IPsecの概要

Junos VPN Site Secureは、マルチサービスラインカード(MS-DPC、MS-MPC、MS-MIC)でサポートされているIPsec機能スイートであり、13.2以前のJunosリリースではIPsecサービスと呼ばれていました。Junos OSリリース13.2以降では、IPsec機能という用語は、アダプティブサービスおよび暗号化サービスPIC上のIPsec実装を指すためにのみ使用されています。このトピックでは、Junos VPN Site Secureの概要を説明し、以下のセクションで構成されています。

• IPsec
• セキュリティ アソシエーション
• IKE
• NAT-Tの非サポート
• ES PIC上のIPsecとマルチサービスラインカード上のJunos VPN Site Secureの比較

[edit security ipsec]
proposal {...}

[edit services ipsec-vpn ipsec]
proposal {...}

[edit security ipsec]
policy {...}

[edit services ipsec-vpn ipsec]
policy {...}

[edit security ipsec]
security-association sa-dynamic {...}

[edit services ipsec-vpn rule rule-name]
term term-name match-conditions {...}
then dynamic {...}]

[edit security ipsec]
security-association sa-manual {...}

[edit services ipsec-vpn rule rule-name]
term term-name match-conditions {...}
then manual {...}]

[edit security ike]
proposal {...}

[edit services ipsec-vpn ike]
proposal {...}

[edit security ike]
policy {...}

[edit services ipsec-vpn ike]
policy {...}

[edit services ipsec-vpn]
rule-set {...}

[edit services ipsec-vpn]
service-set {...}

[edit interfaces es-fpc/pic/port]
tunnel source address

[edit services ipsec-vpn service-set set-name ipsec-vpn local-gateway address]

[edit interfaces es-fpc/pic/port]
tunnel destination address

[edit services ipsec-vpn rule rule-name]
remote-gateway address

認証とは、送信者の身元を確認するプロセスです。認証アルゴリズムは、共有キーを使用してIPsecデバイスの信頼性を検証します。Junos OSは、以下の認証アルゴリズムを使用します。

• MD5(メッセージダイジェスト5)は、一方向のハッシュ関数を使用して、任意の長さのメッセージを128ビットの固定長のメッセージダイジェストに変換します。変換プロセスのため、結果のメッセージ ダイジェストから逆算して元のメッセージを計算することは数学的に不可能です。同様に、メッセージ内の 1 文字を変更すると、まったく異なるメッセージ ダイジェスト番号が生成されます。

  メッセージが改ざんされていないことを確認するために、Junos OS は計算されたメッセージ ダイジェストと、共有キーで復号化されたメッセージ ダイジェストを比較します。Junos OSは、追加のハッシュレベルを提供するMD5ハッシュメッセージ認証コード(HMAC)バリアントを使用します。MD5は、認証ヘッダー(AH)、カプセル化セキュリティペイロード(ESP)、およびInternet Key Exchange(IKE)で使用できます。

• セキュアハッシュアルゴリズム1(SHA-1)は、MD5よりも強力なアルゴリズムを使用します。SHA-1 は、長さが 264 ビット未満のメッセージを受け取り、160 ビットのメッセージ ダイジェストを生成します。大きなメッセージダイジェストは、データが変更されておらず、正しいソースからのものであることを確認します。Junos OSは、追加のハッシュレベルを提供するSHA-1 HMACバリアントを使用します。SHA-1 は、AH、ESP、IKE で使用できます。

• SHA-256、SHA-384、およびSHA-512(SHA-2という名前でグループ化されることもあります)はSHA-1の変種であり、より長いメッセージダイジェストを使用します。Junos OSはSHA-2のSHA-256バージョンをサポートしており、AES(Advanced Encryption Standard)、DES(Data Encryption Standard)、3DES(Triple DES)暗号化のすべてのバージョンを処理できます。

暗号化は、不正ユーザーが解読できないように、データを安全な形式に暗号化します。認証アルゴリズムと同様に、共有キーは暗号化アルゴリズムとともに使用され、IPsecデバイスの信頼性を検証します。Junos OSは、以下の暗号化アルゴリズムを使用します。

• データ暗号化標準暗号ブロック連鎖(DES-CBC)は、対称的な秘密鍵ブロックアルゴリズムです。DES は 64 ビットの鍵サイズを使用し、そのうち 8 ビットがエラー検出に使用され、残りの 56 ビットが暗号化を提供します。DES は、共有キーに対して、順列や置換などの一連の単純な論理演算を実行します。CBC は DES から 64 ビットの出力の最初のブロックを受け取り、このブロックを 2 番目のブロックと結合し、これを DES アルゴリズムにフィードバックし、後続のすべてのブロックに対してこのプロセスを繰り返します。

• トリプル DES-CBC(3DES-CBC)は、DES-CBC と類似した暗号化アルゴリズムですが、168 ビット(3 x 56 ビット)の暗号化に 3 つの鍵を使用するため、はるかに強力な暗号化結果が得られます。3DES は、最初の鍵を使用してブロックを暗号化し、2 番目の鍵を使用してブロックを復号化し、3 番目の鍵を使用してブロックを再暗号化することで機能します。

• AES(Advanced Encryption Standard)は、ベルギーの暗号学者Joan Daemen博士とVincent Rijmen博士によって開発されたRijndaelアルゴリズムに基づく次世代の暗号化方法です。128 ビット ブロックと 3 つの異なるキー サイズ (128、192、256 ビット) を使用します。キーのサイズに応じて、アルゴリズムはバイト置換、列混合、行シフト、キー追加などの一連の計算(10、12、または14ラウンド)を実行します。IPsecと組み合わせたAESの使用については、RFC 3602, The AES-CBC Cipher Algorithm and Its Use with IPsecで定義されています。

• Junos OSリリース17.3R1以降、MS-MPCおよびMS-MICでガロア/カウンターモードの高度な暗号化標準(AES-GCM)がサポートされます。ただし、Junos FIPS モードでは、AES-GCM は Junos OS リリース 17.3R1 でサポートされていません。Junos OSリリース17.4R1以降、AES-GCMはJunos FIPSモードでサポートされています。AES-GCMは、認証とプライバシーの両方を提供するために設計された認証された暗号化アルゴリズムです。AES-GCMは、バイナリガロアフィールド上でユニバーサルハッシュを使用して認証された暗号化を提供し、数十Gbpsのデータレートでの認証された暗号化を可能にします。

IPsecプロトコルは、ルーターによって保護されるパケットに適用される認証と暗号化のタイプを決定します。Junos OSは、以下のIPsecプロトコルをサポートします。

• AH—RFC 2402で定義されているAHは、IPv4およびIPv6パケットに対してコネクションレスの整合性とデータ送信元の認証を提供します。リプレイに対する保護も提供します。AH は、IP ヘッダーと上位プロトコル データをできる限り認証します。ただし、一部のIPヘッダーフィールドはトランジットで変更される場合があります。これらのフィールドの値は送信者によって予測可能ではないため、AH によって保護できません。IPヘッダーでは、IPv4パケットのProtocolフィールドとIPv6パケットのNext Headerフィールドで、AHを51の値で識別できます。AHが提供するIPsec保護の例を図1に示します。

  注:

  AH は、T Series、M120、および M320 ルーターではサポートされていません。

図1:AHプロトコル

• ESP—RFC 2406で定義されているESPは、暗号化と制限されたトラフィックフローの機密性、またはコネクションレスの整合性、データ送信元の認証、およびアンチリプレイサービスを提供できます。IP ヘッダーでは、IPv4 パケットの Protocol フィールドと IPv6 パケットの Next Header フィールドで 50 の値を ESP と識別できます。ESP が提供する IPsec 保護の例を図 2 に示します。

図2:ESPプロトコル

• バンドル—AHとESPを比較すると、両方のプロトコルにいくつかの利点と欠点があります。ESP は、適切なレベルの認証と暗号化を提供しますが、これは IP パケットの一部に対してのみ行われます。逆に、AH は暗号化を提供しませんが、IP パケット全体の認証を提供します。このため、Junos OSでは、プロトコルバンドルと呼ばれる第3のIPsecプロトコル形式が提供されています。バンドルオプションでは、AH認証とESP暗号化のハイブリッド組み合わせが提供されます。

IPsecは2つのピア間にセキュアなトンネルを提供し、IPsecカプセル化されたパケットには、変更されないトンネルエンドポイントIPを含むIPヘッダーがあります。これにより、 図 3 に示すように、ピア間で単一の転送パスが選択されます。IPsecトラフィックが数千のホストを持つデータセンター間を流れている場合、この単一のパス選択によってスループットが制限されます。

図3:1つの転送パスを持つIPsec

この問題は、IPsecパケットのUDPカプセル化を有効にすることで解決できます。 図4に示すように、ESPヘッダーの後にUDPヘッダーが追加されます。これにより、レイヤー3およびレイヤー4の情報が中間ルーターに提供され、IPsecパケットは複数のパスを経由して転送されます( 図5を参照)。サービスセットに対してUDPカプセル化を有効にします。

図4:付加されたUDPヘッダー

図5:複数の転送パスを持つIPsec

UDP宛先ポートを設定するか、デフォルト値の4565を使用できます。4500はNATトラバーサル用に既知のポートであるため、宛先ポートとして設定することはできません。

Junos OSは、以下のデータで動作するハッシュ関数によって送信元UDPポートを生成します。

• 送信元IPアドレス

• 宛先IPアドレス

• トランスポートプロトコル

• トランスポート送信元ポート

• トランスポート宛先ポート

• 乱数

結果のハッシュの最後の2バイトのみが使用されるため、内部IPヘッダーの詳細は非表示になります。

NAT-Tが検出されると、IPsecパケットのUDPカプセル化は行われず、NAT-T UDPカプセル化のみが行われます。

1 つ以上の MS-MPC、MS-MIC、または DPC を装備したルーターでは、カナダおよび米国バージョンの Junos OS は、IPsec(IP セキュリティ)および IKE(Internet Key Exchange)の標準を定義する以下の RFC を実質的にサポートしています。

• RFC 2085、 HMAC-MD5 IP 認証(リプレイ防御機能付き)

• RFC 2401、 インターネットプロトコルのセキュリティアーキテクチャ (RFC 4301に置き換え)

• RFC 2402、 IP認証ヘッダー (RFC 4302に置き換え)

• RFC 2403、 ESPおよびAH内でのHMAC-MD5-96の使用

• RFC 2404、 ESPおよびAH内でのHMAC-SHA-1-96の使用 (RFC 4305に置き換え)

• RFC 2405、 明示的なIVを使用したESP DES-CBC暗号アルゴリズム

• RFC 2406、 IPカプセル化セキュリティペイロード(ESP)( RFC 4303およびRFC 4305に置き換え)

• RFC 2407、 ISAKMPの解釈のインターネットIPセキュリティドメイン (RFC 4306に置き換え)

• RFC 2408、 インターネットセキュリティアソシエーションおよびキー管理プロトコル(ISAKMP)( RFC 4306 に置き換え)

• RFC 2409、 The Internet Key Exchange (IKE)( RFC 4306 に置き換え)

• RFC 2410、 NULL暗号化アルゴリズムとそのIPsecでの使用

• RFC 2451、 ESP CBCモード暗号アルゴリズム

• RFC 2560、 X.509インターネット公開鍵インフラストラクチャオンライン証明書ステータスプロトコル - OCSP

• RFC 3193、 IPsecを使用したL2TPの保護

• RFC 3280、 インターネットX.509公開キーインフラストラクチャ証明書および証明書失効リスト(CRL)プロファイル

• RFC 3602、 AES-CBC暗号アルゴリズムとそのIPsecでの使用

• RFC 3948、 IPsec ESPパケットのUDPカプセル化

• RFC 4106、 IPsecカプセル化セキュリティペイロード(ESP)におけるガロア/カウンターモード(GCM)の使用

• RFC 4210、 インターネットX.509公開キーインフラストラクチャ証明書管理プロトコル(CMP)

• RFC 4211、 インターネットX.509公開鍵インフラストラクチャ証明書要求メッセージ形式(CRMF)

• RFC 4301、 インターネットプロトコルのセキュリティアーキテクチャ

• RFC 4302、 IP認証ヘッダー

• RFC 4303、 IPカプセル化セキュリティペイロード(ESP)

• RFC 4305、セキュリティペイ ロード(ESP)と認証ヘッダー(AH)をカプセル化するための暗号アルゴリズム実装要件

• RFC 4306、 Internet Key Exchange(IKEv2)プロトコル

• RFC 4307、 IKEv2(Internet Key Exchange Version 2)で使用するための暗号アルゴリズム

• RFC 4308、 IPsec用暗号スイート

  Junos OS では、Suite VPN-A のみがサポートされています。

• RFC 4754、 楕円曲線デジタル署名アルゴリズム(ECDSA)を使用したIKEおよびIKEv2認証

• RFC 4835、セキュリティペイ ロード(ESP)および認証ヘッダー(AH)をカプセル化するための暗号アルゴリズム実装要件

• RFC 5996、 Internet Key Exchange Protocol Version 2(IKEv2)( RFC 7296 に置き換え)

• RFC 7296、 Internet Key Exchange Protocol バージョン 2(IKEv2)

• RFC 7427、 Internet Key Exchange Version 2(IKEv2)での署名認証

• RFC 7634、 ChaCha20、Poly1305、および Internet Key Exchange Protocol(IKE)および IPsec でのそれらの使用

• RFC 8200、 インターネットプロトコル、バージョン6(IPv6)仕様

Junos OS は、IPsec と IKE に関する以下の RFC を部分的にサポートしています。

• RFC 3526、 Internet Key Exchange(IKE)用のMore Modular Exponential(MODP)Diffie-Hellmanグループ

• RFC 5114、 IETF標準で使用するための追加のDiffie-Hellmanグループ

• RFC 5903、 IKEおよびIKEv2の楕円曲線グループモジュロAプライム(ECPグループ)

以下の RFC およびインターネット ドラフトでは、標準は定義されていませんが、IPsec、IKE、関連技術に関する情報が提供されています。IETF は、これらを「情報」として分類しています。

• RFC 2104、 HMAC:メッセージ認証用のキーハッシュ

• RFC 2412、 OAKLEY鍵決定プロトコル

• RFC 3706、 デッドなInternet Key Exchange(IKE)ピアを検出するトラフィックベースの方法

• インターネットドラフトdraft-eastlake-sha2-02.txt、 米国セキュアハッシュアルゴリズム(SHAおよびHMAC-SHA)( 2006年7月失効)

ジュニパーネットワークス Junosオペレーティングシステム(Junos OS)は、IPsecをサポートしています。このトピックには、以下のセクションが含まれており、ACXシリーズユニバーサルメトロルーターでのIPsecの設定に関する背景情報を提供します。

Junos OSでサポートされているIPsecおよびIKE標準のリストについては、 Junos OS階層とRFCリファレンスを参照してください。

• IPsec
• セキュリティ アソシエーション
• IKE