IPSec Internet Protocol Security - UTN

Antecedentes y Definiciones
„
IPSec es un conjunto de estándares del IETF que proporciona servicios
de seguridad a la capa IP y a todos los protocolos superiores basados en
IP (TCP, UDP, ICMP, entre otros). Este estándar surge para abordar las
carencias graves de seguridad existentes en el Protocolo IP.
„
Anterior al surgimiento de IPSec los problemas de seguridad se
abordaban con soluciones propietarias que dificultaban la comunicación
entre los distintos entornos empresariales. La falta de interoperabilidad
fue el principal freno para el establecimiento de comunicaciones seguras.
„
IPSec se integra en la versión actual (IPv4) y se incluye por defecto en
IPv6.
IPSec
Internet Protocol Security
Internetworking
UTN Regional La Plata
Ing. Luis E. Barrera
Año 2007
„
„
„
IPSec hoy día esta incorporado en todos los equipos de comunicaciones,
como así también en las últimas versiones de los sistemas operativos
mas utilizados.
IPSec tienen como finalidad integrar en IP funciones de seguridad
basadas en criptografía proporcionando Confidencialidad, Integridad y
Autenticidad de datagramas IP a través del uso de un conjunto de
algoritmos de encriptación como por ejemplo: tecnologías de clave
Pública (RSA), algoritmos de cifrado simétrico (DES, 3DES, etc..),
algoritmos de hash (MD5, SHA-1) y certificados digitales.
Al ser diseñando en forma modular permite seleccionar de entre un
conjunto de algoritmos deseados sin afectar a otras partes, y lo que es
aun mas importante, permite utilizar o incorporar nuevos algoritmos que
se desarrollen en el futuro dando la característica de versatilidad del
estándar IPSec.
Componentes y modos de uso.
„
Componentes principales:
„ AH (Authentication Header)
„ ESP (Encapsulating Security Payload)
„ IKE ( Internet Key Exchange)
„
IPSec provee:
„ Chequeo de Integridad.
„ Autenticación.
„ Encriptación (Confidencialidad).
„
Puede ser usado:
„ De extremo a extremo o end-to-end.
„ Para establecer Túneles seguros entre Gateways
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„
Modos de funcionamiento:
„ Modo transporte.
„ Modo túnel.
„
Security Associations.
„
Tunneling.
Asociación de seguridad
Es una conexión lógica unidireccional (simplex) entre dos sistemas
IPSec. Se lo identifica por la terna:
(Security Parameter Index, IP destination, Security Protocol).
SPI: valor de 32 bits que identifica los diferentes SAs que tienen misma
dirección destino y protocolo de seguridad. El SPI se transporta en el
header del protocolo de seguridad que se utilice (AH o ESP). Tiene
significado local únicamente, definido por el creador del SA. Los valores
entre 1 y 255 están reservados por el IANA (Internet Assigned Numbers
Authority).
IP: Dirección IP destino.
Security Protocol: Pueden ser AH o ESP.
Tunneling
„
Un SA puede ser establecido tanto en modo túnel como en modo
transporte.
„
Como dijimos un SA es de característica Simplex, con lo cual para una
comunicación bidireccional entre dos sistemas IPSec debemos definir 2
SAs, uno en cada dirección.
„
Un SA proporciona servicios de seguridad al tráfico que transporta a
través de AH o ESP, pero NO ambos. Para una conexión que necesita ser
protegida por ambos dos SAs deben ser definidas.
Consiste en encapsular un protocolo en otro. Es una técnica muy
usada en redes de conmutación de paquetes. En IPSec tunelizar es
encapsular IP en IP.
„
En general la tunelización es usada para transportar tráfico de un
protocolo sobre una red que no soporta ese protocolo directamente.
En el caso de IPSec la tunelización tiene un propósito muy distinto
y es el de proporcionar protección total al datagrama IP que es
encapsulado.
„
2
„
„
Autentication Header (AH)
Ventajas:
„ Proporciona seguridad.
„ Permite intercambiar paquetes entre dos intranets con direcciones
IP privadas sobre la Internet publica que requiere de direcciones IP
publicas únicas.
Desventajas:
„ Costo extra en el procesamiento de los paquetes.
„
Garantiza integridad y autenticación de los datagramas IP.
„
No proporciona confidencialidad, los datos transmitidos pueden ser vistos
por terceros.
„
AH inserta una cabecera de autenticación entre el header IP estándar
(IPv4 o IPv6) y los datos transportados (TCP, UDP, ICMP) o un
datagrama IP completo.
„
Al ser un nuevo protocolo IP, el IANA le asignó el numero decimal 51.
„
AH asegura integridad y autenticidad de los datos transportados y de la
cabecera IP, excepto los campos variables: TOS, TTL, flags, offset y
checksum.
Funcionamiento de AH
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Next header: campo de 8 bits que identifica el tipo de datos que contiene el
payload, por ejemplo 6 si se transporta TCP, 17 si se transporta UDP, etc..
Esto en modo transporte, recordando que en modo túnel el payload es otro
paquete IP completo. En el header IP se coloca en el campo Protocolo el
nro. 51 que identifica a AH.
„
Payload length: campo de 8 bits que contiene la longitud de el header AH
expresado en palabras de 32 bits, menos 2.
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„
Reserved: campo de 16 bits reservado para uso futuro. Toma el valor 0.
„
Security parameter index (SPI): Parámetro de 32 bits. Ya definido en
Asociación de Seguridad.
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Sequence number: campo de 32 bits. Contador monótono creciente.
„
Authentication data: campo de longitud variable que contiene el (ICV:
Integrity check value). El ICV para cada paquete se calcula con el
algoritmo seleccionado en la inicialización de la SA. Cualquier algoritmo
MAC (Message Authentication Code) puede ser utilizado para calcular el
ICV. La especificación requiere que HMAC-MD5 y HMAC-SHA-1 deben
ser soportados.
„
Los campos que se modifican en la cabecera IP (TTL, TOS, etc.) se
consideran con valor 0 para el cálculo del ICV.
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Las ventajas de usar AH en modo transporte es el bajo coste de
procesamiento, pero tiene la desventaja de que los campos del header IP
que se modifican en transito no son autenticados.
„
Si se necesita autenticar estos campos entonces se debe usar el modo
túnel.
Encapsulating Security Payload
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ESP provee chequeo de integridad, autenticación y encriptación de
datagramas IP.
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El servicio de chequeo de integridad y autenticación se usan en conjunto.
„
La encriptación puede ser usada independientemente de los otros
servicios. Es MUY RECOMENDABLE que si se a seleccionado el uso de
la encriptación también se utilice la autenticación y el chequeo de
integridad. Si se usa solamente la encriptación, un intruso puede falsear
datagramas con la intención de montar un ataque de criptoanálisis.
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ESP tiene asignado el Nro de protocolo 50 asignado por el IANA.
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Formato del paquete ESP
Como funciona ESP
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Security Parameter Index (SPI): Campo de 32 bits. Ya definido e AH y
SA.
Sequence number: Campo de 32 bits monótono creciente.
Payload data: Este campo es obligatorio. Consiste en un numero
variable de bytes de datos descriptos en el campo Next Header. Se
encripta utilizando algún algoritmo criptográfico seleccionado en el
establecimiento del SA. DES o triple-DES son algunos de los algoritmos
estándar que se utilizan.
Padding: Debido a que varios algoritmos criptográficos necesitan como
entrada de datos bloques de tamaño definido, para completar y alcanzar
el tamaño de dichos bloques se utiliza este campo de relleno.
Pad length: Campo de 8 bits que indica en bytes el tamaño del campo
padding. Siempre esta presente y si es 0 entonces indica que no hay
relleno.
Next header: Campo de 8 bits que indica el tipo de datos que es
transportado en el campo payload.
„
Como vemos el formato es mas complejo que el de AH. En ESP tenemos
un Header ESP, un Trailer ESP y un ESP Authentication Data.
„
Authentication data: Este campo de longitud variable contiene el ICV
(Integrity check value) calculado para el ESP desde el SPI hasta el next
header inclusive. Es un campo opcional, solamente se incluye en el caso
de que el chequeo de integridad y la autenticación hayan sido
seleccionados en el establecimiento del SA. Las especificaciones de ESP
requiere que al menos dos algoritmos de autenticación sean soportados,
HMAC con MD5 y HMAC con SHA-1.
Es importante aclarar que debido a que tanto el campo Next header
como el Payload están cifrados, cualquier atacante que intercepte un
paquete no podrá saber si el contenido es TCP o UDP u otro protocolo.
Esto es normal debido a que es el objetivo que se persigue y que es el de
ocultar la información a terceros no autorizados.
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Asi como AH, ESP puede ser usado en dos maneras. Modo Túnel
y Modo Transporte.
ESP en Modo Túnel
ESP en Modo Transporte
En modo transporte ESP no proporciona ni encriptación ni autenticación
de la cabecera IP.
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•Esta es una desventaja ya que paquetes falsos pueden ser entregados a
ESP para su procesamiento.
„
•La ventaja radica en que en modo transporte se tiene un bajo costo de
procesamiento.
„
En este modo se puede ver que el datagrama original esta encriptado y
autenticado (si es que se seleccionaron ambos servicios) no axial el
nuevo header.
Ventaja respecto a la seguridad brindada al datagrama encapsulado.
Desventaja: costo extra en el procesamiento asociado a este modo.
Protocolo IKE
Modo transporte y modo túnel de ESP
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Hemos visto que ambos extremos en una Asociación de Seguridad deben
tener conocimiento tanto de las claves, axial como del resto de la
información necesaria para enviar y recibir datagramas AH o ESP.
Además ambos nodos deben estar de acuerdo en los algoritmos
criptográficos a emplear como también de los parámetro de control.
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Estas operaciones se pueden realizar mediante una configuración
manual o mediante algún protocolo de control que se encargue de la
negociación automática de los parámetros necesarios. Este protocolo es
IKE (Internet Key Exchange).
„
El IETF definió el protocolo IKE tanto para la gestión automática de claves
como el establecimiento de SAs. Su uso no se limita a IPSec sino que es
un estándar que puede ser usado por otros protocolos como OSPF y
RIPv2.
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Fases de la negociación IKE
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IKE es un protocolo hibrido que surge de la integración de dos protocolos
complementarios: ISAKMP y Oakley.
„
Primera Fase: ambos nodos establecen un canal seguro y autenticado.
ƒ El canal seguro se logra mediante un algoritmo de cifrado
simétrico y un algoritmo HMAC. Las claves derivan de una
clave maestra que se obtienen mediante el algoritmo de
intercambio de claves Diffie-Hellman.
ƒ ISAKMP: Define en forma genérica el protocolo de comunicación
y la sintaxis de los mensajes que se utilizan en IKE.
ƒ Oakey: Especifica la lógica de cómo se realiza de forma segura
el intercambio de clave entre dos partes que no se conocen
previamente.
„
ƒ Existen varios métodos de autenticación. Los dos mas usados
son:
Método del secreto compartido: cadena de caracteres que
únicamente conocen los extremos y que a través de alguna
función hash cada extremo demuestra al otro que conoce el
secreto sin revelar su valor.
Certificados Digitales: Se utilizan dos claves, una privada y otra
pública.
El objetivo principal de IKE consiste en establecer una conexión cifrada y
autenticada entre dos entidades, sobre la cual se negocian los parámetros
necesarios para establecer una Asociación de Seguridad en IPSec.
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Segunda Fase: el canal seguro IKE es usado para negociar los
parámetros de seguridad específicos asociados a un protocolo
determinado, en nuestro caso IPSec.
Servicios de Seguridad ofrecidos por IPSec.
Fases de la negociación IKE
„
Integridad y autenticación del origen de datos.
„
Confidencialidad.
„
Detección de repeticiones.
„
Control de acceso: autenticación y autorización.
„
No repudio.
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Aplicaciones Prácticas de IPSec
Acceso seguro de usuarios remotos
Interconexión segura de redes locales.
Extranet
Referencias:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Santiago Pérez Iglesias. Análisis del protocolo IPSec: el estándar de seguridad en IP.
Telefónica Investigación y Desarrollo.
RedBook. TCP/IP Tutorial and Technical Overview. IBM.
RFC 2402. AH.
RFC 2406. ESP.
RFC 2409. IKE.
RFC 4301. Security Architecture for the Internet Protocol
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