IPsec.

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1 IPsec

2 IPsec을 만든 동기는? 두 망 개체 간: 송신 개체가 데이터그램을 암호화한다면 모든 페이로드의 내용을 보호할 수 있다.
수송 계층 메시지:TCP segment, UDP segment, ICMP message, OSPF message, 등등. 응용 계층 메시지: Web pages, , P2P file transfers, TCP SYN packets, 등등. 따라서 네트워크 계층에서 보안을 제공하면 상위 계층은 모두 한꺼번에 보호될 수 있다.(“blanket coverage”)

3 Ipsec의 응용: 가상 사설망(VPNs)
기관(회사)들은 보안을 위해서 사설망(private network)을 구축하기를 원한다. 하지만 이것은 비용이 많이 든다. 별도의 라우터, 링크, DNS 등등. 가상 사설망(virtual private network) 공중 인터넷(public Internet)을 사용하면서 기관 내부의 지점(사무실 등) 간에 트래픽을 사설망을 통해 전달하는 것처럼 할 수 있다. 이렇게 하기 위해서는 기관 내부의 트래픽은 공중망을 통과하기 전에 암호화되어야 한다.

4 Virtual Private Network (VPN)
IP header IPsec Secure payload 본부 지점 현장에 있는 영업 사원 Public Internet laptop w/ IPsec Router w/ IPv4 and IPsec

5 IPsec 서비스 데이터 무결성 출발지(source) 인증 재사용 공격 방어 기밀성 Ipsec의 두 개의 프로토콜 AH ESP

6 IPsec 전달 모드(Transport Mode)
전송 중에 상위 계층의 모든 정보가 보호된다.

7 IPsec – 터널 모드(tunneling mode)
종단 라우터가 IPsec을 수행한다. 종단 호스트는 IPsec을 수행할 필요가 없다.

8 IPsec – 터널 모드 IPsec IPsec 또 다른 형태의 터널 모드

9 두 개의 프로토콜 Authentication Header (AH) protocol
출발지 인증과 데이터 무결성을 보장 하지만 기밀성은 보장하지 않는다. Encapsulation Security Protocol (ESP) 출발지 인증, 데이터 무결성, 기밀성을 보장한다. AH 보다 널리 사용된다.

10 4개의 조합 Host mode with AH Host mode with ESP Tunnel mode with AH
Tunnel mode with ESP Most common and most important

11 Security associations (SAs)
security association (SA) 데이터를 보내기 전에 송신 개체와 수신 개체 사이에 가상의 연결이 설정되어야 한다. SA은 단방향이다. 송신과 수신 개체는 모두 SA에 관련된 상태 정보를 유지해야 한다. TCP 호스트는 상태 정보를 유지한다. IP는 비연결형; 하지만 Ipsec은 연결형! VPN에서 얼마나 많은 SA가 필요할까?

12 예: R1에서 R2로의 SA R1은 SA에 대한 다음의 정보를 보관한다.
/24 /24 SA Internet 본부 지사 R1 R2 R1은 SA에 대한 다음의 정보를 보관한다. SA의 식별자(32 bits): Security Parameter Index (SPI) SA의 시점 인터페이스 ( ) SA의 종점 인터페이스 ( ) 암호 알고리즘(예, 3DES with CBC) 암호화 키 무결성 조사 방식(예, HMAC with with MD5) 인증 키

13 Security Association Database (SAD)
종단점에서는 SA들에 대한 상태를 SAD에 보관한다. n명의 영업사원이 있으면, R1의 SAD에는 2 + 2n개의 SA가 존재 IPsec 데이터그램을 보낼 때 R1은 데이터그램을 어떻게 처리할 지 결정하기 위해서 SAD를 조사한다. 데이터그램이 R2에 도착하면, R2는 IPsec 데이터그램의 SPI를 조사하고 SAD에서 해당 SPI의 정보를 사용하여 데이터그램을 처리한다.

14 IPsec 데이터그램 tunnel mode with ESP 인증됨 암호화 new IP header ESP hdr
original IP hdr Original IP datagram payload trl auth 암호화 인증됨 padding pad length next header SPI Seq #

15 사용 예: Internet 본부 지점 SA R1 R2 인증됨 암호화 new IP header ESP hdr
/24 /24 SA Internet 본부 지점 R1 R2 new IP header ESP hdr original IP hdr Original IP datagram payload trl auth 암호화 인증됨 padding pad length next header SPI Seq #

16 R1은 original datagram을 IPsec datagram으로 변환
원래 datagram(원래 헤더 필드도 포함) 끝에 “ESP trailer” 필드를 첨부한다. 이것을 SA에서 명시한 키와 알고리즘으로 암호화한다. 암호화한 메시지 앞에 “ESP 헤더”를 붙인다. SA에서 명시한 알고리즘과 키를 사용하여 인증을 위한 MAC(예, HMAC)을 계산하여 이것을 메시지 맨 뒤에 첨부한다. 이것이 IPsec의 페이로드(payload)가 된다. 새로운 IP 헤더를 만들어서 페이로드 앞에 붙인다.

17 IPsec의 필드들: ESP trailer: 블록 암호화의 길이를 맞추기 위해 첨가 ESP header:
new IP header ESP hdr original IP hdr Original IP datagram payload trl auth encrypted “enchilada” authenticated padding pad length next header SPI Seq # ESP trailer: 블록 암호화의 길이를 맞추기 위해 첨가 ESP header: SPI: 수신 개체가 무엇을 할지 알 수 있다. Sequence number: 재사용 공격 방지 “ESP auth”의 MAC은 공유 비밀값(키)를 사용하여 계산한다.(HMAC)

18 IPsec sequence numbers
새로운 SA 마다 seq. #는 0에서 시작한다. 동일한 SA에 대해서 데이터그램을 보낼 때 마다 송신자는 seq. #를 1씩 증가시킨다. 목표: 공격자가 패킷의 스니핑(sniffing)이나 재사용 공격을 막기 위해서 방법: 중복 패킷을 조사한다. 하지만 모든 수신 패킷을 다 조사하지 않는다. 대신 window를 사용한다.

19 요약: Ipsec이 보장하는 것은? 만약 Trudy가 R1과 R2의 사이에 앉아있고 키는 모른다고 하자.
데이터그램의 비트를 변경할 수 있는가? R1의 IP 주소를 사용해서 R1으로 위장할 수 있는가? 데이터그램을 재사용할 수 있는가?

20 Internet Key Exchange(IKE)
이제까지 두 종단 개체 사이에 수동으로 SA를 설정하는 것으로 가정하고 설명했다. 예: SA SPI: 12345 Source IP: Dest IP: Protocol: ESP Encryption algorithm: 3DES-cbc HMAC algorithm: MD5 Encryption key: 0x7aeaca… HMAC key:0xc0291f… 큰 VPN(예, 수백명의 영업 사원)에서는 이와 같이 수동으로 키를 설정하는 것은 비현실적이다. 이 경우 IPsec IKE (Internet Key Exchange)를 사용한다.

21 IKE: PSK and PKI 두 가지 인증 방식 PSK: 두 개체는 비밀값으로 부터 출발:
pre-shared secret (PSK) 혹은 PKI (공개/개인키와 인증서) PSK: 두 개체는 비밀값으로 부터 출발: 상호 인증 IPsec SA 생성: 암호화와 인증키 생성 PKI: 두 개체는 공개/개인키와 인증서로부터 출발: IPsec SA 생성 SSL의 handshake와 비슷

22 IKE 단계 IKE has two phases Phase 1은 두 가지 모드가 존재 Phase 1: 양방향 IKE SA 설정
주의: IKE SA는 IPsec SA와 다르다. ISAKMP SA라고도 부른다. Phase 2: ISAKMP SA에서 IPsec의 SA를 협상한다. Phase 1은 두 가지 모드가 존재 Aggressive mode Main mode

23 SSL과 IPsec 비교 IPsec은 네트워크 계층에 존재 IPsec은 응용프로그램으로부터 자유 사용자 application
transport 네트워크 link physical SSL 사용자 IPSec 운영체제(OS) 네트워크 인터페이스 카드(NIC)

24 SSL과 IPSec 비교 IPsec SSL 네트워크 계층에 존재(OS의 일부) 암호화, 무결성, 인증 등을 포함하고 있음.
과도하게 복잡(심각한 결함 포함) SSL 소켓 계층에 존재(사용자 영역의 일부) 상대적으로 간단한 규격

25 SSL과 IPSec 비교 IPsec 구현 SSL 구현 SSL은 초기에 웹 브라우저에 포함(Netscape)
OS의 변화가 필요, 응용프로그램은 변화가 필요 없음. SSL 구현 응용프로그램의 변화가 필요, OS는 변화가 필요 없음. SSL은 초기에 웹 브라우저에 포함(Netscape) IPsec VPN 응용에 사용됨(안전 통로) SSL을 위해 응용프로그램을 갱신해야 하는 거부감 IPsec은 복잡성과 상호운용성 문제로 인한 거부감

26 IPSec과 복잡성 IPsec은 복잡한 프로토콜 “너무 과도하게 기술적” 결함 보유 상호운용성에 심각한 도전
별로 필요하지 않은 기능이 과도하게 많음. 결함 보유 몇 가지 심각한 보안상 결함을 보유 상호운용성에 심각한 도전 표준을 갖고 있는 목적에 부합하지 않음!