Conceptos básicos de IPsec

Asociaciones de seguridad

Una asociación de seguridad (SA) es un acuerdo unidireccional entre los participantes de la VPN en relación con los métodos y parámetros que se utilizan para proteger un canal de comunicación. Una comunicación bidireccional completa requiere al menos dos SA, una para cada dirección. A través de la SA, un túnel IPsec puede proporcionar las siguientes funciones de seguridad:

• Privacidad (mediante cifrado)

• Integridad del contenido (mediante autenticación de datos)

• Autenticación del remitente y, si se utilizan certificados, no rechazo (mediante la autenticación de origen de datos)

Las funciones de seguridad que emplee dependerán de sus necesidades. Si solo necesita autenticar el origen del paquete IP y la integridad del contenido, puede autenticar el paquete sin aplicar ningún cifrado. Por otro lado, si solo le preocupa conservar la privacidad, puede cifrar el paquete sin aplicar ningún mecanismo de autenticación. Opcionalmente, puede cifrar y autenticar el paquete. La mayoría de los diseñadores de seguridad de red optan por cifrar, autenticar y reproducir la protección de su tráfico VPN.

Un túnel IPsec consta de un par de SA unidireccionales: una SA para cada dirección del túnel. Una SA especifica el índice de parámetros de seguridad (SPI), la dirección IP de destino y el protocolo de seguridad, como el encabezado de autenticación (AH) o la carga de seguridad de encapsulación (ESP). Una SA agrupa los siguientes componentes para proteger las comunicaciones:

• Algoritmos y claves de seguridad.

• Modo de protocolo, ya sea de transporte o de túnel. Los dispositivos Junos OS siempre utilizan el modo de túnel. Consulte Procesamiento de paquetes en modo de túnel.

• Método de administración de claves, ya sea por clave manual o IKE de clave automática.

• Tiempo de vida útil de SA.

Para el tráfico entrante, Junos OS busca la SA mediante el siguiente trío:

• Dirección IP de destino.

• Protocolo de seguridad, ya sea AH o ESP.

• Valor SPI.

Para el tráfico de VPN saliente, la política invoca la SA asociada con el túnel VPN.

Clave manual

Mediante las claves manuales, los administradores en ambos extremos de un túnel configuran todos los parámetros de seguridad. La clave manual es una técnica viable para redes pequeñas y estáticas donde la distribución, el mantenimiento y el seguimiento de claves no son difíciles. Sin embargo, la distribución segura de configuraciones de clave manual a grandes distancias plantea problemas de seguridad. Además de pasar las claves cara a cara, no puede estar completamente seguro de que partes no autorizadas no hayan comprometido las claves en tránsito. Además, cada vez que desee cambiar la clave, enfrentará los mismos problemas de seguridad que cuando la distribuyó inicialmente.

IKE de clave automática

Cuando necesite crear y administrar varios túneles, necesitará un método que no exija configurar cada elemento manualmente. IPsec admite la generación y negociación automatizadas de claves y SA mediante el protocolo de intercambio de claves por Internet (IKE). Junos OS se refiere a esta negociación automatizada de túnel como IKE de clave automática y admite IKE de clave automática con claves previamente compartidas e IKE de clave automática con certificados.

• IKE de clave automática con claves previamente compartidas: mediante el uso de IKE de clave automática con claves previamente compartidas para autenticar a los participantes en una sesión de IKE, cada lado debe configurar e intercambiar el PSK de forma segura por adelantado. En este sentido, el problema de la distribución segura de claves es el mismo que con las claves manuales. Sin embargo, a diferencia de una clave manual, una vez que se distribuye una clave automática, esta puede cambiar automáticamente sus claves a intervalos predeterminados mediante el protocolo IKE. El uso de claves que cambian frecuentemente mejora en gran medida la seguridad y, al hacerlo automáticamente, reduce considerablemente las responsabilidades de administración de claves. Sin embargo, el cambio de claves aumenta la sobrecarga del tráfico; por lo tanto, cambiar las claves con demasiada frecuencia puede reducir la eficiencia de transmisión de datos.

  Un PSK es una clave tanto para el cifrado como para el descifrado, que ambos participantes deben tener antes de iniciar la comunicación.

• AutoKey IKE con certificados: cuando se utilizan certificados para autenticar a los participantes durante una negociación de AutoKey IKE, cada lado genera un par de claves público-privado y adquiere un certificado. Siempre que ambas partes confíen en la autoridad de certificación (CA) emisora, los participantes pueden recuperar la clave pública del par y comprobar la firma del par. No es necesario realizar un seguimiento de las claves y las SA; IKE lo hace automáticamente.

Intercambio Diffie-Hellman

Un intercambio Diffie-Hellman (DH) permite que los participantes generen un valor secreto compartido. La ventaja de la técnica es que permite a los participantes crear el valor secreto mediante un medio no seguro sin enviar el valor secreto a través de la red. El tamaño del módulo primo utilizado en el cálculo de cada grupo difiere como se muestra en la tabla siguiente. El dispositivo realiza operaciones de intercambio DH en software o en hardware. A continuación se enumeran Tabla 1 diferentes grupos Diffie Hellman (DH) y se especifica si la operación realizada para ese grupo se realiza en el hardware o en el software.

Tabla 1: Grupos Diffie Hellman (DH) y sus operaciones de intercambio realizadas

Grupo Diffie-Hellman (DH)	Tamaño del módulo Prime
Grupo DH 1	768 bits
Grupo DH 2	102 bits
Grupo DH 5	1536 bits
Grupo DH 14	2048 bits
Grupo DH 15	3072 bits
Grupo DH 16	4096 bits
Grupo DH 19	Curva elíptica de 256 bits
Grupo DH 20	Curva elíptica de 384 bits
Grupo DH 21	Curva elíptica de 521 bits
Grupo DH 24	2048 bits con subgrupo de orden principal de 256 bits

No recomendamos el uso de los grupos DH 1, 2 y 5.

Dado que el módulo para cada grupo DH tiene un tamaño diferente, los participantes deben acceder a utilizar el mismo grupo.

Algoritmos de autenticación IPsec (protocolo AH)

El protocolo de encabezado de autenticación (AH) proporciona un medio para comprobar la autenticidad e integridad del contenido y el origen de un paquete. Puede autenticar el paquete mediante la suma de comprobación calculada a través de un código de autenticación de mensajes hash (HMAC) mediante una clave secreta y las funciones hash MD5 o SHA.

• Síntesis del mensaje 5 (MD5): algoritmo que genera un hash de 128 bits (también denominado firma digital o síntesis de mensaje) a partir de un mensaje de longitud arbitraria y una clave de 16 bytes. El hash resultante se utiliza como una huella digital de la entrada para comprobar la autenticidad e integridad del contenido y el origen.

• Algoritmo de hash seguro (SHA): algoritmo que genera un hash de 160 bits a partir de un mensaje de longitud arbitraria y una clave de 20 bytes. SHA es más seguro que MD5 debido a los hashes más grandes que produce. Dado que la ASIC realiza el procesamiento computacional, el costo de rendimiento es insignificante.

Para obtener más información acerca de los algoritmos hash MD5, consulte RFC 1321 y RFC 2403. Para obtener más información acerca de los algoritmos hash SHA, consulte RFC 2404. Para obtener más información acerca de HMAC, consulte RFC 2104.

Algoritmos de cifrado IPsec (protocolo ESP)

El protocolo ESP proporciona un medio para garantizar la privacidad (cifrado) y la autenticación de origen e integridad del contenido (autenticación). ESP en modo de túnel encapsula todo el paquete IP (encabezado y carga) y, luego, anexa un nuevo encabezado IP al paquete que está ahora cifrado. Este nuevo encabezado de IP contiene la dirección de destino necesaria para enrutar los datos protegidos a través de la red. Consulte Procesamiento de paquetes en modo de túnel.

Con ESP, puede cifrar y autenticar, únicamente cifrar o únicamente autenticar. Para el cifrado, puede elegir uno de los siguientes algoritmos de cifrado:

• Estándar de cifrado de datos (DES): algoritmo de bloque criptográfico con una clave de 56 bits.

• Triple DES (3DES): una versión más potente de DES en la que el algoritmo DES original se aplica en tres rondas, utilizando una clave de 168 bits. DES proporciona ahorros significativos de rendimiento, pero se considera inaceptable para varias transferencias de material clasificado o confidencial.

• Estándar de cifrado avanzado (AES): un estándar de cifrado que ofrece una mayor interoperabilidad con otros dispositivos. Junos OS admite AES con claves de 128 bits, 192 bits y 256 bits.

• Cifrado autenticado con datos asociados ChaCha20-Poly1305: cifrado de flujo ChaCha20 que admite el cifrado autenticado con datos asociados (AEAD) mediante el autenticador Poly1305.

Para fines de autenticación, puede utilizar algoritmos MD5 o SHA.

Aunque es posible seleccionar NULL para el cifrado, los estudios demuestran que IPsec puede ser vulnerable a ataques en tales circunstancias. Por lo tanto, sugerimos que elija un algoritmo de cifrado para obtener la máxima seguridad.