фаза первая: участники аутентифицируют друг друга и договариваются о параметрах установки специального соединения (тоже защищенного), предназначенного только для обмена информацией о желаемых/поддерживаемых алгоритмах шифрования и прочих деталях будущего IPSec-туннеля. Параметры этого мини-туннеля (правильно он называется ISAKMP Tunnel) определяются политикой ISAKMP, в режим редактирования которой мы можем попасть из конфигурационного режима командой crypto isakmp policy номерполитики_. Если стороны пришли к соглашению, устанавливается ISAKMP туннель (его наличие можно посмотреть командой show crypto isakmp sa), по которому уже проходит вторая фаза IKE.
• Фаза вторая: уже доверяющие друг другу участники договариваются о том, как строить основной туннель для данных. Они по очереди предлагают друг другу варианты, указанные в команде crypto ipsec transform-set, и, если приходят к согласию, поднимают основной туннель. Нужно сказать, что, после его установления, вспомогательный ISAKMP туннель никуда не пропадает – он используется для обновления SA основного. Дело в том, что ключи, выбираемые для шифрования информации в IPSec-туннеле, имеют некоторое “время жизни” (может выражаться как в количестве байт, так и в секундах – что первое достигнет порогового значения), по истечение которого должны быть заменены. Это как пароль, который вы меняете раз в час (по умолчанию lifetime IPSec SA составляет 4608000 килобайт/3600 секунд).
• Участники получили шифрованный туннель с параметрами, которые их всех устраивают, и направляют туда потоки данных, подлежащие шифрованию, т.е., подпадающие под указанный в crypto map аксесс-лист.
• Периодически, в соответствии с настроенным lifetime, обновляются ключи шифрования для основного туннеля: участники вновь связываются по ISAKMP-туннелю, проходят вторую фазу и устанавливают новые SA.

Строго говоря, в этом процессе есть нулевой шаг: некий трафик должен попасть в соответствие аксесс-листу в крипто мапе. Только после этого будет происходить все остальное.

Трансформ-сет.

Теперь немного о трансформ-сете и чем отличается ESP от AH. Как будут шифроваться наши данные, идущие через туннель, определяет команда crypto ipsec transform-set имясета_, после которой идет название протокола, который будет использован (ESP или AH) + алгоритм, по которому будет работать протокол. Например, команда crypto ipsec transform-set SET1 esp-aes даст понять роутеру, что трансформ-сет с именем “SET1”, если он будет применен, будет работать только по протоколу ESP c шифрованием алгоритмом AES. Ну если с ESP все более-менее понятно, его дело-шифровать (обеспечивать конфиденциальность), то что такое AH и зачем он вообще нужен? AH обеспечивает аутентификацию данных, то есть дает уверенность, что эти данные пришли именно от того, с кем мы установили связь, и не были изменены по дороге. Если не углубляться в подробности, работает это так: в каждый пакет между заголовком IP и заголовком транспортного уровня вставляется заголовок AH, в котором присутствует:

• информация, по которой получатель может понять, к какой SA относится данный пакет (т.е., в том числе, по какому алгоритму ему считать хеш для сравнения – MD5 или SHA)
• так называемый ICV (Integrity Check Value), представляющий собой хеш от пакета (на самом деле, не всего пакета, а неизменяемых в процессе путешествия полей), который позволяет однозначно убедиться получателю, что этот пакет не изменялся по дороге, путем вычисления хеша от той же информации и сравнения результата со значением этого поля.

Режимы работы IPSec.

IPSec может работать в двух режимах: туннельном и транспортном.

Туннельный режим работы IPSec.

В этом режиме берётся ваш изначальный IP-пакет, шифруется полностью, вместе с заголовком IP, добавляется служебная информация IPSec и новый заголовок IP:

Это режим по умолчанию.

Транспортный режим работы IPSec.

Он много чем отличается от туннельного, но самое важное – это метод инкапсуляции.

Вот пакет IPSec в туннельном режиме

А это пакет IPSec в транспортном:

То есть туннельный шифрует изначальный пакет полностью и добавляет новый заголовок IP. Транспортный же шифрует всё, что выше уровня IP, а заголовок IP оставляет без изменений.

Грубо говоря, туннельный режим вы используете для того, чтобы связать две приватные сети через публичную, обеспечив при этом шифрование (Что-то вроде безопасного GRE). Транспортный же актуален тогда, когда IP-связность уже достигнута, но трафик между узлами нужно шифровать. Удачным примером применения транспортного режима может быть схема сервер-клиент. Например, работа клиент-банка. Сервер и так уже доступен, но трафик нужно зашифровать.

Главная Назад