Sicurezza nelle reti IP

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1 icurezza nelle reti IP L architettura IPsec IPsec Proposta IETF per fare sicurezza al livello IP (livello 3) Compatibile con IPv4 e IPV6 (RFC-2401) Permette di Creare VPN su reti pubbliche Fare sicurezza end-to-end Definisce due formati Authentication (AH): per integrità, autenticazione, no replay Encapsulated ecurity Payload (EP) per riservatezza Usa un protocollo per lo scambio delle chiavi IKE (Internet Key Exchange) IPsec 1

2 ervizi di sicurezza offerti Autenticazione dei pacchetti IP Integrità dei dati Identificazione del mittente Protezione da replay attack Riservatezza dei pacchetti IP cifratura dei dati IPsec 2 ecurity Association (A) Connessione logica unidirezionale tra due host IPsec Ne occorrono due per avere protezione completa di un canale bidirezionale HOT A A(A, ) A(, A) HOT A specifica il servizio di sicurezza offerto sulla connessione ed i relativi parametri (algoritmi, chiavi, ) IPsec 3

3 ecurity Association Una A è identificata dai seguenti parametri: Indirizzo IP di destinazione Identificatore del protocollo di sicurezza: AH o EP Indice dei parametri di sicurezza (PI) Permette di distinguere tra diverse A che terminano allo stesso indirizzo IP ed usano lo stesso protocollo IPsec IPsec 4 IPsec in modalità Trasporto HA WAN H Payload IP IPsec IP Tra due end-system IPsec 5

4 IPsec in modalità Trasporto Fornisce protezione ai pacchetti del livello trasporto (TCP, UDP, NMP, ICMP) contenuti nel pacchetto IP icurezza end-to-end Non coinvolge gateway (eccezione: traffico destinato ai gateway) Non protegge i campi variabili dell header IP Gli indirizzi nell header IP non sono modificati IPv4 IPv4 IPsec IPsec 6 IPsec in modalità Tunnel G WAN G GA G LAN LAN HA Tra due security gateway H IPsec 7

5 IPsec in modalità Tunnel G WAN G HA G LAN Tra un remote-end-system ed un security gateway IPsec 8 IPsec in modalità Tunnel Fornisce protezione all intero pacchetto IP Almeno uno degli host è un gateway Protegge i campi variabili (del pacchetto originale) Gli indirizzi nell header IP tunnel possono essere diversi da quelli nell header IP originale IPv4 (originale) IPv4 (tunnel) IPsec IPv4 (originale) pacchetto interno pacchetto esterno IPsec 9

6 IPv versione IHL TO Total Lenght Identification Flags checksum TTL Protocol Checksum ource IP Address Destination IP Address Options Padding IPsec 10 IPv4 Indirizzi IP del mittente e del destinatario (32 bit) Internet Length (IHL) in 32 bit word Type Of ervice (TO) Length: numero di byte del pacchetto IP Identification: ID del pacchetto (per i frammenti) Flags: may/don t fragment; last/more fragments Time To Live (TTL): number of hops Protocol: protocollo usato dal payload...altri campi... IPsec 11

7 Authentication (AH) Estensione di IPv4/IPv6 per l autenticazione dei pacchetti (RFC-2402) ervizi offerti: autenticazione del pacchetto Integrità dei dati Autenticazione del mittente Protezione da replay attack Algoritmi utilizzati: HMAC HMAC-MD5-96 HMAC-HA-1-96 IPsec 12 Formato di AH Next Payload Lenght Reserved ecurity Parameter Index (PI) equence number Authentication Data (variable lenght) IPsec 13

8 Formato di AH Next (8 bit): indica il tipo di intestazione che segue Payload Length (8 bit) dimensione di AH in word di 32 bit PL = sizeof(ah) -2 Reserved (16 bit): usi futuri PI (32 bit) : identifica una A equence number (32 bit): contatore con valori monotoni crescenti (anti-replay) Authentication : contiene il valore per la verifica dell integrità (ICV) Lunghezza variabile; multiplo di 32; default 96 bit MAC o una versione tronca (96 bit) di un MAC IPsec 14 Trasporto AH in modalità Trasporto e Tunnel IPv4 IPv4 AH Tunnel IPv4 (originale) IPv4 (tunnel) AH IPv4 (originale) IPsec 15

9 AH in modalità Trasporto C WAN IPv4 IPv4 AH IPsec 16 AH in modalità Tunnel G WAN G HA G LAN IPv4 (originale) IPv4 (tunnel) AH IPv4 (originale) IPsec 17

10 Costruzione di un pacchetto AH 1. Costruire l header AH Il campo Authentication Data è inizialmente zero 2. Appendere il payload modalità trasporto: pacchetto del livello di trasporto modalità tunnel: pacchetto IP originale 3. Prependere l header IP I campi mutabili sono posti a zero e poi ripristinati dopo il calcolo del MAC (esempio: TTL) 4. Calcolare il MAC su: l header IP, l header AH ed il payload 5. Copiare l ICV nel campo Authentication Data IPsec 18 Livello di protezione di AH In modalità trasporto, l autenticazione copre l intero pacchetto IP originario, ad eccezione dei campi mutabili che sono posti a zero In modalità tunnel, l autenticazione copre l intero pacchetto IP originario (interno) e l intestazione del pacchetto IP esterno, ad eccezione dei suoi campi mutabili che sono posti a zero IPsec 19

11 AH: ervizio Anti-replay Quando viene creata una A il mittente inizializza a zero un contatore (32 bit) Prima di inviare un pacchetto, il mittente incrementa il valore del contatore di uno e lo copia nel campo equence Number Quando il contatore raggiunge il valore , il mittente dovrebbe terminare A e rinegoziarla IP non garantisce né la consegna né l ordine di consegna, perciò il ricevente deve realizzare un meccanismo a finestra Dimensione di deault della finestra è 64 IPsec 20 AH: ervizio Anti-replay La finestra viene spostata se si riceve un pacchetto valido che cade a destra della finestra; il pacchetto diventa l estremo superiore W N N - W N + 1 messaggio valido ricevuto messaggio valido non ancora ricevuto Un pacchetto non-valido o che cade a sinistra della finestra è scartato IPsec 21

12 Encapsulating ecurity Payload (EP) Estensione di di IPv4/IPv6 per la cifratura dei pacchetti (RFC-2406) ervizi offerti Confidenzialità del contenuto dei pacchetti Parziale riservatezza del flusso di traffico Autenticazione limitata al payload ed opzionale Algoritmi utilizzati DE in modalità CC (richiesto) 3DE, RC5, IDEA, 3IDEA, CAT, lowfish (opzionali) HMAC-MD5-96, HMAC-HA-1-96 IPsec 22 Formato di EP ecurity Parameter Index (PI) coperti da autenticazione equence number Payload Data (variable lenght) Padding Padding Lenght Next coperti da cifratura Authentication Data (variable lenght) IPsec 23

13 Formato di EP ecurity Parameters Index (PI): 32 bit equence number (32 bit): servizio anti-replay Payload : contiene i dati cifrati Un eventuale vettore di inizializzazione è contenuto in forma esplicita all inizio del campo Padding (0 255 byte): byte di completamento Padding length: numero di byte di completamento Next (8 bit): Tipo di dati contenuti nel payload Authentication Data: contiene il valore ICV IPsec 24 EP: Formato EP è formato dai campi PI equence Number Trailer EP è formato dai campi Padding, Padding Lenght Next Authentication EP è formato dal campo Authentication Data IPsec 25

14 EP in modalità Trasporto C WAN IP EP Payload EP Auth. Trailer EP IPsec 26 EP in modalità Trasporto IPv4 TCP/UDP + Data IPv4 EP TCP/UDP + Data EP Trailer EP Auth. cifrato autenticato L autenticazione non copre l header IP: rispetto ad AH, EP offre una minore copertura IPsec 27

15 EP in modalità Tunnel G WAN G GA G LAN LAN HA VPN H IPsec 28 EP in modalità Tunnel IPv4 (original) TCP/UDP + Data IPv4 (Tunnel) EP IPv4 (original) TCP/UDP + Data EP Trailer EP Auth. cifrato autenticato L autenticazione non copre l header IP: rispetto ad AH, EP offre una minore copertura IPsec 29

16 Costruzione di un pacchetto EP 1. Costruire l header EP comprende il equence Number 2. Appendere il payload modalità trasporto: pacchetto del livello di trasporto modalità tunnel: pacchetto IP originale 3. Costruire il trailer EP ed appenderlo al payload 4. Cifrare il payload ed il trailer EP ed appenderlo all header EP ovrascrivere il payload ed il trailer di cui ai punti 2 e 3, rispettivamente 5. e richiesto, calcolare il MAC su header EP ed il testo cifrato ed appendere l ICV al testo cifrato (EP Authentication) IPsec 30 Padding Usi del padding L algoritmo di cifratura richiede che il testo in chiaro sia un multiplo di un certo numero di byte La specifica di EP richiede che i campi Padding Length e Next siano allineati al byte più significativo all interno di una parola di 32 bit Può essere inserito per non rivelare l effettiva lunghezza del payload IPsec 31

17 Database locali Ogni host IPsec ha due base locali Database delle A (AD) Elenco delle A e delle loro caratteristiche Database delle politiche di sicurezza (PD) pecifica le politiche di sicurezza da applicare ai diversi tipi di traffico IP IPsec 32 AD Elenca le A attive e, per ciascuna A, ne specifica le caratteristiche equence number counter (32 bit), equence counter overflow (flag), Window width W AH information (algoritmi, chiavi, tempo di validità,...) EP information (algoritmi, chiavi, tempo di validità,...) Lifetime of A: tempo/num byte dopo il quale la A deve essere sostituita o terminata Modalità di IPsec: trasporto o tunnel MTU (maximum transmission unit) Consultato sia in fase di invio sia in fase di ricezione di un pacchetto IPsec 33

18 PD Il Database delle Politiche di icurezza specifica quali servizi devono essere offerti ai diversi tipi di traffico IP EEMPI Tutto il traffico verso deve protetto da EP in modalità trasporto usando DE-CC Tutto il traffico FTP (TCP, porta 20) verso deve essere protetto da EP in modalità tunnel usando 3DE-CC Tutto il traffico verso non deve essere protetto Tutto il traffico verso deve essere scartato IPsec 34 PD PD mette in relazione il traffico IP con specifiche A o con nessuna A, se a quel tipo di traffico è consentito aggirare IPsec Viene consultato sia in fase di invio sia in fase di ricezione di un pacchetto IPsec 35

19 PD PD è costituito da policy entry Una policy entry è costituita da uno o piú selettori che specificano il traffico IP gestito da questa entry indicazione se il matching traffic deve essere scartato by-passare IPsec essere soggetto a IPsec processing specifica di una A elettori ource/destination IP Address; ource Destination port; Userid; Data sensitivity level; transport level protocol; IPsec protocol; Class (IPv6); Flow label (IPv6); TO IPsec 36 Invio di un messaggio Pacchetto IP PD AD Quale security policy? ecurity rules Crea/legge A Applica algoritmi Modulo IPsec Pacchetto IP con IPsec IPsec 37

20 Ricezione di un messaggio Pacchetto IP con IPsec AD PD Trova A Applica algoritmi Quale security policy? Verifica security policy Modulo IPsec Pacchetto IP IPsec 38 IPsec bundle Un applicazione militare richiede che tutto il traffico sia cifrato che il campo Options dei pacchetti specifichi sensitivity labels che non sia possibile modificare il campo Options AH ed EP separatamente non sono sufficienti undle (fascio) di A combinazione di due o più A applicazione in sequenza degli algoritmi e protocolli di ciascuna A allo stesso pacchetto esistono vari modi di combinare le A IPsec 39

21 IAKMP Internet ecurity Association and Key Management Protocol (RFC-2048) Architettura di riferimento per la gestione delle chiavi e delle A definisce un insieme di tipi di messagi Protocollo OAKLEY per lo scambio delle chiavi è un raffinamento dell algoritmo Diffie-Hellmann: che evita il problema dell uomo-nel-mezzo che usa i nonce (numeri freschi) per evitare replay attack che permette di negoziare g e p che usa il meccanismo dei cookie per evita il problema del resource clogging IKE (RFC-2409) = IAKMP + OAKLEY Internet Key Exchange IPsec 40 IKE IKE genera sempre una coppia di A, una per ogni verso della comunicazione Le due A condividono gli stessi algoritmi ma hanno chiavi differenti IKE crea una A per proteggere lo scambio IAKMP Con questa A, IKE protegge la negoziazione della A richiesta da IPsec La stessa A IAKMP può essere riutilzzata piú volte per negoziare altre A IPsec IPsec 41

22 IPsec nei... istemi Operativi Unix, Windows 2000 Router Cisco, 3COM, Nortel Tipicamente: canali protetti tra i router Cisco supporta certificati X.509 Firewall IM, Checkpoint IPsec 42 IPv6 Un pacchetto IPv6 è costituito da: un header IPv6 zero o più extension header payload IPv6 Extension... Extension Transportlevel PDU IPsec 43

23 IPv6 ed IPsec ono state definite le seguenti intestazioni di estensione: 1. Hop-by-hop options header 2. Routing header 3. Fragment header 4. Authentication 5. Encapsulating Payload 6. Destination options header IPv6 Extension... Extension Transportlevel PDU IPsec 44

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