Grundlagen zu IPsec

Sicherheits-Assoziationen

Eine Sicherheitsvereinigung (SA) ist eine unidirektionale Vereinbarung zwischen den VPN-Teilnehmern über die Methoden und Parameter, die zur Sicherung eines Kommunikationskanals verwendet werden sollen. Vollständige bidirektionale Kommunikation erfordert mindestens zwei SAs, eine für jede Richtung. Durch die SA kann ein IPsec-Tunnel die folgenden Sicherheitsfunktionen bereitstellen:

• Datenschutz (durch Verschlüsselung)

• Inhaltsintegrität (durch Daten-Authentifizierung)

• Absender-Authentifizierung und – bei Verwendung von Zertifikaten – Nichtabstreitbarkeit (durch Datenursprungs-Authentifizierung)

Welche Sicherheitsfunktionen Sie einsetzen, hängt von Ihren Bedürfnissen ab. Wenn Sie nur die IP-Paketquelle und die Inhaltsintegrität authentifizieren müssen, können Sie das Paket authentifizieren, ohne eine Verschlüsselung anzuwenden. Wenn es Ihnen jedoch nur um die Wahrung der Privatsphäre geht, können Sie das Paket verschlüsseln, ohne irgendwelche Authentifizierungsmechanismen anzuwenden. Optional können Sie das Paket sowohl verschlüsseln als auch authentifizieren. Die meisten Designer für Netzwerksicherheit entscheiden sich für die Verschlüsselung, Authentifizierung und den Replay-Schutz ihres VPN-Datenverkehrs.

Ein IPsec-Tunnel besteht aus zwei unidirektionalen SAs – einer SA für jede Richtung des Tunnels. Eine SA gibt den Sicherheitsparameterindex (SPI), die Ziel-IP-Adresse und das Sicherheitsprotokoll wie Authentication Header (AH) oder Encapsulating Sicherheit Payload (ESP) an. Eine SA gruppiert die folgenden Komponenten zur Sicherung der Kommunikation:

• Sicherheits-Algorithmen und -Schlüssel.

• Protokollmodus, entweder Transport oder Tunnel. Junos OS-Geräte verwenden immer den Tunnel-Modus. Siehe Paketverarbeitung im Tunnelmodus.

• Schlüsselverwaltungsmethode, entweder manueller Schlüssel oder AutoKey IKE.

• SA-Lebensdauer.

Für eingehenden Datenverkehr sucht Junos OS die SA mithilfe des folgenden Tripletts:

• Ziel-IP-Adresse.

• Sicherheitsprotokoll, entweder AH oder ESP.

• SPI-Wert.

Für ausgehenden VPN-Datenverkehr ruft die Richtlinie die SA auf, die dem VPN-Tunnel zugeordnet ist.

Manueller Schlüssel

Mit manuellen Schlüsseln konfigurieren Administratoren an beiden Enden eines Tunnels alle Sicherheitsparameter. Der manuelle Schlüssel ist eine praktikable Technik für kleine, statische Netzwerke, in denen die Verteilung, Wartung und Verfolgung von Schlüsseln nicht schwierig ist. Die sichere Verteilung von Konfigurationen mit manuellen Schlüsseln über große Entfernungen birgt jedoch Sicherheitsrisiken. Abgesehen davon, dass Sie die Schlüssel von Angesicht zu Angesicht weitergeben, können Sie nicht völlig sicher sein, dass Unbefugte die Schlüssel während der Übertragung nicht kompromittiert haben. Wenn Sie den Schlüssel ändern möchten, werden Sie außerdem mit den gleichen Sicherheitsproblemen konfrontiert wie bei der ursprünglichen Verteilung.

AutoKey IKE

Wenn Sie zahlreiche Tunnel erstellen und verwalten müssen, benötigen Sie eine Methode, bei der Sie nicht jedes Element manuell konfigurieren müssen. IPsec unterstützt die automatisierte Generierung und Aushandlung von Schlüsseln und SA unter Verwendung des Internet Key Exchange (IKE)-Protokolls. Junos OS bezeichnet eine solche automatisierte Tunnel-Aushandlung als AutoKey IKE und unterstützt AutoKey IKE mit vorinstallierten Schlüsseln und AutoKey IKE mit Zertifikaten.

• AutoKey IKE mit vorinstallierten Schlüsseln: Bei Verwendung von AutoKey IKE mit vorinstallierten Schlüsseln zur Authentifizierung der Teilnehmer in einer IKE-Sitzung muss jede Seite den PSK im Voraus konfigurieren und sicher austauschen. In dieser Hinsicht ist das Problem der sicheren Schlüsselverteilung dasselbe wie bei manuellen Schlüsseln. Nach der Verteilung kann ein Autokey jedoch im Gegensatz zu einem manuellen Schlüssel seine Schlüssel automatisch in vorgegebenen Intervallen über das IKE-Protokoll ändern. Das häufige Ändern von Schlüsseln verbessert die Sicherheit erheblich, und automatisch reduziert sich die Verantwortung für die Schlüsselverwaltung erheblich. Das Ändern von Schlüsseln erhöht jedoch den Traffic-Overhead. Daher kann ein zu häufiges Ändern von Schlüsseln die Datenübertragungseffizienz verringern.

  Ein PSK ist ein Schlüssel für die Ver- und Entschlüsselung, den beide Teilnehmer haben müssen, bevor sie die Kommunikation initiieren.

• AutoKey IKE mit Zertifikaten: Bei der Verwendung von Zertifikaten zur Authentifizierung der Teilnehmer während einer AutoKey-IKE-Aushandlung generiert jede Seite ein öffentlich-privates Schlüsselpaar und erhält ein Zertifikat. Solange beide Seiten der ausstellenden Zertifizierungsstelle (CA) vertrauen, können die Teilnehmer den öffentlichen Schlüssel des Peers abrufen und die Signatur des Peers überprüfen. Sie müssen die Schlüssel und SAs nicht im Auge behalten. IKE macht das automatisch.

Diffie-Hellman-Austausch

Ein Diffie-Hellman (DH)-Austausch ermöglicht es den Teilnehmern, einen gemeinsamen geheimen Wert zu produzieren. Die Stärke der Technik besteht darin, dass sie es den Teilnehmern ermöglicht, den geheimen Wert über ein ungesichertes Medium zu erstellen, ohne den geheimen Wert durch den Draht zu leiten. Die Größe des Primmoduls, der in der Berechnung jeder Gruppe verwendet wird, unterscheidet sich, wie in der folgenden Tabelle gezeigt. Das Gerät führt DH-Austauschvorgänge entweder in Software oder in Hardware durch. Die folgende Tabelle 1 listet verschiedene Diffie-Hellman-Gruppen (DH) auf und gibt an, ob die für diese Gruppe ausgeführte Operation in der Hardware oder in der Software ausgeführt wird.

Wir empfehlen die Verwendung der DH-Gruppen 1, 2 und 5 nicht.

Da der Modul für jede DH-Gruppe eine andere Größe hat, müssen die Teilnehmer zustimmen, dieselbe Gruppe zu verwenden.

IPsec-Authentifizierungsalgorithmen (AH-Protokoll)

Das Authentication Header (AH)-Protokoll bietet eine Möglichkeit, die Authentizität und Integrität des Inhalts und des Ursprungs eines Pakets zu überprüfen. Sie können das Paket anhand der Prüfsumme authentifizieren, die über einen Hash Message Authentication Code (HMAC) berechnet wird, indem Sie einen geheimen Schlüssel und entweder MD5- oder SHA-Hash-Funktionen verwenden.

• Message Digest 5 (MD5): Ein Algorithmus, der aus einer Nachricht beliebiger Länge und einem 16-Byte-Schlüssel einen 128-Bit-Hash (auch digitale Signatur oder Message Digest genannt) erzeugt. Der resultierende Hash wird wie ein Fingerabdruck der Eingabe verwendet, um die Authentizität und Integrität von Inhalt und Quelle zu überprüfen.

• Secure Hash Algorithm (SHA): Ein Algorithmus, der aus einer Nachricht beliebiger Länge und einem 20-Byte-Schlüssel einen 160-Bit-Hash erzeugt. SHA ist aufgrund der größeren Hashes, die es produziert, sicherer als MD5. Da der ASIC die Rechenverarbeitung übernimmt, sind die Leistungskosten vernachlässigbar.

Weitere Informationen zu MD5-Hashingalgorithmen finden Sie unter RFC 1321 und RFC 2403. Weitere Informationen zu SHA-Hashingalgorithmen finden Sie unter RFC 2404. Weitere Informationen zu HMAC finden Sie unter RFC 2104.

IPsec-Verschlüsselungsalgorithmen (ESP-Protokoll)

Das ESP-Protokoll bietet ein Mittel zur Gewährleistung des Datenschutzes (Verschlüsselung) und der Authentifizierung der Quelle sowie der Inhaltsintegrität (Authentifizierung). ESP im Tunnel-Modus kapselt das gesamte IP-Paket (Header und Nutzlast) ein und fügt dann einen neuen IP-Header an das nun verschlüsselte Paket an. Dieser neue IP-Header enthält die Zieladresse, die für die Weiterleitung der geschützten Daten durch das Netzwerk benötigt wird. Siehe Paketverarbeitung im Tunnelmodus.

Mit ESP können Sie sowohl verschlüsseln als auch authentifizieren, nur verschlüsseln oder nur authentifizieren. Für die Verschlüsselung können Sie einen der folgenden Verschlüsselungsalgorithmen auswählen:

• Data Encryption Standard (DES): Ein kryptografischer Blockalgorithmus mit einem 56-Bit-Schlüssel.

• Triple DES (3DES): Eine leistungsfähigere Version von DES, bei der der ursprüngliche DES-Algorithmus in drei Runden mit einem 168-Bit-Schlüssel angewendet wird. DES bietet erhebliche Leistungseinsparungen, wird jedoch für viele klassifizierte oder sensible Materialtransfers als inakzeptabel angesehen.

• Advanced Encryption Standard (AES) – Ein Verschlüsselungsstandard, der eine größere Interoperabilität mit anderen Geräten bietet. Junos OS unterstützt AES mit 128-Bit-, 192-Bit- und 256-Bit-Schlüsseln.

• ChaCha20-Poly1305 Authenticated Encryption with Associated Data – ChaCha20-Stream-Chiffre, die die authentifizierte Verschlüsselung mit zugehörigen Daten (AEAD) mit dem Poly1305-Authentifikator unterstützt.

Für die Authentifizierung können Sie entweder MD5- oder SHA-Algorithmen verwenden.

Obwohl es möglich ist, NULL für die Verschlüsselung zu wählen, zeigen Studien, dass IPsec unter solchen Umständen anfällig für Angriffe sein kann. Daher empfehlen wir Ihnen, einen Verschlüsselungsalgorithmus für maximale Sicherheit zu wählen.