2009, Edgard Jamhour

IPsec: IP Seguro

Edgard Jamhour

2009, Edgard Jamhour

1) Introdução ao IP Sec - IP Seguro

• Padrão aberto baseado em RFC (IETF).

– Comunicação segura em camada 3 (IPv4 e IPv6)– Provê recursos de segurança sobre redes IP:

• Autenticação, Integridade e Confidencialidade

• Dois modos de funcionamento:

– Modo Transporte– Modo Túnel

• Dois Protocolos (Mecanismos)

– IPsec ESP: IP Encapsulating Security Payload (50)– IPsec AH: IP Autentication Header (51)

2009, Edgard Jamhour

Estrutura Geral do IPsec

Enlace

IP/IPsec(AH,ESP)

Transporte (TCP/UDP)

Sockets

Protocolo Aplicação

AplicaçãoIKE

Base de SAs

Base de Políticas

consultarefere

consulta

Administrador

configura

Solicita criação do SA

2009, Edgard Jamhour

Modos de Utilização do IPsec

• Modo transporte

– Garante a segurança apenas dos dados provenientes das camadas superiores.

– Utilizado geralmente para comunicação "fim-a-fim" entre computadores.

• Modo tunel

– Fornece segurança também para a camada IP.– Utilizado geralmente para comunicação entre roteadores.

2009, Edgard Jamhour

Modo Túnel e Transporte

INTERNET

Conexão IPsec em modo Transporte

INTERNET

Conexão IPsec em modo Túnel

2009, Edgard Jamhour

Modos de Utilização do IPsec

HOST A HOST

HOST A REDE

REDE A REDE

rederede

InseguraInsegura

rederede

InseguraInsegura

rederede

InseguraInsegura

2009, Edgard Jamhour

Modos de Utilização do IPsec

rederede

InseguraInsegura

pacote protegido

rederede

InseguraInsegura pacote desprotegido

rederede

InseguraInsegura

Túnel ou Transporte

Túnel

Túnel

2009, Edgard Jamhour

TUNELAMENTO = VPN

• TUNELAR: Significa colocar as estruturas de dados de um protocolo da mesma camada do modelo OSI dentro do outro.

• Existem dois tipos de Tunelamento:

– Camada 3: Transporta apenas pacotes IP

– Camada 2: Permite tranportar outros protocolos de rede: IP, NetBEUI, IPX.

CABEÇALHOQUADRO

CABEÇALHOPACOTE CRC

CABEÇALHOQUADRO

CABEÇALHOIP CRCCABEÇALHO

IP

TUNELAMENTO DA CAMADA 3

TUNELAMENTO DA CAMADA 2

DADOS

DADOS

CABEÇALHOQUADRO

CABEÇALHOIP CRCDADOS

CABEÇALHOCAMADA 2

CABEÇALHOCAMADA 3

QUADRO IP NORMAL

2009, Edgard Jamhour

Tunelamento IPsec

• Os endereços IP externos correspondem as extremidades do túnel, e os endereços IP internos correspondem aos hosts.

INTERNET

SERVIDORB

SERVIDORC

SERVIDORA

2009, Edgard Jamhour

PROTOCOLOS PARA VPN

• L2F:

– Layer 2 Fowarding Protocol (Cisco)

– Não é mais utilizado.

• PPTP:

– Tunelamento de Camada 2

– Point-to-Point tunneling Protocol

• L2TP:

– Tunelamento de Camada 2

– Level 2 Tunneling Protocol (L2TP)

– Combinação do L2F e PPTP

• IPSec:

– Tunelamento de Camada 3

– IETF (Internet Engineering Task Force)

2009, Edgard Jamhour

QUADRO COMPARATIVO

FISICA

ENLACE

REDE

TRANSPORTE

APLICAÇÃO

FISICA

ENLACE

REDE

SSL

APLICAÇÃO

FISICA

ENLACE

REDE (IP)

TRANSPORTE

APLICAÇÃO

FISICA

ENLACE

REDE)

TRANSPORTE

APLICAÇÃO

TRANSPORTE

REDE IP (TUNEL)

REDE IP (TUNEL)

ENLACE PPP

Aplicação

S.O.

Placa de

Rede

Pilha

NormalSSL

Tunelamento

Camada 3

Tunelamento

Camada 2

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Protocolos para VPN

Protocolo Tunelamento Criptografia Autenticação Aplicação Típica

PPTP Camada 2 Sim Sim Host - HostHost - Rede

L2TP Camada 2 Não Sim Host - Rede(iniciado pelo NAS)

IPsec Camada 3 Sim Sim Host - HostHost - RedeRede - Rede

IPsec e L2TP

Camada 2 Sim Sim Host - HostHost - RedeRede - Rede

2009, Edgard Jamhour

Tipos de IPSec

• IP Autentication Header (AH)

– Protocolo 51– Oferece recursos de:

• Autenticação• Integridade

• IP Encapsulating Security Payload (ESP)

– Protocolo 50– Oferece recursos de:

• Confidencialidade• Autenticação• Integridade

2009, Edgard Jamhour

2) Protocolo AH

• Definido pelo protocolo IP tipo 51

• Utilizando para criar canais seguros com autenticação e integridade, mas sem criptografia.

• Permite incluir uma “assinatura digital” em cada pacote transportado.

• Protege a comunicação pois atacantes não conseguem falsificar pacotes assinados.

2009, Edgard Jamhour

AH e Modo Túnel e Modo Transporte

IP TCP/UDP DADOS

IP TCP/UDP DADOSAH

IP TCP/UDP DADOSAH IP

IPv4

IPv4 com autenticação

IPv4 com autenticação e tunelamento

Especifica os Gateways nas Pontas do Tunnel

Especifica os Computadores

IP Normal

Modo Transporte

Modo Tunel

2009, Edgard Jamhour

Authentication Header

Next Header reserved

1 byte 1 byte

Length reserved

SPI: Security Parameter Index

Authentication Data(ICV: Integrity Check Value)

Campo de Tamanho Variável, depende do protocolo de autenticação utilizado

1 byte 1 byte

• Provê serviços de autenticação e Integridade de Pacotes.

Sequence Number

2009, Edgard Jamhour

Campos do IPsec AH

• Next Header:

– Código do protocolo encapsulado pelo IPsec, de acordo com os códigos definidos pela IANA (UDP, TCP, etc ...)

• Length:

– comprimento do cabeçalho em múltiplos de 32.

• Security Parameter Index:

– identificador de 32 bits, com a SA compartilhada pelo transmissor e pelo receptor.

• Authentication Data:

– Código de verificação de integridade (ICV) de tamanho variável, depende do protocolo utilizado.

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Authentication Data

• Para enviar um pacote:

1. O transmissor constrói um pacote com todos os campos IP e protocolos das camadas superiores.

2. Ele substitui todos os campos que mudam ao longo da transmissão com 0’s (por exemplo, o TTL)

3. O pacote é completado com 0’s para se tornar múltiplo de 16 bits.

4. Um checksum criptográfico é computado para concatenação:– Algoritmos: HMAC-MD5 ou HMAC-SHA-1

– MAC: Message Authentication Code

2009, Edgard Jamhour

Autenticação

• Para receber um pacote:

1. O receptor utiliza o SPI para determinar qual o algoritmo a ser utilizado para validar o pacote recebido.

2. O receptor substitui os campos mutáveis por “0” e calcula o checksum criptográfico do pacote.

3. Se ele concordar com o checksum contido no cabeçalho do pacote de autorização, ele é então aceito.

IP TCP/UDP DADOSAH

Algoritmo de Integridade ICV

ICV

iguais?

2009, Edgard Jamhour

HMAC

• h = função de hashing (MD5 ou SHA1)

• k = chave secreta

• ipad = 0x363636 ... 3636

• opad = 0x5c5c5 ... c5c5c

2009, Edgard Jamhour

Security Association

• Uma vez definida uma política comum a ambos os computadores, uma associação de segurança (SA) é criada para “lembrar” as condições de comunicação entre os hosts.

• Isso evita que as políticas sejam revistas pelo IPsec a cada novo pacote recebido ou transmitido.

• Cada pacote IPsec identifica a associação de segurança ao qual é relacionado pelo campo SPI contido tanto no IPsec AH quanto no IPsec ESP.

2009, Edgard Jamhour

Associação de Segurança

• SA: Associação de Segurança

– Contrato estabelecido após uma negociação que estabelece como uma comunicação IPsec deve ser realizada.

• Algoritmo de Autenticaçã/Criptografia• Chave de Sessão

• SPI: Secure Parameter Index

• Número inteiro (32 bits) que identifica um SA.• É transmitido junto com os pacotes IPsec para permitir

ao destinatário validar/decriptografar os pacotes recebidos.

2009, Edgard Jamhour

Security Association (SA)

• Dois computadores podem possuir um conjunto amplo de políticas para transmissão e recepção de pacotes.

• É necessário encontrar uma política que seja comum ao transmissor e ao receptor.

A B

Eu transmito para qualquer rede sem IPsecEu transmito para qualquer rede em IPsec AH MD5Eu aceito pacotes de qualquer rede em com IPsec AH MD5

Eu transmito para qualquer rede em IPsec AH MD5Eu transmito para qualquer rede em IPsec AH SHA1Eu aceito pacotes de qualquer rede em com IPsec AH MD5Eu aceito pacotes de qualquer rede em com IPsec AH SHA1

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Campos do IPsec AH

• Sequence Number:

– Numero incremental, que começa a contagem quando o SA é criada.– Permite que apenas 232-1 pacotes sejam transmitidos na mesma SA.

Após esse número, uma nova SA deve ser criada.

Host A Host B

negociam SA e definem SPI

SPI=deAparaB e SN=1

SPI=deAparaB e SN=2

...

SPI=deBparaASPI=daAparaB.

SPI=deAparaBSPI=deBparaA

SPI=deBparaA e SN=1

2009, Edgard Jamhour

Transmissão dos Dados

A B

Quando transmitir para B use SPI=5

SPI=5algo. SHA1chave: xxxx

SPI=5algo. SHA1chave: xxxx

IP AH DADOS

SPI=5 assinatura Algo SHA1

IP AH DADOS

SPI=5 assinatura Algo SHA1

assinaturacomparação

2009, Edgard Jamhour

AH Modo Tunel e Transporte

SA

INTERNET

SA

SA INTERNET SA

Conexão IPsec em modo Túnel

IPsec AH IPsec AH IPsec AH IPsec AH IPsec AH

Conexão IPsec em modo Transporte

IPsec AH IPsec AH IPsec AH

IP

IPIP

IP

2009, Edgard Jamhour

3) Protocolo ESP

• Definido pelo protocolo IP tipo 50

• Utilizando para criar canais seguros com autenticação, integridade e criptografia.

• Além da criptografia, permite incluir uma “assinatura digital” em cada pacote transportado.

• Protege a comunicação pois atacantes não conseguem falsificar pacotes assinados e criptografados.

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ESP IPSec : Tunel e Transporte

TCPUDP

DADOSESP HEADER ESPTRAILER

ESPAUTH

criptografado

autenticado

TCPUDP

DADOSIP

IP TCPUDP

DADOSESP HEADER ESPTRAILER

ESPAUTH

criptografadoautenticado

IP

IP

MODO TRANSPORTE

MODO TUNNEL

2009, Edgard Jamhour

Encrypted Security Payload Header

• ESP provê recursos de autenticação, integridade e criptografia de pacotes.

Next HeaderPad (0 – 255 bytes)

1 byte 1 byte

Pad Length

Security Parameter Index

Encrypted Payload(dados criptografados)

1 byte 1 byte

Sequence Number

Authentication Data(tamanho variável)

HEADER

TRAILER

AUTH

2009, Edgard Jamhour

Campos do IPsec ESP

• Header:

– SPI e Sequence Number: Mesmas funções do AH– O algoritmo de criptografia pode ser qualquer, mas o DES Cipher-Block

Chaining é o default.

• Trailler:

– Torna os dados múltiplos de um número inteiro, conforme requerido pelo algoritmo de criptografia.

– O trailler também é criptografado.

• Auth:

– ICV (Integrity Check Value) calculado de forma idêntica ao cabeçalho AH. Este campo é opcional.

2009, Edgard Jamhour

Transmissão dos Dados

A C

Quando transmitir para C use SPI=6

SPI=6algo. DES

chave: yyyyy

SPI=6algo. DES

chave: yyyy

IP ESP DADOS CRIPTO.

SPI=6

DES com chave yyyy

ESP

enchimento

IP ESP DADOS CRIPTO.

SPI=6

DES com chave yyyy

ESP

enchimento

2009, Edgard Jamhour

ESP Modo Tunel e Transporte

SA

INTERNET

SA

SA INTERNET SA

Conexão IPsec em modo Túnel

IPsec ESP IPsec ESP IPsec ESP IPsec ESP IPsec ESP

Conexão IPsec em modo Transporte

IPsec ESP IPsec ESP IPsec ESP

IP

IPIP

IP

2009, Edgard Jamhour

4) Configuração do IPsec

• Cada dispositivo de rede (Host ou Gateway) possui uma política de segurança que orienta o uso de IPsec.

• Uma política IPsec é formada por um conjunto de regras, muito semelhantes as regras de um firewall.

• As políticas IPsec são definidas de maneira distinta para os pacotes transmitidos e para os pacotes recebidos.

2009, Edgard Jamhour

Estrutura Geral do IPsec

Enlace

IP/IPsec(AH,ESP)

Transporte (TCP/UDP)

Sockets

Protocolo Aplicação

AplicaçãoIKE

Base de SAs

Base de Políticas

consultarefere

consulta

Administrador

configura

Solicita criação do SA

2009, Edgard Jamhour

Políticas de Segurança

• Uma Política IPsec é formada por um conjunto de regras com o seguinte formato:

– Se CONDICAO SatisfeitaEntão executar ACAO da POLÍTICA

• A CONDIÇÃO (Chamada de Filtro):

– define quando uma regra de Política deve ser tornar ATIVA.

• A AÇÃO:

– define o que deve ser feito quando a condição da REGRA for SATISFEITA.

2009, Edgard Jamhour

Elementos para Configuração do IPsec

Ações(Ação de Filtro)

Condições(Lista de Filtros)

Política IPsecRegra de Política

Regra de Política

Regra de Política

Lista de Regras

2009, Edgard Jamhour

Condição (Lista de Filtros)

• Cada filtro define as condições em que uma política deve ser ativa.

a) IP de origem e destino:– nome, IP ou sub-rede

b) Tipo de protocolo• código IANA para TCP, UDP, ICMP,

etc...c) Portas de origem e destino

• se TCP/UDP

2009, Edgard Jamhour

Ação

• A ação define o que deverá ser feito com o pacote recebido ou transmitido.

• O IPsec define 3 ações:

– repassar o pacote adiante sem tratamento • ação: bypass IPsec

– rejeitar o pacode• ação discard

– negociar IPsec• define um modo de comunicação incluindo as opções

Tunel, Transporte, IPsec ESP e IPsec AH.

2009, Edgard Jamhour

Ações IPsec na Transmissão

DiscardBypass

Regras IPsec

• gerar assinaturas digitais• criptografar os dados

IPsec Driver

Enlace

IP

IPsec AH

IP

Negociar IPsec

IPXX

IPsec ESP

2009, Edgard Jamhour

Ações IPsec na Recepção

DiscardBypass

Regras IPsec

• verifica assinaturas • decriptografa

IPsec Driver

Enlace

IP

IPsec AH

IP

Negociar IPsec

IP

XX

IPsec ESP

XXIP

2009, Edgard Jamhour

Negociar IPsec

• Se a ação for do tipo Negociar IPsec, deve-se definir:

– Obrigatoriedade:• Facultativo: aceita comunicação insegura

– (se o outro não suporta IPsec).

• Obrigatório: aceita apenas comunicação segura.– (rejeita a comunicação se o outro não suportar IPsec)

– Tipo de IPsec:• AH(hash) ou ESP(cripto,hash)

– Modo Túnel ou Modo Transporte• Se modo túnel, especificar o IP do fim do túnel

2009, Edgard Jamhour

Algoritmos IPsec

• CRIPTOGRAFIA

– MUST NULL (1)– MUST- TripleDES-CBC [RFC2451]– SHOULD+ AES-CBC with 128-bit keys [RFC3602]– SHOULD AES-CTR [RFC3686]– SHOULD NOT DES-CBC [RFC2405] (3)

• AUTENTICAÇÃO

– MUST HMAC-SHA1-96 [RFC2404]– MUST NULL (1)– SHOULD+ AES-XCBC-MAC-96 [RFC3566]– MAY HMAC-MD5-96 [RFC2403] (2)

2009, Edgard Jamhour

Implementação de Políticas

• Para que dois computadores "A" e "B" criem uma comunicação IPsec:

– Computador A:• deve ter políticas IPsec para transmitir pacotes cujo

endereço de destino é "B".• deve ter políticas IPsec para receber pacotes cujo

endereço de origem é "B".– Computador B:

• deve ter políticas IPsec para transmitir pacotes cujo endereço de destino é "A".

• deve ter políticas IPsec para receber pacotes cujo endereço de origem é "A".

2009, Edgard Jamhour

Observação: Políticas com Tunelamento

• É necessário criar uma regra para enviar e outra para receber pacotes pelo túnel, em cada um dos gateways VPN.

B

RedeA

RedeB

IP_A IP_B

R_B R_AIP_B IP_A

R_A R_BIP_A IP_B

A

R_B R_AIP_B IP_A

R_A R_BIP_A IP_B

terminação do túnel

in

out

in

out

2009, Edgard Jamhour

Ordenamento dos Regras

• Uma política IPsec pode ter regras conflitantes, por exemplo:

• Política ICMP

– RegraSubRede:• Localhost de/para 10.26.128.0/24::ICMP negociar IPsec

– RegraExceção:• Localhost de/para 10.26.128.17::ICMP passar

• Existem duas abordagems para resolver esse caso:

– As regras são avaliadas em ordem: a primeira ser satisfeita é utilizada (abordagem Intoto)

– As regras são avaliadas da mais específica para a mais genérica, independente da ordem (abordagem Microsoft).

2009, Edgard Jamhour

Priorização

• Idealmente, as regras deveriam ser avaliadas de acordo com a granulariadade dos filtros:

1. My IP Address

2. Specific IP Address defined

3. Specific IP Subnet

4. Any IP Address

• A mesma abordagem vale em relação as portas e protocolos:

1. Specific Protocol/Port combination

2. Specific Protocol/Any Port

3. Any Protocol

– Em implementações em que o ordenamento não é automático, cabe ao administrador da rede escolher a ordem.

2009, Edgard Jamhour

Política Default

• Assim como um firewall, também é possível estabelecer uma política default para o IPsec.

• A políticas default será aplicada quando as condições do pacote não forem satisfeitas por nenhuma das regras pré-definidas.

• A política default pode ser:

– Bloquear (INTOTO)– Bypass IPsec (WINDOWS)– Negociar IPsec em vários modos:

• IPsec ESP 3DES, SHA1,• IPsec ESP DES, MD5• AH SHA1• AH MD5

2009, Edgard Jamhour

Exemplo1: Proteção com AH

rede

192.168.1.1192.168.1.7

ICMP

ICMP (AH)

HOST B

HOST_A HOST_B ICMP

HOST_B HOST_A ICMP

2 REGRAS

HOST A

POLÍTICA: o host B só aceita mensagens ICMP vindas do host A protegidas com AH

2009, Edgard Jamhour

Exemplo 2: Proteção com ESP

rede

192.168.1.1192.168.1.7

TELNET

TELNET (ESP)

HOST B

HOST_C HOST_B ICMP

HOST_B HOST_C ICMP

2 REGRAS

HOST A

POLÍTICA: o HOST C só pode acessar o HOST B via

telnet protegido pelo protocolo ESP

192.168.1.2

HOST C

2009, Edgard Jamhour

6) IKE: Internet Key Exchange

• O IPsec define um mecanismo que permite negociar as chaves de criptografia de forma automática

• A negociação de SA e o gerenciamento de chaves é implementado por mecanismos externos ao IPsec.

• A única relação entre esses mecanismos externos e o IPsec é através do SPI (Secure Parameter Index).

• O gerenciamento de chaves é implementado de forma automática pelo protocolo:

– IKE: Internet Key Exchange Protocol

2009, Edgard Jamhour

Princípios para Criação das SA

• Princípio:

– Todo dispositivo que estabelece um SA deve ser previamente autenticado.

– Autenticação de “peers” numa comunicação IPsec.• Através de segredos pré-definidos.• Através do Kerberos.• Através de Certificados.

– Negocia políticas de segurança.– Manipula a troca de chaves de sessão.

2009, Edgard Jamhour

IKE

• O protocolo IKE é implementado sobre UDP, e utiliza a porta padrão 500.

UDP 500

UDP 500

initiator responder

IKE

autenticação efetuadachave secreta definidia

SA estabelecida

2009, Edgard Jamhour

IPsec faz uma negociação em Duas Fases

• FASE 1: Main Mode

– O resultado da negociação da fase 1 é denominado “IKE Main Mode SA’.

– A “IKE Main Mode SA” é utilizada para as futuras negociações de SA entre os peers

• A IKE SA tem um tempo de vida limitado por tempo e o número de IPsec SA’s negociadas.

• FASE 2: Quick Mode

– O resultado da negociação da fase 2 é denominado “IPsec SA”

– O “IPsec SA” é utilizado para transmissão de dados• A IKE SA tem um tempo de vida limitado por tempo e a

quantidade de bytes trocados pela SA.

2009, Edgard Jamhour

Resultado da Negociação IKE

• O resultado de uma negociação IKE é o estabelecimento de 3 SA’s.

– Uma IKE main mode SA e duas IPsec SAs– A IKE main mode é bidirecional

• PEER1 [IP1] <-------- IKE main mode SA [IP1, IP2] -----> [IP2] PEER 2

• PEER1 [IP1] ---------- IPsec SA [SPI=x] --------------------> [IP2] PEER 2

• PEER1 [IP1] <-------- IPsec SA [SPI=y] ---------------------- [IP2] PEER 2

2009, Edgard Jamhour

Perfect Forward Secrecy (PFS)

• PFS determina se o material negociado para chave mestra pode ser reutilizado para calcular a chave de sessão.

• Quando session key PFS é habilitado, uma nova troca de chaves Diffie-Hellman é utiliza para recalcular a chave de sessão.

• O mecanismo PFS implica em uma nova renegociação “Main Mode” para cada negociação “Quick Mode”

• Dessa forma, essa opção só deve ser utilizada em ambiente muito hostis.

2009, Edgard Jamhour

IKE = ISAKMP e OAKLEY

• O IKE (RFC 2409) é uma combinação de dois protocolos definidos anteriormente:

– OAKLEY (RFC 2412)• Protocolo de Troca de Chaves• Utiliza o algoritmo Diffie-Hellman

– ISAKMP (RFC 2408)• Internet Security Association and Key Management

Protocol• Conjunto de mensagens para autenticar os peers e

definir os parâmetros da associação de segurança.

2009, Edgard Jamhour

Negociação Diffie-Hellman

• O IPsec utiliza a negociação Diffie-Hellman para criar uma chave de sessão (simétrica) entre os hosts da comunicação segura.

• O protocolo Diffie-Hellman é composto de três fases:

– Fase 1: • Cada host gera uma chave pública a partir de parâmetros pré-

combinados (Diffie-Helman parameters) e um número aleatório secreto.

– Fase 2:• Os hosts trocam as chaves públicas

– Fase 3: • A chave de sessão é calculada a partir das chaves públicas e dos

números aleatórios secretos.

2009, Edgard Jamhour

Algoritmo Diffie-Hellman

• 1) Cada host obtém os parâmetros "Diffie-Hellman“ (podem ser hard-coded).

– Um número primo 'p' (> 2) e uma base g (numero inteiro < p).

• 2) Cada host gera um número privado X < (p – 1).

• 3) Cada host gera sua chave pública Y:

– Y = g^X % p

• 4) Os hosts trocam as chaves públicas e calculam a chave secreta Z.

– Zb = Ya^Xb % p e Za=Yb ^Xa % p

• Matematicamente Z é idêntica para ambos os hosts: Za = Zb

2009, Edgard Jamhour

Diffie-HellMan

1. Segredo Pré-Compartilhado(um número primo e um número inteiro , podem estar no código)

A B2b. gera a chave

pública Y’a partir do segredo

e de um número aleatório X’.

2a. gera a chave pública Y

a partir do segredo e de um número

aleatório X. 3a. envia a chave pública Y para B

3b. envia a chave pública Y’ para A4a. gera a chave de sessão Z usando Y’

e X

4b. gera a chave de sessão Z usando Y e

X’

2009, Edgard Jamhour

ISAKMP

• O ISAKMP permite que os peers definam todos os parâmetros da associação de segurança e façam a troca de chaves.

• Os parâmetros negociados são:

– modo de autenticação– SPI– modo túnel ou transporte– modo ESP ou AH– protocolos de assinatura– protocolos de criptografia

2009, Edgard Jamhour

Fases de Criação da SA

• FASE 1: Cria o IKE Main Mode SA

• 1. Policy Negotiation, determina:

– O Algoritmo de criptografia: DES, 3DES, 40bitDES, ou nenhum. – O Algoritmo de integridade: MD5 or SHA. – O Método de autenticação: Public Key Certificate, preshared key, or

Kerberos V5.– O grupo Diffie-Hellman.

• 2. Key Information Exchange

– Utiliza Diffie-Helman para trocar um segredo compartilhado

• 3. Authentication

– Utiliza um dos mecanismos da fase 1 para autenticar o usuário.

2009, Edgard Jamhour

Fases de Criação da SA

• FASE 2: Cria a IPsec SA

– Define o SA que será realmente usado para comunicação segura

• 1. Policy Negotiation

– Determina:• O protocolo IPsec: AH, ESP. • O Algoritmo de Integridade: MD5, SHA. • O Algoritmo de Criptografia: DES, 3DES, 40bitDES, or

none.

• O SA e as chaves são passadas para o driver IPsec, junto com o SPI.

2009, Edgard Jamhour

Modos ISAKMP

• O ISAKMP define quatro modos de operação:

– Troca Básica• Consiste de 4 mensagens • A troca de chaves é feita com as identidades• Não protege a identidade

– Troca com Proteção de Identidade • Consiste de 6 mensagens• Protege a Identidade

– Troca somente Autenticação• Não calcula chaves• Não protege a Identidade

– Troca Agressiva• Consiste de 3 mensagens• Não protege a Identidade

2009, Edgard Jamhour

Negociação ISAKMP (Fase 1) modo básico

A B

1) Associação de Segurança, Proposta, Transformação, Nonce

2) Associação de Segurança, Proposta, Transformação, Nonce

3) Troca de Chaves, Identidade, Assinatura, Certificado

4) Troca de Chaves, Identidade, Assinatura, Certificado

AlgoritmosMD5SHA1

AlgoritmosSHA1

SAassociação de

segurança(chave sessão

+ algoritmo)SPI

SAassociação de

segurança(chave sessão

+ algoritmo)SPI

2009, Edgard Jamhour

Negociação ISAKMP (Fase 1) com proteção de identidade

A B

1) Associação de Segurança, Proposta, Transformação

2) Associação de Segurança, Proposta, Transformação

3) Troca Básica, Nounce

4) Troca Básica, Nounce

5) Identidade, Assinatura, Certiificado, Hash

6) Identidade, Assinatura, Certificado, Hash

AlgoritmosMD5SHA1

AlgoritmosSHA1

SAassociação de

segurança(chave sessão

+ algoritmo)SPI

SAassociação de

segurança(chave sessão

+ algoritmo)SPI

2009, Edgard Jamhour

Negociação ISAKMP (Fase 1) modo agressivo

A B

1) Associação de Segurança, Proposta, Transformação, Troca de Chave, Nonce, Identidade

2) Associação de Segurança, Proposta, Transformação, Troca de Chave, Nonce, Identidade, Assinatura, Certificado

3) Assinaturas, Certificado, Hash

AlgoritmosMD5SHA1

AlgoritmosSHA1

SAassociação de

segurança(chave sessão

+ algoritmo)SPI

SAassociação de

segurança(chave sessão

+ algoritmo)SPI

2009, Edgard Jamhour

Negociação ISAKMP (Fase 2) modo rápido (quick mode)

A B

1) Associação de Segurança , Propostas, Identificação do Tráfego, Nonce

2) Associação de Segurança, Proposta Selecionada, Identificação do tráfego, Nonce

3) Hash

4) Notificação

AlgoritmosMD5SHA1

AlgoritmosSHA1

SAassociação de

segurança(chave sessão

+ algoritmo)SPI

SAassociação de

segurança(chave sessão

+ algoritmo)SPI

2009, Edgard Jamhour

7) Combinação de SA (SA bundle)

• As funcionalidades oferecidas nos modos Túnel, Transporte AH e ESP não são idênticas.

• Muita vezes são necessárias mais de uma SA para satisfazer os requisitos de segurança de uma comunicação segura.

INTERNET

SA Tunnel com ESP

SA Transporte com AH

2009, Edgard Jamhour

Tunelamento Múltiplo (Iterate Tunneling)

• IPsec permite criar várias camadas de tunelamento terminando em end points diferentes.

INTERNET

2009, Edgard Jamhour

Combinação de SA’s

Associação de Segurança 1 Associação de Segurança 2

Associação de Segurança 2

Associação de Segurança 1

Rede não Confiável

Rede não Confiável

Rede não Confiável

Rede não Confiável

2009, Edgard Jamhour

8) Configuração do Firewall

• Os firewalls devem ser configurados para:

• 1) Liberar a porta usada pelo IKE para negociação do IPsec:

• IKE usa a porta UDP 500

• 2) Liberar os protocolos IPsec:

• ESP: Protocolo IP tipo 50• AH: Protocolo IP tipo 51

2009, Edgard Jamhour

NAT Traversal (NAT-T)

• Em seu modo básico, o IPsec não pode atravessar roteadores que implementam NAT, pois as portas TCP e UDP podem estar criptografadas.

• Para resolver esse problema, um mecanismo denominado “Traversal NAT” encapsula os pacotes IPsec em UDP.

• No caso do IPsec, o encapsula mento é feito na porta UDP 4500, a qual também deve ser liberada no firewall.

2009, Edgard Jamhour

9) IPsec e L2TP

• O IPsec realiza apenas tunelamento em camada 3.

• Isto implica que apenas protocolos da pilha TCP/IP podem ser transportados pelo IPsec.

• Uma técnica comum consiste em combinar o L2TP e o IPsec para criar tuneis de camada 2, capazes de transportar qualquer tipo de protocolo.

2009, Edgard Jamhour

Tunelamento L2TP com IPsec

• L2TP e IPsec podem ser combinados para implementar um mecanismo completo de VPN para procotolos de rede diferentes do IP, como IPx e NetBEUI.

2009, Edgard Jamhour

Padrões Relacionados ao IPsec

• RFC 2401 :

– Security Architecture for the Internet Protocol

• RFC 2402:

– IP Authentication Header

• RFC 2403:

– The Use of HMAC-MD5-96 within ESP and AH

• RFC 2404:

– The Use of HMAC-SHA-1-96 within ESP and AH

• RFC 2405:

– The ESP DES-CBC Cipher Algorithm With Explicit IV

2009, Edgard Jamhour

Padrões Relacionados ao IPsec

• RFC 2406:

– IP Encapsulating Security Payload (ESP)

• RFC 2407:

– The Internet IP Security Domain of Interpretation for ISAKMP

• RFC 2408:

– Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP)

• RFC 2409:

– The Internet Key Exchange (IKE)

2009, Edgard Jamhour

Conclusão

• IPsec é uma extensão de segurança para o protocolo IP definido pelo IETF, que permite criar políticas que servem tanto para intranets quanto para extranets.

• IPsec define mecanismos que são padronizados tanto para IPv4 (IPsec é facultativo) quanto para IPv6 (neste caso, IPsec é mandatório).

• Existem críticas sobre o modo atual de operação do IKE em dua fases, bem como o uso do protocolo AH. Esses temas são sujeitos a revisões futuras