IPsecurity

Segurança na Camada de Rede

Introdução (1)

• A IETF sabia há algum tempo da necessidade de segurança na Internet.

• Porém havia uma discussão sobre em que camada implementá-la.

• Especialistas em segurança acreditam que a segurança, incluindo a criptografia e a verificação de integridade, deve ser fim-a-fim.– Camada de Aplicação.

• A dificuldade dessa implementação está em alterar todas as aplicações.

Introdução (2)

• A segunda melhor abordagem é inserir segurança na Camada de Transporte ou em uma nova camada entre a Aplicação e Transporte.– Tornando-a fim-a-fim.– Evitaria alterações nas aplicações.

Introdução (3)

• A visão oposta é que os usuários não entendem de segurança não sendo capazes de usá-la corretamente.

• Logo, a Camada de Rede deveria autenticar ou codificar os segmentos, sem o envolvimento dos usuários.

• A segurança na Camada de Rede não impede os usuários de também utilizá-la na Camada de Aplicação.

IPsecurity

• RFCs 2401, 2402, 2406.• O projeto completo para IPsec é uma

estrutura para vários:– Serviços.– Algoritmos.– Detalhamentos.

Serviços

• Nem todo o mundo quer pagar por todo e qualquer serviço.

• Serviços podem ser:– Integridade.– Sigilo.– Proteção contra reprodução.

• Todos os serviços se baseiam na criptografia de chave simétrica, devido ao custo computacional menor.

Algoritmos

• Um algoritmo atualmente seguro poderá ser violado no futuro.

• Tornar o IPsec independente do algoritmo mantém a sua estrutura mesmo que determinados algoritmos sejam quebrados no futuro.

Detalhamento

• Proteger uma única conexão TCP.• Proteger toda a comunicação entre dois

hosts.• Ou todo o tráfego entre um par de

roteadores seguros.

Conexões

• O IPsec é orientado à conexão apesar de estar na Camada de Rede.

• Uma chave é estabelecida e utilizada por um período de tempo.

• Conexões amortizam o custo das transmissões.• No contexto do IPsec, as conexões são

Associações de Segurança.– Ou AS (Security Association).

Associações de Segurança

• Conexão simplex entre duas extremidades.• Identificador de segurança associado a ela.

– Os identificadores são transportados por pacotes entre estas conexões seguras.

– Usados para pesquisar chaves e outras informações relevantes ao chegar um pacote seguro.

IPsec

• Possui duas partes:– A primeira parte descreve dois novos cabeçalhos

que podem ser acrescentados aos pacotes para transportar o identificador, os dados de controle de integridade.

– A outra parte trata do estabelecimento de chaves.• ISAKMP (Internet Security Association and Key

Management Protocol).

ISAKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol)

• É um framework.• O protocolo principal para a

execução do trabalho é o IKE (Internet Key Exchange).

Modo de Transporte

• O cabeçalho IPsec é inserido logo após o cabeçalho IP.

• O Campo Protocolo é alterado para indicar que o cabeçalho IPsec vem logo após o cabeçalho IP.

• O cabeçalho IPsec contém:– Identificador do AS.– Novo número de sequência.– Possivelmente uma verificação de integridade da

carga útil.

Modo de Tunelamento

• Todo o pacote IP, inclusive o cabeçalho, é encapsulado dentro de um novo pacote IP com um cabeçalho totalmente novo.

• Em alguns casos o túnel termina em gateways como, por exemplo, os firewalls.– As máquinas de trabalho da empresa não precisam se

preocupar com a criptografia da Camada de Rede.– Permite também que um conjunto de pacotes de diferentes

conexões sejam agregados e tratados como um único fluxo.• Impede algum intruso de ver quem está enviando ou recebendo

pacotes IPs.

Cabeçalho de Autenticação

• AH (Authentication Header).– Fornece verificação de integridade.– Não oferece sigilo.

• Não criptografa os dados.

• IPv4.– Inserido entre o cabeçalho IP e o TCP.

• IPv6.– Simplesmente um outro cabeçalho de extensão.

Cabeçalho de autenticação IPsec em modo de transporte para o IPv4

Campos do cabeçalho AH (1)

• Próximo cabeçalho.– Armazena o valor anterior que o campo Protocolo

do IP tinha antes de ser substituído por 51.• Indica que haverá um cabeçalho AH em seguida.

• Tamanho da carga útil é o número de palavras de 32 bits no cabeçalho AH, menos duas unidades.

Campos do cabeçalho AH (2)

• Índice de parâmetros de segurança.– É o identificador da conexão.– Inserido pelo transmissor indicando um registro específico

no banco de dados do receptor.• Contém a chave usada nesta conexão e outras informações

relacionadas à conexão.

• Número de sequência.– Usado para numerar todos os pacotes enviados em uma AS.

• Finalidade é detectar Ataques de Reprodução.

– Se todos os 232 se esgotarem terá que se estabelecer uma nova SA. Para dar continuidade à comunicação.

Campos do cabeçalho AH (3)

• Dados de Autenticação (HMAC).– Comprimento variável.– Contém a assinatura digital da carga útil.– Quando a AS é estabelecida, ambas as partes

negociam o algoritmo de assinatura que vão usar.• Usam o modo de chave simétrica.

– Ocorre negociação para a troca da chave.– A chave compartilhada é usada no cálculo da assinatura.

» Calcula o hash sobre o pacote somado à chave compartilhada.

» Obviamente que a chave não é transmitida.

HMAC (Hashed Message Authentication Code)

• Esse esquema é denominado HMAC (Hashed Message Authentication Code).

• É muito mais rápido calcular o valor desse esquema do que executar primeiro o SHA-1 e depois executar o RSA sobre o resultado.

ESP (Encapsulating Security Payload) (1)

• Cabeçalho IPsec alternativo.• Pode ser usado no Modo Transporte ou no

Modo Túnel.• Consiste de duas palavras de 32 bits.

– Índice de parâmetros de segurança.– Número de sequência.– Terceira palavra que geralmente segue esses

campos, porém tecnicamente não faz parte do cabeçalho é o Vetor de Referência.

ESP (Encapsulating Security Payload) (2)

• A ESP também fornece verificação de integridade para o HMAC como o AH.

• Porém ela vem depois da carga útil.– Facilita a implementação em hardware.

• O HMAC pode ser calculado a medida que os bits saem pela interface de rede e colocados no final.

• Com o AH o pacote tem que ser armazenado no buffer, a assinatura é calculada antes que seja possível enviar o pacote.

ESP (Encapsulating Security Payload) (3)

(a) ESP em modo de transporte. (b) ESP em modo túnel.

Redes Privadas Virtuais

• Muitas empresas tem fábricas e escritórios espalhados por muitas cidades.

• Antigamente, era comum essas empresas alugarem linhas dedicadas, de uma companhia telefônica, para conectar sua matriz com as filiais.

• Uma rede criada a partir de computadores de uma empresa e linhas dedicadas é chamada rede privada.

Redes privadas

• Redes privadas funcionam muito bem.

• São bastante seguras.–Intrusos tem de grampear fisicamente

as linhas para entrar.• Deficiência: Custo muito elevado.

Demandas

• Surgimento das redes públicas de dados e, mais tarde, da Internet.

• Empresas transferem seus dados para rede pública.

• Não querem abrir mão da segurança.• Demanda levou a criação das Redes Privadas

Virtuais.

Redes Privadas Virtuais

• Redes sobrepostas (overlay) às redes públicas.• Mas, com a maioria das propriedades das redes

privadas.• Uma técnica comum é construir uma VPN

diretamente sobre a Internet.• Um projeto comum é equipar cada escritório com

um firewall e criar tuneis pela Internet entre todos os pares de escritórios.

• É possível também incluir computadores domésticos.

Criação do sistema

• Cada par de firewalls negocia os parâmetros de sua AS incluindo:– Serviços.– Modos.– Algoritmos.– Chaves.

• Permitem inclusive uma certa imunidade à análise de tráfego.

Principais escolhas

• Muitos firewalls têm recursos internos para VPNs.

• Alguns roteadores comuns também.• Firewalls, VPN e Ipsec com ESP em modo túnel

formam uma combinação natural e muito utilizada.

Roteamento

• Para um roteador, o pacote dentro da VPN é apenas um pacote comum.– O cabeçalho IPsec vem após o cabeçalho IP.– Sem efeito para o encaminhamento.