IPsec – Überblick

Junos VPN Site Secure ist eine Suite von IPsec-Funktionen, die auf Multiservice-Linecards (MS-DPC, MS-MPC und MS-MIC) unterstützt werden und in Junos-Versionen vor 13.2 als IPsec-Services bezeichnet wurden. In Junos OS Version 13.2 und höher wird der Begriff "IPsec-Funktionen" ausschließlich verwendet, um sich auf die IPsec-Implementierung auf Adaptive Services und Encryption Services PIC zu beziehen. Dieses Thema bietet Ihnen eine Übersicht über Junos VPN Site Secure und enthält die folgenden Abschnitte:

• IPsec
• Sicherheits-Assoziationen
• IKE
• Keine Unterstützung für NAT-T
• Vergleich von IPsec auf ES PICs und Junos VPN Site Secure auf Multiservices-Karten

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proposal {...}

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proposal {...}

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then dynamic {...}]

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tunnel source address

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tunnel destination address

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remote-gateway address

Authentifizierung ist der Prozess der Überprüfung der Identität des Absenders. Authentifizierungsalgorithmen verwenden einen gemeinsamen Schlüssel, um die Authentizität der IPsec-Geräte zu überprüfen. Das Junos OS verwendet die folgenden Authentifizierungs-Algorithmen:

• Message Digest 5 (MD5) verwendet eine Einweg-Hashfunktion, um eine Nachricht beliebiger Länge in einen Nachrichtendigest mit fester Länge von 128 Bit umzuwandeln. Aufgrund des Konvertierungsprozesses ist es mathematisch nicht möglich, die ursprüngliche Nachricht zu berechnen, indem sie aus dem resultierenden Nachrichtendigest rückwärts berechnet wird. Ebenso führt eine Änderung an einem einzelnen Zeichen in der Nachricht dazu, dass eine ganz andere Message Digest-Nummer generiert wird.

  Um sicherzustellen, dass die Nachricht nicht manipuliert wurde, vergleicht Junos OS den berechneten Message-Digest mit einem Message-Digest, der mit einem freigegebenen Schlüssel entschlüsselt wurde. Das Junos OS verwendet die MD5-Variante mit Hashed Message Authentifizierung Code (HMAC), die eine zusätzliche Hashing-Ebene bereitstellt. MD5 kann mit Authentifizierung Header (AH), Encapsulating Sicherheit Payload (ESP) und Internet Key Exchange (IKE) verwendet werden.

• Secure Hash Algorithm 1 (SHA-1) verwendet einen stärkeren Algorithmus als MD5. SHA-1 nimmt eine Nachricht mit einer Länge von weniger als 264 Bit entgegen und erzeugt einen 160-Bit-Message-Digest. Der große Message Digest stellt sicher, dass die Daten nicht verändert wurden und aus der richtigen Quelle stammen. Das Junos OS verwendet die SHA-1 HMAC-Variante, die eine zusätzliche Hashing-Ebene bereitstellt. SHA-1 kann mit AH, ESP und IKE verwendet werden.

• SHA-256, SHA-384 und SHA-512 (manchmal auch unter dem Namen SHA-2 gruppiert) sind Varianten von SHA-1 und verwenden längere Message Digests. Das Junos OS unterstützt die SHA-256-Version von SHA-2, die alle Versionen der Verschlüsselung Advanced Encryption Standard (AES), Data Encryption Standard (DES) und Triple DES (3DES) verarbeiten kann.

Durch die Verschlüsselung werden Daten in ein sicheres Format verschlüsselt, sodass sie von nicht autorisierten Benutzern nicht entschlüsselt werden können. Wie bei Authentifizierungsalgorithmen wird ein gemeinsamer Schlüssel zusammen mit Verschlüsselungsalgorithmen verwendet, um die Authentizität der IPsec-Geräte zu überprüfen. Das Junos OS verwendet die folgenden Verschlüsselungsalgorithmen:

• Data Encryption Standard Cipher-Block Chaining (DES-CBC) ist ein symmetrischer Blockalgorithmus für geheime Schlüssel. DES verwendet eine Schlüsselgröße von 64 Bit, wobei 8 Bit für die Fehlererkennung und die restlichen 56 Bit für die Verschlüsselung verwendet werden. DES führt eine Reihe einfacher logischer Operationen für den gemeinsam genutzten Schlüssel durch, einschließlich Permutationen und Ersetzungen. CBC nimmt den ersten Block mit 64 Bit Ausgabe von DES, kombiniert diesen Block mit dem zweiten Block, speist ihn in den DES-Algorithmus zurück und wiederholt diesen Vorgang für alle nachfolgenden Blöcke.

• Triple DES-CBC (3DES-CBC) ist ein Verschlüsselungsalgorithmus, der DES-CBC ähnelt, aber ein viel stärkeres Verschlüsselungsergebnis liefert, da er drei Schlüssel für die 168-Bit-Verschlüsselung (3 x 56-Bit) verwendet. 3DES arbeitet mit dem ersten Schlüssel zum Verschlüsseln der Blöcke, dem zweiten Schlüssel zum Entschlüsseln der Blöcke und dem dritten Schlüssel zum erneuten Verschlüsseln der Blöcke.

• Advanced Encryption Standard (AES) ist eine Verschlüsselungsmethode der nächsten Generation, die auf dem Rijndael-Algorithmus basiert, der von den belgischen Kryptographen Dr. Joan Daemen und Dr. Vincent Rijmen entwickelt wurde. Es verwendet einen 128-Bit-Block und drei verschiedene Schlüsselgrößen (128, 192 und 256 Bit). Je nach Schlüsselgröße führt der Algorithmus eine Reihe von Berechnungen (10, 12 oder 14 Runden) durch, die Byteersetzung, Spaltenmischung, Zeilenverschiebung und Schlüsseladdition umfassen. Die Verwendung von AES in Verbindung mit IPsec ist in RFC 3602, Der AES-CBC-Verschlüsselungsalgorithmus und seine Verwendung mit IPsec, definiert.

• Ab Junos OS Version 17.3R1 wird Advanced Encryption Standard im Galois/Counter Mode (AES-GCM) für MS-MPCs und MS-MIC unterstützt. Im Junos FIPS-Modus wird AES-GCM in Junos OS Version 17.3R1 jedoch nicht unterstützt. Ab Junos OS Version 17.4R1 wird AES-GCM im Junos FIPS-Modus unterstützt. AES-GCM ist ein authentifizierter Verschlüsselungsalgorithmus, der sowohl Authentifizierung als auch Datenschutz bietet. AES-GCM verwendet universelles Hashing über ein binäres Galois-Feld, um eine authentifizierte Verschlüsselung zu ermöglichen, und ermöglicht eine authentifizierte Verschlüsselung mit Datenraten von mehreren zehn Gbit/s.

IPsec-Protokolle bestimmen die Art der Authentifizierung und Verschlüsselung, die auf Pakete angewendet wird, die vom Router gesichert werden. Das Junos OS unterstützt die folgenden IPsec-Protokolle:

• AH: AH ist in RFC 2402 definiert und bietet verbindungslose Integrität und Datenursprungs-Authentifizierung für IPv4- und IPv6-Pakete. Es bietet auch Schutz vor Wiederholungen. AH authentifiziert so viel IP-Header wie möglich sowie die Protokolldaten der oberen Ebene. Einige IP-Header-Felder können sich jedoch während der Übertragung ändern. Da der Wert dieser Felder für den Absender möglicherweise nicht vorhersehbar ist, können sie nicht durch AH geschützt werden. In einem IP-Header kann AH mit dem Wert im 51 Protocol Feld eines IPv4-Pakets und dem Next Header Feld eines IPv6-Pakets identifiziert werden. Ein Beispiel für den IPsec-Schutz, den AH bietet, ist in Abbildung 1 dargestellt.

  Hinweis:

  AH wird auf den Routern der T-Serie, M120 und M320 nicht unterstützt.

Abbildung 1: AH-Protokoll

• ESP: ESP ist in RFC 2406 definiert und kann Verschlüsselung und eingeschränkte Vertraulichkeit des Datenverkehrsflusses oder verbindungslose Integrität, Datenursprungs-Authentifizierung und einen Anti-Replay-Service bereitstellen. In einem IP-Header kann ESP als Wert im 50 Protocol Feld eines IPv4-Pakets und Next Header im Feld eines IPv6-Pakets identifiziert werden. Ein Beispiel für den IPsec-Schutz, den ESP bietet, ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: ESP-Protokoll

• Bundle – Wenn Sie AH mit ESP vergleichen, gibt es einige Vor- und Nachteile in beiden Protokollen. ESP bietet ein angemessenes Maß an Authentifizierung und Verschlüsselung, dies tut dies jedoch nur für einen Teil des IP-Pakets. Umgekehrt bietet AH zwar keine Verschlüsselung, aber eine Authentifizierung für das gesamte IP-Paket. Aus diesem Grund bietet das Junos OS eine dritte Form des IPsec-Protokolls, das als Protokollpaket bezeichnet wird. Die Bundle-Option bietet eine hybride Kombination aus AH-Authentifizierung und ESP-Verschlüsselung.

IPsec bietet sichere Tunnel zwischen zwei Peers, und IPsec-gekapselte Pakete haben IP-Header, die Tunnel-Endgerät-IPs enthalten, die sich nicht ändern. Dies führt zur Auswahl eines einzigen Weiterleitungspfads zwischen den Peers, wie in Abbildung 3 dargestellt. Wenn IPsec-Datenverkehr zwischen Datencentern mit Tausenden von Hosts fließt, begrenzt diese Auswahl eines einzigen Pfads den Durchsatz.

Abbildung 3: IPsec mit einem Weiterleitungspfad

Sie können dieses Problem beheben, indem Sie die UDP-Kapselung der IPsec-Pakete aktivieren, bei der ein UDP-Header an den ESP-Header angehängt wird, wie in Abbildung 4 dargestellt. Dadurch werden den zwischengeschalteten Routern Layer-3- und Layer-4-Informationen zur Verfügung gestellt, und die IPsec-Pakete werden über mehrere Pfade weitergeleitet, wie in Abbildung 5 dargestellt. Sie aktivieren die UDP-Kapselung für das Service-Set.

Abbildung 4: Angehängter UDP-Header

Abbildung 5: IPsec mit mehreren Weiterleitungspfaden

Sie können den UDP-Zielport konfigurieren oder den Standardwert 4565 verwenden. Sie können 4500 nicht als Zielport konfigurieren, da dies ein bekannter Port für NAT-Traversen ist.

Junos OS generiert den UDP-Quellport über eine Hash-Funktion, die mit den folgenden Daten arbeitet:

• Quell-IP-Adresse

• Ziel-IP-Adresse

• Transportprotokoll

• Transport-Quellport

• Zielhafen für den Transport

• Eine Zufallszahl

Es werden nur die letzten beiden Bytes des resultierenden Hashs verwendet, sodass die internen IP-Header-Details ausgeblendet werden.

Wenn NAT-T erkannt wird, erfolgt nur die NAT-T-UDP-Kapselung, nicht die UDP-Kapselung für IPsec-Pakete.

Auf Routern, die mit einem oder mehreren MS-MPCs, MS-MICs oder DPCs ausgestattet sind, unterstützt die kanadische und US-Version von Junos OS im Wesentlichen die folgenden RFCs, die Standards für IP-Sicherheit (IPsec) und Internet Key Exchange (IKE) definieren.

• RFC 2085, HMAC-MD5 IP-Authentifizierung mit Replay-Prevention

• RFC 2401, Sicherheitsarchitektur für das Internetprotokoll (veraltet durch RFC 4301)

• RFC 2402, IP-Authentifizierungs-Header (veraltet durch RFC 4302)

• RFC 2403, Die Verwendung von HMAC-MD5-96 innerhalb von ESP und AH

• RFC 2404, Die Verwendung von HMAC-SHA-1-96 in ESP und AH (veraltet durch RFC 4305)

• RFC 2405, Der ESP DES-CBC-Chiffrieralgorithmus mit explizitem IV

• RFC 2406, IP Encapsulating Sicherheit Payload (ESP) (veraltet durch RFC 4303 und RFC 4305)

• RFC 2407, The Internet IP Sicherheit Bereich der Interpretation für ISAKMP (veraltet durch RFC 4306)

• RFC 2408, Internet Sicherheit Association and Key Management Protocol (ISAKMP) (veraltet durch RFC 4306)

• RFC 2409, The Internet Key Exchange (IKE) (veraltet durch RFC 4306)

• RFC 2410, Der NULL-Verschlüsselungsalgorithmus und seine Verwendung mit IPsec

• RFC 2451, Die ESP CBC-Mode Cipher-Algorithmen

• RFC 2560, X.509 Internet Public Key Infrastructure Online-Zertifikatstatusprotokoll – OCSP

• RFC 3193, Sicherung von L2TP mit IPsec

• RFC 3280, Internet X.509 Public Key Infrastructure-Zertifikat und CRL-Profil (Certificate Revocation List)

• RFC 3602, Der AES-CBC-Verschlüsselungsalgorithmus und seine Verwendung mit IPsec

• RFC 3948, UDP-Kapselung von IPsec ESP-Paketen

• RFC 4106, Die Verwendung von Galois/Counter Mode (GCM) in IPsec Encapsulating Sicherheit Payload (ESP)

• RFC 4210, Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate Management Protocol (CMP)

• RFC 4211, Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate Request Message Format (CRMF)

• RFC 4301, Sicherheitsarchitektur für das Internet-Protokoll

• RFC 4302, Header für IP-Authentifizierung

• RFC 4303, IP Encapsulating Sicherheit Payload (ESP)

• RFC 4305, Implementierungsanforderungen für kryptografische Algorithmen für die Einkapselung von Sicherheit Nutzlast (ESP) und Authentifizierungs-Header (AH)

• RFC 4306, Internet Key Exchange (IKEv2)-Protokoll

• RFC 4307, Kryptografische Algorithmen zur Verwendung in Internet Key Exchange Version 2 (IKEv2)

• RFC 4308, Kryptografie-Suites für IPsec

  Nur Suite VPN-A wird in Junos OS unterstützt.

• RFC 4754, IKE- und IKEv2-Authentifizierung mit dem Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA)

• RFC 4835, Anforderungen an die Implementierung kryptografischer Algorithmen für die Einkapselung von Sicherheit Payload (ESP) und Authentifizierungs-Header (AH)

• RFC 5996, Internet Key Exchange Protocol Version 2 (IKEv2) (veraltet durch RFC 7296)

• RFC 7296, Internet Key Exchange Protocol Version 2 (IKEv2)

• RFC 7427, Signaturauthentifizierung im Internet Key Exchange Version 2 (IKEv2)

• RFC 7634, ChaCha20, Poly1305 und ihre Verwendung im Internet Key Exchange Protocol (IKE) und IPsec

• RFC 8200, Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Spezifikation

Junos OS unterstützt teilweise die folgenden RFCs für IPsec und IKE:

• RFC 3526, More Modular Exponential (MODP) Diffie-Hellman-Gruppen für Internet Key Exchange (IKE)

• RFC 5114, Zusätzliche Diffie-Hellman-Gruppen zur Verwendung mit IETF-Standards

• RFC 5903, Elliptic Curve Groups modulo a Prime (ECP-Gruppen) für IKE und IKEv2

Die folgenden RFCs und Internet-Entwürfe definieren keine Standards, sondern enthalten Informationen zu IPsec, IKE und verwandten Technologien. Die IETF stuft sie als "informativ" ein.

• RFC 2104, HMAC: Keyed-Hashing für die Nachrichtenauthentifizierung

• RFC 2412, Das OAKLEY Key Determination Protocol

• RFC 3706, Eine datenverkehrsbasierte Methode zur Erkennung toter Internet Key Exchange (IKE)-Peers

• Internet draft draft-eastlake-sha2-02.txt, US Secure Hash Algorithms (SHA and HMAC-SHA) (läuft ab Juli 2006)

Das Betriebssystem Junos von Juniper Networks (Junos OS) unterstützt IPsec. Dieses Thema enthält die folgenden Abschnitte, die Hintergrundinformationen zur Konfiguration von IPsec auf Universal Metro-Routern der ACX-Serie enthalten.

Eine Liste der IPsec- und IKE-Standards, die von Junos OS unterstützt werden, finden Sie in der Junos OS-Hierarchie und RFC-Referenz.

• IPsec
• Sicherheits-Assoziationen
• IKE