GSCIP IPsec LAN GSCIP IPsec End-to-End A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec Keisuke Imamura, Hidekazu Suzuki and Akira Watanabe Demand for the system to make secure remote access from the Internet to enterprise networks has been increasing. However, the security of the existing remote access methods is vulnerable in Internets, although it is robust on the Internet. In order to solve this problem, we have studied a remote access method that uses GSCIP and IPsec in combination. This method can realize End-to-End secure communication not only for the Internet but also for Intranets. 1. VPN Virtual Private Network VPN PPTP Point-to-Point Tunneling Protocol 1) L2TP Layer 2 Tunneling Protocol 2) IPsec Security Architecture for Internet Protocol 3) SSL Secure Socket Layer 4) PPTP L2TP VPN IPsec SSL IPsec SSL Graduate School of Science and Technology, Meijo University End-to-End End-to-End IPsec NAT 5) UDP IPsec IPsec GSCIP Grouping for Secure Communication for IP 6) GSCIP 1 1 IPsec GSCIP End-to-End
1 IPsec 2 SSL 2 VPN 3 GSCIP IPsec 4 5 2. 2.1 IPsec-VPN IPsec TCP/IP IETF Internet Engineering Task Force IPsec SA Security Association IKE 7) IKE 1 IPsec LAN IPsec-VPN IPsec-VPN IKE IPsec SA IPsec SA IPsec VPN End-to-End 2 IPsec VPN IPsec VPN LAN End-to-End IPsec UDP NAT 8) IPsec 2.2 SSL-VPN SSL HTTP FTP SSL-VPN SSL VPN Web SSL 2 SSL SSL DMZ DeMilitarized Zone SSL-VPN Web SSL-VPN SSL-VPN HTTPS SSL-VPN HTTPS Web VPN SSL-VPN UDP TCP TCP 3. 3.1
IPsec IPsec IPsec IPsec IPsec IPsec GSCIP IPsec GSCIP End-to-End 3.2 GSCIP GSCIP 3 GSCIP GSCIP GE GSCIP Element GE GES GE realized by Software GEN GE for Network GES GEA GE realized by Adapter 3 GEN GEN GSCIP GE 3 GSCIP GK Group Key GK IP GK GE CL Closed Mode OP Open Mode GEN GEA GES GES 3 GEA 2 GES3 GMS Group Management Server GMS GE GK GK 3.3 DPRP DPRP Dynamic Process Resolution Protocol 9) GSCIP 1 GE GE PIT Process Information Table PIT / IP / / / PIT CID Connection ID; /
5 4 DPRP IP DPRP,. PIT PIT PIT DPRP PIT 4 DPRP DPRP ICMP DDE Detect Destination End GE RGI Report GE Information MPIT Make Process Information Table CDN Complete DPRP Negotiation 4 DDE DPRP CID DDE GES2 GE RGI RGI GE ID GE RGI RGI GES1 GE GE GES1 MPIT GES2 MPIT GEN GES2 PIT GES2 PIT DPRP CDN GES1 CDN GES1 PIT / / / PCCOM Practical Cipher Communication Protocol 10) 3.4 5 GSCIP IPsec GES IPsec- VPN IKE IPsec GES GMS GMS GES GK GES DPRP PIT GES LAN GSCIP End-to-End IPsec IPsec ESP 11),12) PCCOM 4. 1 IPsec VPN IPsec LAN End-to-End IPsec LAN IPsec End-to-End NAT IPsec UDP IPsec SSL-VPN DMZ SSL-VPN
1 IPsec IPsec SSL-VPN VPN IPsec IPsec SSL-VPN SSL VPN IPsec GSCIP End-to-End UDP End-to-End GSCIP UDP TCP SSL-VPN HTTPS, IPsec GSCIP GSCIP IPsec 5. VPN GSCIP IPsec End-to-End 1) K. Hamzeh, G. Pall, W. Verthein, J. Taarud, W.Little, and G.Zorn. Point-to-point tunneling protocol (pptp). RFC 2637, July 1999. 2) W. Townsley, A. Valencia, A. Rubens, G. Pall, G. Zorn, and B. Palter. Layer two tunneling protocol l2tp. RFC 2661, August 1999. 3) S.Kent and K.Seo. Security architecture for the internet protocol. RFC 4301, December 2005. 4) T.Dierks and C.Allen. The tls protocol version 1.0. RFC 2246, January 1999. 5) P. Srisuresh and K. Egevang. Traditional ip network address translator (traditional nat). RFC 3022, January 2001. 6),,,, and. gscip. In DICOMO2005, volume 2005, pages 441 444, July 2005. 7) P. Hoffman. Algorithms for internet key exchange version 1 (ikev1). RFC 4109, May 2005. 8) A.Huttunen, B.Swander, V.Volpe, L.DiBurro, and M. Stenberg. Udp encapsulation of ipsec esp packets. RFC 3948, January 2005. 9) and. dprp., 47(11):2976 2991, November 2006. 10),,, and. Nat pccom., 47(7):2258 2266, July 2006. 11) S. Kent. Ip encapsulating security payload (esp). RFC 4303, December 2005. 12) V. Manral. Cryptographic algorithm implementation requirements for encapsulating security payload (esp) and authentication header (ah). RFC 4835, April 2007.
GSCIP と IPsec を併用したリモートアクセス方式の提案と評価 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 名城大学大学院理工学研究科 今村圭佑鈴木秀和渡邊晃
研究背景 無線アクセスポイントの普及や在宅勤務者の増加 社外から社内へアクセスが頻繁に行われている 盗聴, 改ざん, 成りすまし リモートアクセス VPN が注目を浴びている 社外から社内までセキュリティを確保 暗号化ユーザ認証 インターネット空間での脅威から通信を保護 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 1
研究背景 企業ネットワークにおけるセキュリティ脅威 ユーザ名とパスワードに頼る簡単な相手認証 アクセス制御 イントラネット内のユーザによる内部犯罪の増加 盗聴, 改ざん成りすまし インターネット, イントラネット共にセキュリティを確保セキュアなリモートアクセス方式を提案 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 2
インターネット上のセキュリティ確保 インターネット VPN IPsec(Security Architecture for Internet Protocol) SSL(Secure Sockets Layer) PPTP(Point to Point Tunneling Protocol) L2TP(Layer 2 Tunneling Protocol) リモートアクセス VPN として IPsec,SSL が良く利用されている A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 3
IPsec-VPN の概要と問題点 データの改ざん防止や秘匿機能を提供するプロトコル ネットワーク層に実装されており, アプリケーションは意識せずに利用できる DMZ End-to-End で暗号化されていない 暗号化通信 インターネット 管理負荷の増加 リモート端末 IPsec トンネルモード IPsec トランスポートモード IPsec-VPN 装置 非暗号化通信 一般端末 重要サーバ 社内 LAN A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 4
SSL-VPN の概要と問題点 暗号化に SSL を利用する VPN 技術 Web ブラウザなどに実装されている SSL-VPN 装置 DMZ End-to-End で暗号化されていない 暗号化通信 インターネット 一般端末 リモート端末 FW 非暗号化通信 重要サーバ 社内 LAN A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 5
イントラネット内のセキュリティ対策 イントラネットに IPsec を適応させると トンネルモード, トランスポートモードに互換性がない 通信系路上すべてに設定が必要になり管理負荷が増大 トンネルモード イントラネットのセキュリティ対策普及していない トランスポートモード GSCIP(Grouping for Secure Communication for IP) A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 6
GSCIP の概要 柔軟性とセキュリティを兼ね備えたグループ通信 端末は通信グループに所属 ( 多重帰属 ) 同一グループ内の通信は暗号化 必要な設定はシステムが学習して生成 通信に先立ちネゴシエーションを実行 端末間の認証 動作処理情報の決定 DPRP(Dynamic Process Resolution Protocol) A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 7
GSCIP の構成 一般端末 グループ 1 グループ 2 GEN GSCIP の動作概要 GK 1 GK 2 GMS GES 4 GES 1 GES 2 GES 3 構成要素 GE(GSCIP 構成装置 ) GES( ソフトウェア型 ) GEN( ネットワーク型 ) GMS( グループ管理装置 ) GMS は各 GE に定義情報の配送 GMS-GE 間で公開鍵認証 GK を配送 通信グループの定義 同一の GK を持つ GE 同士で構成 動作モード 開放モード (OP) 閉域モード (CL) A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 8
DPRP の動作概要 通信経路上の GE 間で動的にネゴシエーション GK 端末間の認証 グループ情報, 動作モードの交換 動作処理情報の決定と通知 GES GEN GK GES グループ鍵による認証 パケットの処理に必要な動作処理情報を生成 通信経路上の GE に通知 DPRP ネゴシエーション 自動で設定することで管理負荷を抑える A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 9
提案方式の目的 End-to-End のセキュリティを確保 管理負荷の増加を抑える インターネットのセキュリティ イントラネットのセキュリティ IPsec-VPN GSCIP セキュアなリモートアクセスを実現 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 10
GSCIP と IPsec を併用したシステム構成 グループ 1 GK 1 GK 2 社内 LAN グループ 1 リモート GES 1 IPsec トンネル インターネット GMS GK 1 GES 3 IPsec トンネル IPsec-VPN 装置 GEN GES 4 リモート GES 2 GK 2 グループ 2 GES 5 一般端末 イントラネット :GSCIP GSCIP をリモート端末まで適用 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 11
提案方式における GSCIP の動作 IPsec トンネル リモート GES IPsec SA IPsec-VPN 装置 グループ鍵配送依頼 GMS GES 公開鍵認証を行い GK の配送 認証情報を元にグループ鍵の配送 DPRP ネゴシエーション IPsec GK による暗号化通信 GE 間の認証と動作処理情報の設定 End-to-End のセキュア通信が可能になる A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 12
IPsec トンネルモード 設定項目 評価 ~ 設定項目 ~ 共有秘密鍵セキュリティポリシ IKE 通信相手識別子鍵データ 通信ペア識別子 ( 送信元, 宛先 ) 処理内容 (IPsec/Discard/None) プロトコル (ESP/AH) モード (Transport/Tunnel) ポリシ適用レベル etc. 項目数 2 16 12 通信相手識別子交換モード暗号化アルゴリズムハッシュアルゴリズム認証方式 DHグループ etc. リモート端末 トンネルモード IPsec-VPN 装置 SGW 端末 1 30 項目の設定が必要 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 13
設定項目 評価 ~ 設定項目 ~ トンネル / トランスポートモードの併用 トンネルモードの設定 共有秘密鍵 :2 項目 セキュリティポリシ :14 項目 IKE:12 項目 トンネルモードと GSCIP の併用 トンネルモードの設定 通信グループ番号 バージョン番号 鍵データ (GK) 動作モード 通信グループ番号 項目数トンネルモードの設定 +28 項目トンネルモードの設定 +5 項目 トンネル / トランスポートモードの併用 トンネルモードと GSCIP の併用 トンネルモード トランスポートモード GK1 トンネルモード GK1 リモート端末 IPsec-VPN 装置 SGW 端末 1 リモート GES IPsec-VPN 装置 GEN GES1 設定項目が多く通信相手が増加すると管理負荷が増大する A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 14
提案方式との比較 IPsec トンネルモード セキュリティ強度 End-to-End で暗号化を行っていない IPsec トンネルモードとトランスポートモードの併用 End-to-End を IPsec で暗号化 提案方式 GK による End-to- End の暗号化 管理負荷 ( リモート端末 ) IPsec トンネルモードのみの設定 アクセス先が増加すると管理負荷が増大 グループの管理のみであり動作処理情報は自動設定 30 項目トンネルモードの設定 (30 項目 )+ 端末数 28 項目 トンネルモードの設定 (30 項目 )+ 通信先 5 項目 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 15
むすび まとめ GSCIPとIPsecを併用したリモートアクセス方式の提案と評価 GSCIPとIPsecを併用 グループ鍵による暗号化でEnd-to-Endのセキュア通信 IPsecに比べ管理負荷を抑えた 今後の展開 実装 性能測定を行う A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 16
付録 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 17
暗号化処理モジュールについて PCCOM(Practical Cipher COMmunication) パケットフォーマットを変更せずに 本人性確認, パケット全体の完全性保証を実現 NAT や FW を通過可能 ( イントラネットでは有効 ) FTP ダウンロード時間 単位 :sec Normal PCCOM IPsec ESP 13.94 20.22 43.43 500MB のファイルをダウンロード スループットの低下は少ない A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 18
PCCOM 詳細 完全性保証 本人性確認 疑似データを用いた TCP/UDP チェックサムの独自計算により実現 IP アドレスとポート番号の完全性は動作処理情報の検索過程で保証 NAT と共存可能 ユーザデータのみを暗号化 従来どおりパケットフィルタリング可能で, ファイアウォールと共存可能 完全性保証 ( 転送中に変化しないフィールド ) PCCOM IP ヘッダ TCP ヘッダ データ 暗号部分 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 19
IPsec ESP と PCCOM IPsec は強靱なセキュリティ インターネット空間への適用 PCCOM はイントラネットの環境に特化 NAT や FW と共存できるためイントラネットへの適用 IPsec ESP PCCOM 機密性 本人性確認 完全性保証 NAT ファイアウォール フラグメント トラフィック解析 インターネット IPsec ESP イントラネット PCCOM A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 20
GSCIP と IPsec のアーキテクチャの違い GES GES GMS IPsec 端末 IPsec 端末 公開鍵認証 鍵配送 端末起動時 認証 鍵生成 SPD 生成 DPRP 通信開始時 認証 動作処理情報生成 暗号通信 IKE A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 21
IPsec/IKE 設定項目 設定項目の詳細 共有秘密鍵セキュリティポリシ IKE 通信相手識別子鍵データ 通信ペア識別子 ( 送信元, 宛先 ) 適用する上位プロトコル処理内容 (IPsec/Discard/None) プロトコル (ESP/AH) モード (Transport/Tunnel) SA の両端のアドレスポリシ適用レベル (require/use) 項目数 2 16 12 GSCIP/DPRP 設定項目 グループ鍵 通信グループ番号バージョン番号鍵データ 項目数 3 2 交換モード通信相手識別子暗号化アルゴリズムハッシュアルゴリズム認証方式 DH グループ GE 情報 動作モード (OP/CL) 通信グループ番号 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 22
オーバーヘッド GES1 GEN GES2 スペック (GES1,GES2,GEN) >> Pentium4 2.4GHz >> 512MB >> 100BASE-TX DPRP 単位 :usec IKE ネゴシエーション 1,012 1,105,954 通信開始時間 1,040 2,994,033 IKEネゴシエーション 通信を暗号化を利用するための鍵を生成 >> 公開鍵技術を利用しているため遅い IPsec 通信 SAが無くIKEを開始するとパケットを破棄 >> TCPの再送処理に頼っている IPsec/IKE ( 参考測定 ) >> GES IPsec クライアント >> GEN SGW IKE (racoon) >> 事前共有鍵方式 >> ESP トランスポートモード GES1-GES2:ipsec GES1-GEN:none XXX-GEN:discard A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 23
提案方式との比較 IPsec トンネルモード SSL-VPN 提案方式 セキュリティ強度 End-to-End で暗号化を行っていない End-to-End で暗号化を行っていない GK による End-to- End の暗号化 管理負荷 IPsec トンネルモードのみの設定 詳細なアクセス制御が可能であるが管理負荷増大 グループの管理のみであり動作処理情報は自動設定 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 24
リモートアクセスにおける IPsec の動作 リモート GES IPsec トンネル IPsec-VPN 装置 ユーザ認証機能プライベート IP の割当 ISAKMP SA ( 制御チャンネルの確立 ) ユーザ認証を行う ユーザ認証機能追加 DHCP SA の確立 プライベートアドレスの設定 IPsec トンネルの確立 プライベート IP アドレスの割当 既存のIPsec-VPNの動作 IKEを拡張して提供 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 25
実装 GSCIP は IP 層に実装 Application Layer Transport Layer Kernel ip_input() IP Layer GPACK ip_output() IPsec は IP 層全体に実装されている Call Data link Layer Call 併用するには GSCIP の処理手順を考慮 受信 送信 A Proposal and Evaluation for a Remote Access Method using GSCIP and IPsec 26