IPsec徹底入門

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1 本資料について 本資料は下記書籍を基にして作成されたものです 文章の内容の正確さは保障できないため 正確な知識を求める方は原文を参照してください 書籍名 :IPsec 徹底入門著者 : 小早川知明発行日 :2002 年 8 月 6 日発売元 : 翔泳社 1

2 IPsec 徹底入門 名城大学理工学部渡邊研究室村橋孝謙 2

3 目次 第 1 章 IPsec アーキテクチャ 第 2 章 IPsec Security Association 第 3 章 Internet Key Exchange 3

4 第 1 章 IPsec アーキテクチャ 4

5 はじめに 現在 どこからでもインターネットに接続可能になっている さまざまなセキュリティ機能が必要 5

6 身を守るべき攻撃 受動的な攻撃 盗聴 トラフィック解析 能動的な攻撃 なりすまし リプレイ攻撃 メッセージの改ざん DoS 攻撃 6

7 IPsec とは 現在使用されているアプリケーション全てに個別にセキュリティ機能を実現することは不可能 IP レイヤにおいて 全ての IP パケットにセキュリティを提供 IPsec 7

8 必要なセキュリティ機能 (1/3) 秘密性 認証 ( 本人性確認 ) 認証 ( 完全性保証 ) 否認不能性 アクセス制御 可用性 IPsec は安全な VPN の実現するための解決策 8

9 必要なセキュリティ機能 (2/3) 秘密性 盗聴 トラフィック解析からの保護 認証 ( 本人性確認 ) 表示されたメッセージ送信元の保証 意図した通信相手であることの保証 認証 ( 完全性保証 ) メッセージが改ざんされていないことの保証 9

10 必要なセキュリティ機能 (3/3) 否認不能性 送信者が確かにメッセージを送信したことや 受信者が確かにメッセージを受信したことを証明 アクセス制御 通信を行う相手やプロトコルなどによって 通信の通過 遮断を制御する 可用性 システムが常に使用できる 10

11 IPsec のメリット VPN の各拠点に IPsec 装置を置くだけで良い アプリケーションに変更を加える必要がない LAN 内部の機器に暗号化等の負荷がかからない 11

12 IPsec の実現要素 パケットのカプセル化 ( セキュリティそのものを提供 ) パケットの暗号化 ( 秘密対称鍵 IPsec コネクションの生成 管理 ) 12

13 IPsec の動作イメージ IPsec 装置 A の設定 PC1 から PC2 向けのパケットを IPsec 化して IPsec 装置 B に転送 13

14 IPsec の動作イメージ ペイロード IP ヘッダ PC1 から PC2 向けのパケットを IPsec 装置 A に送信 14

15 IPsec の動作イメージ ペイロード IP ヘッダ IPsec トンネルの生成 または既存のトンネルの使用 15

16 IPsec の動作イメージ 暗号化された元のパケット IPsec ヘッダ IP ヘッダ ペイロード IP ヘッダ パケットの IPsec 化 16

17 IPsec の動作イメージ 暗号化された元のパケット IPsec ヘッダ IP ヘッダ IPsec 化されたパケットをルータ A に転送 普通のパケットとして IPsec 装置 B へ送信 17

18 IPsec の動作イメージ ペイロード IP ヘッダ 暗号化された元のパケット IPsec ヘッダ IP ヘッダ パケットの復号化 18

19 IPsec の動作イメージ ペイロード IP ヘッダ PC2 は PC1 より送信されたパケットを受信 19

20 SA (Security Association) とは (1/3) IPsec トンネルを正式には SA と呼ぶ IPsec 装置間で生成される すべての IP パケットは いずれかの SA に所属して送り出される IPsec のセキュリティ機能は SA によって実現される 20

21 SA (Security Association) とは (2/3) ユニディレクションである SA ごとに独立したアルゴリズム 鍵などを持つ SA1 IPsec 装置 1 Ipsec 装置 2 SA2 21

22 SA (Security Association) とは (3/3) 2 種類のプロトコルを持つ ESP (Encapsulating Security Payload) パケットの暗号化機能 AH (Authentication Header) パケットの改ざん検知機能 パケットの IPsec 化 パケットの ESP/AH 化 22

23 ESP の提供するセキュリティ機能 秘密性 パケットの暗号化 認証 ( 本人性確認 ) 送信元の保証 ( ペイロードの改ざん防止のみ ) 認証 ( 完全性保証 ) パケットが改ざんされていないことの保証 アクセス制御 パケットのフィルタリング 23

24 AH の提供するセキュリティ機能 認証 ( 本人製確認 ) リプレイ攻撃の防止 パケット送信元を完全に保証 ( IP ヘッダまで含めて認証 ESP より強力 ) 認証 ( 完全性保証 ) パケットが改ざんされていないことの保証 アクセス制御 パケットのフィルタリング 24

25 カプセル化モード トンネルモード 実際に通信するホスト以外がパケットをIPsec 化 エンドツーエンドでの認証 暗号化に使用 トランスポートモード 通信するホスト同士が自身のパケットを IPsec 化 ネットワーク間の通信に対して認証や暗号化を行う場合に使用 25

26 パケットの IPsec 化 (ESP) 元のパケット 宛先送信元 TCPヘッダ データ IPヘッダ 元のパケット トンネルモードで IPsec (ESP) 化されたパケット 宛先送信元新しいIPヘッダ ESP ヘッダ 宛先 送信元 TCPヘッダデータ ESP トレイラ 元のIPヘッダ元のパケット暗号化される範囲認証 ( 完全性保証 ) の対象範囲 ESP 認証値 トランスポートモードで IPsec (ESP) 化されたパケット 宛先 送信元 ESP ヘッダ TCP ヘッダデータ 元の IP ヘッダ ESP トレイラ 元のパケットのペイロード部分暗号化される範囲認証 ( 完全性保証 ) の対象範囲 ESP 認証値 26

27 パケットの IPsec 化 (AH) 元のパケット 宛先送信元 TCPヘッダ データ IPヘッダ 元のパケット トンネルモードで IPsec (AH) 化されたパケット 宛先送信元 AH 宛先 送信元 TCPヘッダ データ 新しいIPヘッダ元のIPヘッダ認証 ( 完全性保証 ) の対象範囲ただしIPヘッダの一部転送中可変フィールドは除く トランスポートモードで IPsec (AH) 化されたパケット 宛先 送信元 AH TCPヘッダ データ 元のIPヘッダ元のパケットのペイロード部分認証 ( 完全性保証 ) の対象範囲ただしIPヘッダの一部転送中可変フィールドは除く 27

28 カプセル化モードとプロトコル カプセル化モード トランスポートモード トンネルモード ) プロトコル ESP AH ) 組み合わせは自由 28

29 カプセル化モードとプロトコル ESP 単体では転送用 IP ヘッダの改ざんは検知不可能 不要ならESPのみで十分 ESPで暗号化 AHで認証 ESP に認証 ( 完全性保証 ) 機能を提供 AH の必要性の減少 トンネルモードで IPsec (ESP) 化されたパケット 宛先送信元新しいIPヘッダ ESP ヘッダ 宛先 送信元 TCPヘッダデータ ESP トレイラ 元の IP ヘッダ 元のパケット暗号化される範囲認証 ( 完全性保証 ) の対象範囲 ESP 認証値 トランスポートモードで IPsec (ESP) 化されたパケット 宛先 送信元 ESP ヘッダ TCP ヘッダデータ 元の IP ヘッダ ESP トレイラ 元のパケットのペイロード部分暗号化される範囲認証 ( 完全性保証 ) の対象範囲 ESP 認証値 29

30 第 2 章 IPsec Security Association 30

31 SA の属性 セキュリティプロトコル ESPまたはAH カプセル化モード トンネルモードまたはトランスポートモード Security Parameters Index (SPI) SAを識別するための識別子通信相手のアドレス等と組み合わせて使用 暗号化 認証アルゴリズム 3DES,MD5など セレクタ SAに流すパケットの指定 31

32 暗号化アルゴリズム IPsec では 同じ秘密鍵を送信者と受信者で共有する ( 秘密対象鍵 ) DES,3DES が多く使用される ブロック暗号 決められた長さのブロック単位に暗号化を行う CBCモード 暗号化するブロックの平文と,1つ前のブロックの暗号化結果とのXOR 値を暗号化する 32

33 認証アルゴリズム 認証 ( 完全性保証 ) 認証 ( 本人性確認 ) 一方向性ハッシュ関数により確認 MD5 SHA-1 HMAC ( 鍵付きハッシュ関数 ) 33

34 セレクタ パケットを IPsec 化するルールを決定 宛先 IPアドレス 送信元 IPアドレス トランスポートレイヤプロトコル (TCP,UDPなど) 送信元ポート, 宛先ポート ユーザ名, ホスト名 34

35 第 3 章 Internet Key Exchange 35

36 IKE (Internet Key Exchange) とは SA の自動生成 管理プロトコル SA 自動生成 IPsec 通信が必要になると オンデマンドで生成 SA の管理 SAが生成されてからの期間や使用状況を監視 SAを秘密対象鍵ごと作り直す 36

37 IKE の基本機能 Proposal(SA 生成の要求 ) 交換 生成する SA のパラメータをネゴシエートして決定 Diffie-Hellman 交換 生成する SA の秘密対象鍵を安全に自動生成 IKE 相手の認証 ( 本人性確認 ) 通信相手が偽者でないことを確認 37

38 IKE 動作の典型例 インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 PC2 PC1 が PC2 へ ping を打つ SG: セキュリティゲートウェイ R: ルータ 38

39 IKE 動作の典型例 パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 PC2 パケットを SG1 に向けて送信 (SG1: PC1 のデフォルトゲートウェイ ) 39

40 IKE 動作の典型例 パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 トンネルモード ESP 宛先 :SG2 PC2 SG1 のセキュリティポリシーを参照し IPsec 化 40

41 IKE 動作の典型例 ISAKMP SA: IKE により SA を自動生成する際に IKE 自身が制御信号をやり取りする制御用チャネル パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SA の生成要求 PC2 SG1 が ISAKMP SA の生成要求を SG2 に送信 (Proposal) 41

42 IKE 動作の典型例 パケット トンネルモード ESP 宛先 :SG2 インターネット このパラメータで OK トンネルモード ESP 宛先 :SG1 PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SAの生成要求の生成受諾 PC2 SG1 が ISAKMP SA の生成要求を SG2 に送信 (Proposal) 42

43 IKE 動作の典型例 パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 乱数 Diffie-Hellman 交換 乱数 PC2 Diffie-Hellman 交換により秘密対象鍵を生成 43

44 IKE 動作の典型例 パケット インターネット ISAKMP SAが確立 PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ハッシュ値の交換 PC2 IKE 相手が本物かどうかの確認 認証 ( 本人性確認 ) 値の交換 44

45 IKE 動作の典型例 パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 IPsec SA の提案 PC2 SG1 はパケットを IPsec 化するための SA の Proposal をセキュリティポリシーに従って SG2 に送信 暗号化に使用する鍵を作るための乱数も同時に送る ISAKMP SA を通じているため暗号化されている 45

46 IKE 動作の典型例 パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 IPsec SA の提案 PC2 提案 (Proposal) の受諾 受諾した SA と 暗号化に使用する鍵を作るための乱数を返信 46

47 IKE 動作の典型例 パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 IPsec SA 確立通知 IPsec SA (SG1 SG2) PC2 IPsec SA (SG2 SG1) SG1 より SG2 へ IPsec SA 確立の通知 47

48 IKE 動作の典型例 ( パケットの IPsec 化 ) ESP パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SA PC2 IPsec SA (SG1 SG2) IPsec SA (SG2 SG1) パケットを ESP 化 48

49 IKE 動作の典型例 ( パケットの IPsec 化 ) ESP パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SA PC2 IPsec SA (SG1 SG2) IPsec SA (SG2 SG1) SG1 より SG2 へ ESP 化されたパケットを送信 49

50 IKE 動作の典型例 ( パケットの IPsec 化 ) インターネット ESP パケット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SA PC2 IPsec SA (SG1 SG2) 秘密対象鍵を用いて復号化 IPsec SA (SG2 SG1) 50

51 IKE 動作の典型例 (PC2 からの応答 ) インターネット パケット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SA PC2 IPsec SA (SG1 SG2) IPsec SA (SG2 SG1) SG1 は PC2 へ復号化されたパケットを送信 51

52 IKE 動作の典型例 (PC2 からの応答 ) インターネット ESP パケット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SA PC2 IPsec SA (SG1 SG2) IPsec SA (SG2 SG1) 同様に SG2 で ESP 化 SG1 へ送信 SG2 で復号化 PC1 へ転送 52

53 IKE 動作の典型例 (PC2 からの応答 ) インターネット ESP パケット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SA PC2 IPsec SA (SG1 SG2) IPsec SA (SG2 SG1) 同様に SG2 で ESP 化 SG1 へ送信 SG2 で復号化 PC1 へ転送 53

54 IKE 動作の典型例 (PC2 からの応答 ) ESP パケット インターネット PC1 SG1 R1 R2 R3 SG2 ISAKMP SA PC2 IPsec SA (SG1 SG2) IPsec SA (SG2 SG1) 同様に SG2 で ESP 化 SG1 へ送信 SG2 で復号化 PC1 へ転送 54

55 最後に IPsec とは SA(ESP,AH) の概要 IKE の動作例 55

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