Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Протокол IPSec для групп по интересам

Роберт Московиц

Видя, какое внимание сетевая индустрия уделяет вопросам безопасности при передаче информации, группа FTIE приложила все усилия к усовершенствованию протокола IPSec (IP Security), который обеспечивает средства для безопасного обмена информацией между системами и сетями в Интернет. И хотя применение многих "патентованных" систем решает некоторые, а порой и все, проблемы, связанные с защитой данных, это все-таки частные, фирменные решения.

С помощью протокола IPSec пользователи могут создавать закрытые сообщества, основанные на общих интересах, вне зависимости от специфики используемых ими сетей. Ниже мы рассмотрим технологии, на которых базируется протокол IPSec.

Протокол IPSec

Протокол IPSec включает два протокола: Authentication Header (AH) и Encapsulating Secure Payload (ESP). Первый создает конверт, обеспечивающий аутентификацию источника данных, их целостность и защиту от навязывания повторных сообщений (см. рис. 1).


Рис 1. Формат заголовка AH

Таким образом, протокол AH предоставляет ряд мер защиты от атак злоумышленников. С его помощью аутентифицируется каждый пакет, что делает программы, пытающиеся перехватить управление сеансом, неэффективными.

Помимо этого протокол AH обеспечивает, насколько это возможно, аутентификацию заголовков IP-пакетов, несмотря на нахождение IP-заголовков за пределами создаваемого им конверта. Аутентификация AH предотвращает манипулирование полями IP-заголовка во время прохождения пакета. По этой причине данный протокол нельзя применять в среде, где используется механизм трансляции сетевых адресов (Network Address Translation -- NAT), так как манипулирование IP-заголовками необходимо для его работы.

Протокол ESP обеспечивает конфиденциальность данных (см. рис. 2) и выполняет все функции протокола AH по защите зашифрованных неаутентифицируемых потоков данных.


Рис.2. Формат заголовка ESP

Спецификация IPSec допускает работу протокола ESP без использования функций AH. Но мы настойчиво рекомендуем вам избегать этого, за исключением тех случаев, когда полностью отдаете себе отчет в том, зачем вы это делаете. В протоколе ESP можно использовать фиктивное шифрование, что эквивалентно применению протокола AH без аутентификации IP-заголовка. Это позволяет включать в работу механизм NAT, поскольку в этом случае адреса в заголовках можно модифицировать.

Протоколы ESP и AH зарегистрированы организацией IANA (Internet Address Naming Authority) и занесены в реестр протоколов под порядковыми номерами 50 и 51 соответственно. Если вы или ваш поставщик услуг Интернет уже реализовали какие-либо базовые правила фильтрации пакетов на ваших пограничных маршрутизаторах, то вам необходимо добавить эти два протокола к списку разрешенных протоколов. Поскольку поле "тип протокола" заголовка IP-пакета теперь будет соответствовать конверту IPSec, то первоначальный тип транспортного протокола помещается в следующее поле "тип протокола" внутри заголовка IPSec (см. рис. 3).


Рис.3. Инкапсуляция протоколов

Протокол IPSec можно использовать как в транспортном, так и в туннельном режиме. В первом случае заголовок IPSec размещается между сетевым (IP) и транспортным (TCP или UDP) заголовками обычного IP-пакета. Транспортный режим разработан для применения на оконечных системах. Работа в этом режиме отражается на всех входящих в группу системах и в большинстве случаев требуется перепрограммирование приложений.

Туннельный режим IPSec применяется на шлюзах. При работе в этом режиме обычные IP-пакеты помещаются в конверт IPSec, а тот, в свою очередь помещается в другой IP-пакет. Этот режим позволяет вам быстро развернуть туннельные IPSec-устройства по периметру сети. Обеспечение безопасности трафика между сконфигурированными таким образом сетями -- дело весьма простое, не требующее разработки новых приложений или специальных пользовательских программных средств. ПО, обеспечивающее туннельный режим, может размещаться на шлюзе или оконечных системах.

На оконечных системах туннельный режим наиболее часто применяется для поддержки удаленных и мобильных пользователей. И хотя большая часть данных конечных пользователей пересылается шлюзами через туннели, транспортный режим используется на шлюзах для защиты внутренних связей между одноранговыми шлюзами. Это может стать прекрасным способом защиты удаленного управления маршрутизаторами, коммутаторами ATM, межсетевыми экранами и другими ключевыми компонентами инфраструктуры сети.

Соединение по протоколу IPSec устанавливается однонаправленным соглашением по безопасности SA (Security Association), поэтому на каждое соединение требуется по два SA-соглашения. Каждое из них определяет различные параметры IPSec-соединения, такие как алгоритмы шифрования и аутентификации, которые будут использованы при обмене информацией между системами, сеансные ключи шифрования и т. д., управляющие их работой.

Алгоритмы IPSec

Как уже упоминалось, IPSec -- это набор протоколов, в которых используются алгоритмы аутентификации и шифрования. На сегодня определены два алгоритма аутентификации и семь алгоритмов шифрования. В протоколах AH и ESP работают алгоритмы аутентификации HMAC-MD5 и HMAC-SHA1. Их действие основано на применении обоими участниками сеанса общего секретного ключа длиной 128 бит в случае MD5 (Message Digest version 5, стандарт RFC 1321) и 160 бит в случае SHA1 (Secure Hash Algorithm version 1, стандарт FIPS 180-1). Алгоритм HMAC (Keyed-Hashing for Message Authentication Code) определяется стандартом RFC 2104.

HMAC -- это алгоритм аутентификации с секретным ключом. Целостность данных и аутентификация их источника, обеспечиваемая им, зависит от масштаба распространения секретного ключа. Если ключ HMAC известен только передающей и принимающей сторонам, это обеспечит и аутентификацию источника данных, и целостность пакетов данных, пересылаемых между двумя сторонами. Ключи для HMAC генерируются посредством процедуры ISAKMP/Oakley.

Алгоритм шифрования DES (Data Encryption Standard) с явно заданным вектором инициализации (Initialization Vector -- IV) применяют в протоколе ESP по умолчанию. Он необходим для обеспечения IPSec-совместимости. Вполне возможно, вам могут потребоваться и другие алгоритмы шифрования. В качестве альтернативы DES определены следующие алгоритмы: Triple DES, CAST-128, RC5, IDEA, Blowfish и ARCFour.

Многие пользователи считают алгоритм CAST (стандарт RFC 2144) таким же стойким, как алгоритм Triple DES с 128-битовым ключом. Кроме того, он быстрее чем DES. RC5 (стандарт RFC 2040) -- алгоритм шифрования потока данных, использующий ключ переменной длины. По мнению большинства, стойкость RC5 зависит от длины ключа, которая может достигать 256 бит. Алгоритм IDEA (International Data Encryption Algorithm) рассматривают как "быстрый" эквивалент Triple DES. Еще одним алгоритмом, использующим ключ переменной длины, является Blowfish. Это тоже "крепкий орешек", над которым долгое время будут трудиться злоумышленники. Последний алгоритм, ARCFour, является общедоступной версией алгоритма RC4.

Выбор алгоритма, кроме обязательного DES, целиком зависит от разработчика. Возможность выбора алгоритма шифрования предоставляет ему дополнительное преимущество: ведь злоумышленник должен не только вскрыть шифр, но и определить, какой именно шифр ему надо вскрывать. Вместе с необходимостью подбора ключей, это, скорее всего, оставит ему слабую надежду на своевременную расшифровку ваших данных.

Протокол ISAKMP/Oakley

Задание алгоритмов IPSec -- дело непростое, для этого требуется протокол управления сеансом. Протокол ISAKMP (Internet Security Association Key Management Protocol) является рамочной основой для такого протокола, а протокол Oakley -- это уже конкретная реализация его на этой основе, предназначенная для совместного использования с IPSec.

Протокол Oakley имеет более широкий набор функциональных возможностей, чем необходимо для управления IPSec-сеансами. Реализация ISAKMP/Oakley представляет собой функциональное подмножество, достаточное, чтобы обеспечить безопасный способ сообщения аутентификационных данных для генерации ключей и SA-параметров. Обмен по протоколу ISAKMP/Oakley происходит в двух режимах (фазах): основном и быстром. В соответствии с протоколом Oakley, обмен начинается в основном и продолжается в быстром режиме. В первом режиме устанавливаются соглашения SA для обмена данными по протоколу Oakley, а во втором -- по протоколу IPSec.

На один обмен в основном режиме может приходиться несколько обменов в быстром, так как время существования SA-соглашения для протокола Oakley может быть более длительным, чем для протокола IPSec. Благодаря ограниченному сроку существования SA-соглашений комбинирование в сеансе основного и быстрого режимов обеспечивает очень мощный защитный механизм обмена ключами.

Обмен ключами в основном режиме осуществляется по методу Диффи-Хелмана (D-H), который требует интенсивного использования вычислительных ресурсов. Этот метод является механизмом распределения открытых ключей для безопасного обмена секретной информацией без применения какой-либо информации, заранее известной обеим сторонам. Поэтому им активно пользуются для установления безопасных сеансов связи в тех случаях, когда необходима динамическая защита и когда оконечные системы не принадлежат одной и той же системе административного управления. Например, метод D-H можно использовать в электронной коммерции при установлении соединения для передачи транзакций между двумя компаниями.

Хотя этот метод и требует больших вычислительных ресурсов, при его применении возможен компромисс между криптостойкостью алгоритма (при использовании менее длинных открытых ключей) и необходимым объемом вычислений. Обмен ключами в быстром режиме не требует большого объема вычислений, так как здесь используется набор простых математических операций. Существует ограничение допустимого числа быстрых фаз, превышение которого ведет к тому, что ключи, сгенерированные в основной фазе, а затем используемые в быстрых фазах, окажутся под угрозой вскрытия. На сегодняшний день нет жесткого правила, определяющего число быстрых фаз на одну основную фазу; криптографы действуют, руководствуясь общими соображениями и учитывая оперативную обстановку.

В основном режиме оба участника обмена устанавливают SA-соглашения для безопасного общения друг с другом по протоколу Oakley. В быстром режиме SA-соглашения устанавливаются уже "от лица" протокола IPSec или любой другой службы, которой необходимы данные для генерации ключей или согласования параметров. Протокол Oakley разработан таким образом, что он никак не связан с IPSec. Например, для повышения безопасности процесса установления сеансов его вполне можно использовать вместе с протоколом SSL (Secure Sockets Layer) версии 4.0 взамен механизма обмена ключами SSL 3.0.

Необходимость интерпретации

Протокол ISAKMP/Oakley не был специально разработан для совместного использования с протоколом IPSec, поэтому возникает необходимость в так называемой области интерпретации (Domain Of Interpretation -- DOI), которая обеспечила бы совместную работу протоколов IPSec и ISAKMP/Oakley. Чтобы другие протоколы также могли использовать ISAKMP/Oakley, они должны иметь собственные DOI-области. В настоящий момент таких областей для других протоколов не существует, но ситуация может измениться на очередной конференции группы IETF или в том случае, если частный разработчик, например фирма Netscape, решит использовать этот механизм. Более подробно об этом можно прочитать в документе "The Internet Key Exchange (IKE)", разработанном рабочей группой IP Security Protocol Working Group (ftp://ftp.ietf.org/internet-draft/draft-ietf-ipsec-isakmp-oakley-06.txt).

В основном режиме между сторонами согласуются методы шифрования, хэширования, аутентификации и так называемая группа D-H (их всего четыре), которая определяет криптографическую стойкость алгоритма открытого распределения ключей. Первая группа D-H характеризуется высокой стойкостью и позволяет использовать стандарт DES, в то время как для второй и третьей групп следует применять Triple DES. Поскольку в основном режиме иногда требуется передавать до шести пакетов, то, например, при использовании космического сегмента с большой временной задержкой, DES лучше применять с более сильной группой D-H. Тогда перед выполнением очередного основного режима, сопряженного с интенсивными вычислениями и обменом пакетами, вам удастся выполнить больше обменов в быстром режиме.

Когда SA-соглашение для обмена по протоколу Oakley устанавливается в основном режиме, создается цепочка случайных битов, которую используют для генерации ключей. Также определяется продолжительность (по времени или количеству переданных данных) "жизни" SA-соглашения Oakley и данные для генерации ключей до того, как потребуется следующий обмен в основном режиме.

Быстрый режим проще основного, и согласование SA для IPSec осуществляется с помощью трех пакетов. IPSec-ключи создаются посредством простых операций возведения в степень переданных в основном режиме данных. В быстром режиме согласуются также алгоритмы шифрования и сроки существования SA для IPSec-сеансов.

Согласно этим срокам определяется, как скоро, в зависимости от времени или объема переданных данных, потребуется новое согласование в быстром режиме. Заметьте, есть два разных срока существования SA-соглашения. Основной режим задает его для протокола Oakley, а быстрый -- для обмена по протоколу IPSec. В качестве примера предлагаем значения этих параметров для шифрования IPSec-сеансов с помощью алгоритма DES: 15 мин или 10 Мбайт для быстрого режима, и 60 мин или 40 Мбайт для основного. Эти числа следует увеличить для Triple DES и уменьшить для ARCFour (в ARCFour применяется 40-битный, а в TripleDES -- 112-битный ключ). Такой подход позволяет сбалансировать криптографическую стойкость сервисов IPSec и стоимость накладных расходов на передачу пакетов ISAKMP/Oakley.

При генерации ключей в основном режиме сеанс можно принудительно прервать на основании отзыва сертификата. Сертификаты оконечных узлов используются только во время основного режима. Таким образом, при аннулировании одного из сертификатов обмен прервется только в основном режиме. Временные ограничения, согласованные в основном и быстром режимах, значительно отличаются друг от друга и зависят от типа данных и транзакций, использующих IPSec-соединение. Для правильного определения этих ограничений с учетом, с одной стороны, объема вычислений и нагрузки на сеть, а с другой -- вероятности нарушения защиты данных, требуется некоторый анализ.

Сочетание различных IPSec-механизмов обеспечивает вполне безопасные соединения как между сетями, так и между конечными станциями. Поскольку практически все поставщики поддерживают эти стандарты, рано или поздно это приведет к возникновению среды для реализации безопасных соединений через Интернет. Таким образом, протокол IPSec станет основным для безопасной электронной коммерции в Интернет.





  
7 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Между прошлым и будущим

локальные сети

• Выбираем сетевой цветной принтер

• Сетевые адаптеры на 10/100 Мбит/с

• Sportster MessagePlus на скорости 33,6 Кбит/c и выше

• Кабельные системы для офисных зданий. Часть II. Администрирование

• Настройка NT: стоит ли тратить время?

• Ленточные накопители: богатство выбора

бизнес

• Настраивая каналы

корпоративные сети

• Телекоммуникационная составляющая системной интеграции

• Управление корпоративными СУБД: возвращение на землю

• Маршрутизаторы

• Проблемы резервного копирования промышленных баз данных

системы учрежденческой связи

• Тенденции развития телефонных станций

услуги сетей связи

• Интеллектуальные сети - российским операторам связи

• "Небесные" высокоскоростные сети

• Концентраторы доступа к ATM

• На пути создания интеллектуальных сетей

• CDMA - тема для отдельного разговора

интернет и интрасети

• Очередное вручение премии BOTI

• Гармония будущего

защита данных

• Протокол IPSec для групп по интересам

новые продукты

• Z.E.N.: новая философия управления фирмы Novell; В Интернет - через InBusiness Internet Station; Hicom 300 Е - это больше, чем просто УАТС; Серверы Sun для рабочих групп; CBOSS: биллинг для операторов;



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх