Загадочный IPsec. Все, что ты хотел узнать об IPsec, но не догадывался спросить

IPsec — сложный стек протоколов. На клиентской стороне он обычно автоматизирован, что в сочетании с его названием легко может вызвать у пользователя ощущение полной безопасности. Однако не всегда оправданное. Только IPsec из протоколов, пригодных для организации VPN, поддерживают все сетевые ОС, поэтому у тебя есть неплохой шанс с ним столкнуться. И чтобы быстро настраивать соединения и правильно оценивать их безопасность, нужно понимать, как работает протокол.

Из чего состоит IPsec?

IPsec — это не один протокол, а три или четыре, смотря как считать. В OpenVPN и других решениях на основе TLS все просто: устанавливается соединение по TCP или UDP, согласовываются параметры, а затем передаются данные.

В IPsec за согласование параметров и собственно передачу данных отвечают разные протоколы. В Linux, BSD и многих специализированных ОС маршрутизаторов туннель можно настроить вручную, без помощи управляющего протокола.

AH и ESP

Три основных компонента безопасности — доступность, аутентичность и конфиденциальность. IPsec может обеспечивать аутентичность, при этом ничего не делая для конфиденциальности.

Протокол AH (Authentication Header) добавляет в пакет специальный заголовок с контрольной суммой. На практике он используется редко, поскольку никак не способствует конфиденциальности.

Тем не менее его можно встретить в приложениях, где важна только аутентичность. К примеру, протокол маршрутизации OSPFv2 использовал пароли и суммы MD5 для защиты от поддельных анонсов, а его наследник OSPFv3 не включает никакой функциональности для защиты — вместо этого предлагается использовать IPsec в транспортном (прозрачном) режиме и с одной подписью AH без шифрования.

ESP (Encapsulated Security Payload) шифрует содержимое пакета и добавляет хеши. Его можно использовать в двух режимах — транспортном и туннельном. Это сейчас в сетях IPv4 любой VPN немыслим без маршрутизации частных (серых) адресов через туннель, поскольку со внешним миром хосты общаются через NAT. Но IPsec старше NAT и изначально шифровал только полезную нагрузку пакетов, не трогая заголовки, — это и есть транспортный режим.

В туннельном режиме ESP шифрует весь пакет и передает его как полезную нагрузку, на другой стороне он извлекается, расшифровывается и маршрутизируется дальше.

Что интересно, оба они не работают поверх TCP или UDP, а используют отдельные номера протоколов IP. Во всяком случае, по умолчанию — ESP может быть инкапсулирован в UDP для работы через NAT, но об этом позже.

Фреймворк для управляющих протоколов — ISAKMP

Общие принципы согласования настроек безопасности описывает ISAKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol). Он описан в RFC 2408.

ISAKMP не является законченным сетевым протоколом. Это фреймворк, который описывает требования к безопасной работе протоколов обмена настройками безопасных соединений, терминологию и общий формат пакетов, но ничего не говорит о конкретных протоколах обмена ключами, шифрования и прочего — это остается на совести реализаций.

Именно из ISAKMP происходят термины Phase 1 и Phase 2, которые часто можно встретить в интерфейсе настройки маршрутизаторов и в описаниях настроек для подключения. Phase 1 — согласование параметров безопасного обмена данными о настройках. Phase 2 — согласование параметров собственно защиты передаваемого трафика хостов или приложений.

Самая популярная и практически единственная реализация ISAKMP — IKE.

Управляющий протокол — IKE

IKE (Internet Key Exchange) — реальный управляющий протокол IPsec на основе ISAKMP. На практике можно сказать, что Phase 1 — согласование настроек IKE, а Phase 2 — согласование настроек ESP.

В UNIX-подобных системах IKE — это единственная часть стека IPsec, которая работает в виде обычного процесса. Само шифрование реализовано в ядре, и демон IKE передает ему параметры после согласования со второй стороной. В Linux это происходит через netlink или команды ip xfrm.

INFO

Подсистема XFRM в Linux обычно ассоциируется с IPsec, но может выполнять и другие преобразования, например сжатие полезной нагрузки.

Популярные пакеты «для IPsec» вроде StrongSWAN и LibreSWAN реализуют именно IKE.

Продолжение доступно только участникам

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», увеличит личную накопительную скидку и позволит накапливать профессиональный рейтинг Xakep Score! Подробнее

Вариант 2. Открой один материал

Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя! Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.


Даниил Батурин: @dmbaturin Координатор проекта VyOS (https://vyos.io), «языковед», функциональщик, иногда сетевой администратор

Комментарии (1)

  • Спасибо! Интересная статья. Когда-то давно пытался настроить VPN на мобильном. Небыло специального приложения. У меня тогда ничего не получилось. Все время получал ошибку аутентификации. :-(