Tunelare și VPN

Proiectarea Rețelelor

Cuprins

Scopul și tipurile de VPN-uri

IPsec Algoritmii din IPsec Configurarea IPsec site-to-site

2

3

Tipuri de VPN-uri

Ce este un VPN? Un VPN este o rețea privată end-to-end peste o rețea

publică (de exemplu, peste Internet)

Un VPN nu garantează neapărat confidențialitatea traficului Sunt folosite metode criptografice Un VPN devine un tunel care cară date criptate Poate asigura și autentificarea sursei datelor

IPsec este un framework de securitate pentru VPN-uri Definește o serie de protocoale ce garantează

confidențialitate, integritate și autenticitate

4

Unde putem implementa un VPN?

Firewall

CSA

Birou regional cu ruter cu servicii VPN

Birou cu ruter DSL

Angajat mobil cu client VPN

Partener de afacericu ruter

Rețeauacompaniei

WAN

Internet

Virtual: Informația într-o rețea privată este transportată peste o rețea publică

Privată: Traficul poate fi criptat pentru a asigura confidențialitate.

5

Beneficii VPN Principalul avantaj al unui VPN:

Oferă o conexiune sigură și izolată fără să fie necesară o conexiune fizică

Securitate: VPN-urile folosesc protocoale sigure de criptare și autentificare

Scalabilitate: VPN-urile folosesc infrastructura existentă în Internet Adăugarea de utilizatori și rețele este ușoară

Compatibilitate: VPN-urile pot traversa medii și rețele diferite: LAN, WLAN, WAN, 4G, etc.

Costuri reduse: VPN-urile nu au nevoie de legături fizice dedicate și pot funcționa fără hardware specializat

6

VPN de Nivel 3 Un VPN este un tunel care interconectează două puncte

peste o rețea publică Pentru a duce datele la destinație, un antet trebuie adăugat la

toate pachetele ce trec prin tunel Acest antet oferă toate beneficiile unui VPN Acest antet conține și informațiile de adresare ce permit

pachetelor să ajungă la destinație

VPN-urile pot fi implementate la nivelurile 2, 3 și 5 Vom discuta despre VPN-uri de Nivel 3 (antetul de tunel va conține informații de nivel 3)

7

VPN de Nivel 3

Tipuri de VPN de nivel 3: GRE, IPsec, MPLS Protecția datelor într-un VPN este oferită de framework-ul IPsec Dispozitive de criptare și servicii VPN-aware trebuie instalate la

ambele capete ale VPN-ului Dispozitivele intermediare nu vor ști ce tip de trafic transportă

8

Topologii VPN Există două tipuri de topologii VPN: VPN-uri Remote-access

Utilizatorii remote trebuie să aibă conexiune la Internet Parametrii VPN-ului sunt negociați dinamic Utilizatorul stabilește tunelul VPN prin ISP Tunelul este stabilit doar când este nevoie de el

VPN-uri Site-to-site Configurat între două dispozitive VPN Mereu pornită Oferă interconectivitate între multiple rețele pe ambele părți Fiecare capăt de tunel joacă rolul unui gateway pentru rețelele sale

9

VPN Site-to-site

Conectează rețele întregi Conexiune mereu pornită Dispozitivele VPN joacă rol de gateway

10

Tuneluri GRE

11

Încapsulare GRE GRE (Generic Routing Encapsulation): RFC 1702 și 2784 Este un protocol de tunelare de nivel 3 OSI Inițial dezvoltat de Cisco, acum standardizat

Poate încapsula multiple tipuri de pachete într-un tunel IP Adaugă un antet între antetul de nivel 3 al tunelului și payload Acest antet identifică protocolul încapsulat

12

Antetul de tunel GRE Tunelurile GRE nu au stare

Capetele nu rețin informații despre stare sau disponibilitatea celuilalt capăt

Nu oferă mecanisme puternice de autentificare și confidențialitate

13

Configurare tunel GRE

Capetele tunelului sunt interfețe virtuale Tunelul este atașat unei interfețe fizice locale și se conectează la o interfață la

distanță Tunelul trebuie să fie un subnet separat Precizarea modului de tunelare este opțională - GRE este modul implicit pentru

orice tunel14

Depanare GRE Un tunel GRE poate să nu funcționeze din mai multe motive.

Verificați că: Destinația tunelului este o adresă IP la care se poate ajunge (trebuie să

fie prezentă în tabela de rutare) Tunelul trebuie să aibă sursa și destinația valide Traficul tunelului GRE să nu fie blocat de vreun ACL Modul tunelului să fie același la ambele capete

15

Trafic GRE

GRE poate transporta trafic non-IP peste o rețea IP

Spre deosebire de IPsec, GRE poate căra trafic multicast și broadcast

Ce tipuri de protocoale folosesc multicast și broadcast?

GRE poate transporta informații aparținând protocoalelor de rutare

GRE nu poate cripta date fără IPsec

16

17

Framework-ul IPsec

Ce este IPsec? IPsec este un standard IETF (RFC 2401-2412) Definește metode prin care se pot implementa VPN-uri

folosind protocolul IP Este un framework de standarde deschise ce descriu cum se

pot stabili canale de comunicație sigură

Se bazează pe algoritmi existenți pentru a oferi: Criptare Autentificare Integritate Schimb de chei

Funcționează peste orice conexiune de nivel 218

Topologie IPsec

IPsec funcționează la nivel rețea, unde protejează și autentifică pachete IP IPsec oferă doar framework-ul, administratorul alege ce algoritmi vor fi

folosiți (în funcție de nevoile de securitate)

19

Componente IPsec Protocolul IPsec folosit

Opțiunile sunt: AH (Authentication Header) și ESP (Encapsulating Security Payload)

Algoritmi ce oferă confidențialitate (criptare): Exemple: DES, 3DES, AES, SEAL

Algoritmi ce oferă integritate: Exemple : MD5, SHA, și versiunile lor

Algoritmi ce definesc metoda de autentificare: Opțiunile includ: pre-shared keys (PSK) sau semnături digitale

folosind RSA

Mecanismul prin care se stabilește o cheie partajată sigură: Grupuri DH (Diffie-Hellman)

20

Confidențialitate IPsec

21

Confidențialitate IPsec

DES Criptare cu chei simetrice, procesare rapidă, chei pe 56 biți

3DES Criptare cu chei simetrice, trei chei independente pe 56 biți

AES Securitate mai bună decât DES și mai rapid decât 3DES. Criptare cu chei

simetrice folosind chei pe 128, 192 sau 256 de biți SEAL (Software Optimized Encryption Algorithm)

Cifru pe fluxuri (stream cipher) cu chei simetrice pe 160 biți

22

Integritate IPsec Verificările de integritate sunt necesare în VPN-uri IPsec Date private sunt transportate peste rețele publice Datele pot fi interceptate și modificate fără ca emițătorul sau

receptorul să observe

HMAC este un algoritm ce verifică integritatea pachetelor folosind hash-uri Emițătorul procesează mesajul și o cheie secretă partajată

printr-un algorithm de hash și adaugă hash-ul obținut la mesaj Receptorul recalculează hash-ul folosind aceeași cheie secretă

și același algoritm, după care compară hash-urile

23

Integritate IPsec

HMAC-Message Digest 5 (HMAC-MD5) Folosește o cheie secretă pe 128 biți pentru a calcula un hash

pe 128 biți

HMAC-Secure Hash Algorithm 1 (HMAC-SHA1) Folosește o cheie pe 160 biți pentru un hash pe 160 biți

24

Autentificare IPsec

Emițătorul și receptorul trebuie să se autentifice pentru a verifica securitatea canalului de comunicație

Două metode de autentificare: Pre-shared keys (PSK)

Trebuie configurate manual pe ambele echipamente Ușor de configurat, dar nu scalează

Semnături RSA Autentificarea se face prin schimb de certificate digitale Pentru a valida certificatele, sunt folosite perechi de chei publice/private

25

Schimb de chei IPsec Algoritmii de criptare (DES, 3DES, AES, etc.) au nevoie de o

cheie secretă comună pentru a face criptarea și decriptarea Algoritmii de integritate (HMAC) au nevoie de chei secrete

pentru a verifica integritatea Cum pot două dispozitive să stabilească o cheie sigură?

Protocolul DH (Diffie-Hellman) de stabilire de chei Permite emițătorului și receptorului să stabilească o cheie

comună sigură peste un canal nesigur

Diferitele protocoale DH se numesc grupuri

26

Schimb de chei IPsec

Există patru grupuri DH Un grup precizează lungimea numerelor prime folosite în algoritmi

Grupurile DH 1, 2 and 5 au chei de 768 biți, 1024 biți and 1536 biți, respectiv Criptarea AES poate folosi grupurile DH 2 și 5 Grupul 7 folosește Criptografie pe Curbe Eliptice (ECC), care reduce timpul necesar pentru

generarea cheilor

În timpul stabilirii tunelului VPN, dispozitivele negociază ce grup DH va fi folosit și restul algoritmilor

27

Protocoalele de securitate IPsec

28

Authentication Header (AH)

Antetul IP și payload-ul sunt hashed1

Hash-ul este folosit pentru a construi antetul AH; antetul este pus înaintea pachetului IP.

2

3Pachetul încapsulat este trimis către celălalt ruter.

Ruterul destinație calculează hash-ul antetului IP și payload-ului și compară rezultatul cu hash-ul din antetul AH.

4

29

Protocoale AH

Hash-urile calculate de AH nu includ câmpuri din antetul IP ce variază în tranzit (TTL) NAT creează probleme deoarece AH nu se așteaptă ca antetul IP să se schimbe

AH nu poate oferi criptare; doar autentificare și integritate

Integritate

Autentificare

Schimb de chei

Opțiuni

30

Encapsulating Security Payload (ESP) ESP oferă confidențialitate prin criptarea payload-ului Folosește o varietate de algoritmi de criptare cu chei

simetrice Alegerea implicită este DES

ESP poate oferi integritate și autentificare Folosește aceleași protocoale și metode ca AH.

Opțional, ESP poate proteja împotriva replay attacks Protecție împotriva duplicării pachetelor de către atacatori Folosit de obicei în ESP, dar disponibil și în AH Cum? Pe lângă antet și cheia secretă, în algoritmul de hash

intră și un număr de secvență

31

Protocoale ESP

Integritate

Autentificare

Schimb de chei

Confidențialitate

Opțiuni

32

Încapsularea IPsec

Datele sunt protejate: întregul pachet IP poate fi criptat Datele sunt autentificate: Întregul pachet IP și antetul ESP sunt hashed Adresele din noul antet IP sunt folosite pentru rutarea pachetului Criptarea este realizată înainte de autentificare

33

Încapsularea IPsec: Mod transport ESP și AH pot fi aplicate pe pachetele IP în două moduri

diferite: mod transport și mod tunel

“Transport” deoarece securitatea este oferită doar la nivel transport în stiva OSI (și deasupra)

Antetul IP original nu este afectat (neautentificat, necriptat) Poate fi folosit cu GRE (GRE ascunde antetul IP original)

Dar poate fi folosit și când este dorit un overhead mai mic

Mod transport:

34

Încapsularea IPsec: Mod tunel

Oferă securitate pentru întregul pachet IP original Cunoscut și drept criptare „IP-in-IP” Poate fi folosit pentru a extinde LAN-uri peste Internet

Adresele IP încapsulate pot fi private

Pachetul este rutat către destinație folosind doar antetul IP exterior Dispozitivul VPN receptor decapsulează pachetul, verifică integritatea și

rutează mai departe pachetul folosind antetul IP interior

35

SA (Asocieri de Securitate) VPN-urile negociază parametrii de securitate Parametrii finali se numesc o asociere de securitate (Security

Association, SA) Intrările SA sunt menținute într-o SADB (bază de date) și conțin:

Parametrii pentru criptarea IPsec Parametrii pentru schimbul de chei

DH este folosit pentru a crea cheile partajate pentru criptare Dar protocolul IKE face schimbul de chei efectiv

Chiar dacă perechi de chei publice/private sunt folosite pentru autentificare, criptarea se face pe bază de chei simetrice Deoarece sunt mult mai rapide

36

Internet Key Exchange (IKE) Pentru a nu transmite cheile direct peste rețea, IKE schimbă o serie de

mesaje prin care emițătorul și receptorul calculează cheile Schimbul nu permite unui atacator să deducă cheia

IKE este definit în RFC 2409 și folosește UDP port 500 Protocol hibrid, ce combină:

Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP) Metodele de schimb de chei Oakley și Skeme

ISAKMP definește formatul mesajului și procesul de negociere pentru a stabili SA-urile pentru criptare IPsec

IKE este util doar dacă parametrii nu sunt configurați manual

37

Fazele IKE Protocolul IKE execută două faze pentru a stabili un canal

sigur: Faza 1

Negocierea inițială a SA-urilor. Autentifică emițătorul și receptorul și negociază seturile de politice IKE (parametrii tunelului). Este stabilit un canal sigur

Faza 2 Canalul sigur stabilit în faza 1 este folosit de ISAKMP pentru a

negocia un al doilea set de SA-uri, pentru criptarea traficului. După această fază, emițătorul și receptorul sunt autentificați și cunosc aceeași cheie secretă

După ce ambele faze sunt finalizate, emițătorul și receptorul pot transfera date criptate

38

IKE faza 1 – Primul schimb Emițătorul și receptorul negociază algoritmii folosiți pentru a securiza comunicația

IKE Algoritmii sunt grupați în seturi de politici IKE, ce sunt anunțate la începutul

comunicației Schimbul este început de emițător, care trimite propunerile inițiale Dacă receptorul acceptă politica propusă, atunci aceasta va fi folosită Mai multe seturi de politici IKE pot fi definite, în cazul în care inițiatorul se

conectează la mai mulți receptori

39

IKE faza 1 – Al doilea schimb Al doilea schimb creează și schimbă cheile publice de DH Grupul DH este cunoscut din politicile alese anterior în

primul schimb Aceasta asigură că ambii participanți folosesc același algoritm

de generare a cheii, și obțin în final aceeași cheie secretă

Cheia este calculată de ambii participanți fără a fi trimisă peste canal

Toate celelalte negocieri vor fi criptate cu nou-calculata cheie secretă

40

IKE faza 1 – Al treilea schimb Ultimul schimb din prima fază autentifică participanții Autentificarea se poate face prin:

pre-shared key (PSK) semnături RSA

Ambii participanți îl autentifică pe celălalt După al treilea schimb, un SA IKE bidirecțional este stabilit

Cele trei schimburi din faza 1 se numesc “main mode” și folosesc 6 pachete (3 pentru fiecare participant) Există un alt mod numit “aggressive mode” în care doar 3 pachete

sunt trimise

41

IKE faza 2 Scopul fazei 2 este să negocieze parametrii IPsec ce vor fi

folosiți pentru a securiza tunelul IPsec

Faza 2 are un singur mod, „Quick mode”

Faza 2 se execută doar după finalizarea procesului IKE din faza 1

Faza 2 negociază un alt set de SA-uri Aceste SA-uri sunt unidirecționale Un schimb de chei separat este necesar pentru fiecare direcție

42

IKE faza 2

IKE faza 2 implementează următoarele funcții: Negociază parametrii de securitate IPsec (cunoscuți sub

numele de Transform Sets) Stabilește SA-uri IPsec Regenerează periodic SA-uri IPsec pentru a spori securitatea Opțional, reface schimbul de chei DH

43

44

VPN-uri IPsec site-to-site

Comportamentul unui tunel VPN

45

1. 10.0.1.3 trimite trafic interesant către 10.0.2.3

2. R1 și R2 negociază o sesiune de IKE faza 1

3. R1 și R2 negociază o sesiune de IKE faza 2

4. Informația este transportată prin tunelul IPsec

5. Tunelul IPsec este închis

IKE SA IKE SA

IPsec SA IPsec SA

Tunel IPsec

VPN-uri IPsec Site-to-Site Un VPN este un canal logic între două puncte Un VPN site-to-site este o conexiune virtuală „rețea-la-

rețea” Nu toate VPN-urile oferă autentificare sau criptare Dacă avem nevoie de astfel de funcții, putem folosi VPN-uri

IPsec

Un VPN IPsec site-to-site este un canal virtual sigur și permanent între două locații, fiecare având una sau mai multe rețele

46

Configurare IPsec

Pasul 1: Verificăm că ACL-urile sunt compatibile cu IPsec

Pasul 2: Creăm politica ISAKMP (IKE)

Pasul 3: Configurăm transform set-ul

Pasul 4: Creăm un crypto ACL

Pasul 5: Creăm și aplicăm un crypto map

47

1. Configurare ACL Verificăm că nu există ACL-uri care să blocheze trafic IPsec

sau IKE AH este protocolul IP numărul 51 ESP este protocolul IP numărul 50 IKE folosește UDP portul 500

Aveți grijă la diferența dintre număr de protocol și port!

48

1. Exemplu Configurare ACL

R1(config)# access-list 102 permit ahp host 172.30.2.2 host 172.30.1.2

R1(config)# access-list 102 permit esp host 172.30.2.2 host 172.30.1.2

R1(config)# access-list 102 permit udp host 172.30.2.2 host 172.30.1.2 eq isakmp

R1(config)#

R1(config)# interface Serial0/0/0

R1(config-if)# ip address 172.30.1.2 255.255.255.0

R1(config-if)# ip access-group 102 in

!

R1(config)# exit

R1# show access-lists

access-list 102 permit ahp host 172.30.2.2 host 172.30.1.2

access-list 102 permit esp host 172.30.2.2 host 172.30.1.2

access-list 102 permit udp host 172.30.2.2 host 172.30.1.2 eq isakmp

49

2. Configurare Politici IKE

Acești parametri sunt folosiți în timpul negocierii Scopul negocierii este să stabilească o asociere ISAKMP între cele două capete

IPsec Multiple politici ISAKMP pot fi configurate, fiecare cu un număr de prioritate unic

(de la 1 la 10000). Politicile mai sigure ar trebui să aibă numere de prioritate mai mici

SA-ul va fi construit folosind setul comun de politici cu numărul de prioritate cel mai mic Dacă nu sunt precizați explicit unii algoritmi, se iau algoritmii impliciți

De exemplu, dacă nu este precizat un algorithm de hash, se folosește SHA

50

2. Configurare Politici IKE

Întrăm în modul de configurare politici ISAKMP:R1(config)#crypto isakmp policy 110

Setăm parametrii ISAKMP:R1(config-isakmp)#authentication pre-shareR1(config-isakmp)#encryption desR1(config-isakmp)#group 1R1(config-isakmp)#hash md5R1(config-isakmp)#lifetime 86400

Numerele de politici au relevanță locală (110) Numerele de politici nu trebuie să se potrivească, doar conținutul lor

Toți parametrii trebuie să fie aceeași pentru a se potrivi (cu excepția duratei de viață a cheii, unde este folosită valoarea mai mică)

51

2. Parametri Politici IKE

52

2. Negocierea Politicilor

În acest exemplu, politicile 100 și 200 pot fi negociate, însă 300 nu Un participant trimite toate politicile configurate către celălalt capăt Celălalt capăt încearcă să găsească o potrivire completă cu propriile politici

53

2. Configurare IKE: PSK Dacă a fost precizată (și negociată) opțiunea de pre-

shared keys în politica IKE, atunci cheile trebuie configurate manual

Aceeași cheie trebuie configurată pe ambii participanți pentru a crea un SA.

Chei diferite pot fi configurate între perechi diferite de participanți

De exemplu:R1(config)#crypto isakmp key cisco123 address 172.30.2.2[similar config for R2, using R1’s IP address]

54

3. Configurare transform set Un transform set este un set de perechi protocol-algoritm ce va

proteja fluxul de date din tunelul IPsec Fiecare pereche protocol-algoritm este o „transformare” Un transform set poate avea până la 4 transformări:

O metodă de autentificare AH O metodă de criptare ESP O metodă de autentificare ESP O metodă de compresie

În timpul negocierii, participanții caută un transform set care se potrivește la ambele capete

Dacă ISAKMP nu este folosit pentru a stabili SA-uri, un singur transform set (nenegociat) va fi folosit

55

3. Exemple de transformări Transformări autentificare AH: ah-md5-hmac; ah-sha-hmac

Transformări criptare ESP: esp-aes; esp-aes 192; esp-aes 256 esp-des; esp-3des esp-seal; esp-null

Transformări autentificare ESP: esp-md5-hmac esp-sha-hmac

Transformare de compresie IP: comp-lzs

56

3. Exemple transform set

R(config)#crypto ipsec transform-set RED ah-md5-hmac esp-3des esp-md5-hmac comp-lzs

Folosește AH cu autentificare HMAC (cu MD5)

Folosește ESP cu autentificare HMAC (cu MD5) și criptare 3DES

Folosește criptare pe antetul de IP cu algoritmul LZS

R(config)#crypto ipsec transform-set YELLOW ah-md5-hmac esp-aes

Folosește AH cu autentificare HMAC (cu MD5) Folosește ESP cu criptare AES

R(config)#crypto ipsec transform-set BLUE esp-aes esp-sha-hmac

Folosește ESP cu autentificare HMAC (cu SHA) și criptare AES

57

4. Configurare Crypto ACL Un Crypto ACL este un ACL ce selectează ce trafic să fie

protejat

Pe un crypto ACL spre ieșire (outbound): O intrare de tipul permit spune că traficul trebuie să fie criptat O intrare de tipul deny spune că traficul trebuie să treacă nemodificat Traficul nu este aruncat de intrările de tip deny

Pe un crypto ACL spre intrare (inbound) : O intrare de tipul permit trebuie să selecteze traficul criptat ce intră în

dispozitiv O intrare de tipul deny trebuie să selecteze restul traficului ACL-urile de acest tip sunt folosite pentru a arunca traficul ce ar fi

trebui să fie protejat de IPsec

58

4. Configurare Crypto ACL

ACL Outbound: indică pachetele ce trebuie să fie protejate ACL Inbound: aruncă traficul ce ar fi trebuit protejat Crypto ACL-urile trebuie să fie ACL-uri extinse

59

4. Configurare Crypto ACL

Aplicat pe R1 S0/0/0, trafic outbound:R1(config)# access-list 110 permit tcp 10.0.1.0 0.0.0.255 10.0.2.0 0.0.0.255

Aplicat pe R2 S0/0/0, trafic outbound:R2(config)# access-list 101 permit tcp 10.0.2.0 0.0.0.255 10.0.1.0 0.0.0.255

60

5. Configurare crypto map Un crypto map este o „sumă” a tuturor configurațiilor discutate

până acum Combină următoarele aspecte:

Crypto ACL-ul care selectează traficul de protejat SA-urile folosite pentru a stabili tunelul Cine este celălalt capăt al tunelului Ce adresă locală să fie folosită pentru Ipsec (opțional) Ce transform set să fie folosit pentru protejarea datelor

Un crypto map are nume și numere de secvență: Mai multe crypto maps cu același nume și numere de secvență diferite

formează un crypto map set

Un singur crypto map poate fi aplicat pe o interfață

61

5. Configurare crypto map

Pentru redundanță, putem avea mai multe destinații62

5. Configurare crypto mapR1(config)# crypto map MYMAP 10 ipsec-isakmp

Numele crypto map și numărul de secvențăR1(config-crypto-map)# match address 110

Crypto ACL-ul ce va fi folosit pentru a selecta traficul criptatR1(config-crypto-map)# set peer 172.30.2.2 default

Destinația principalăR1(config-crypto-map)# set peer 172.30.3.2

(Opțional) O destinație secundarăR1(config-crypto-map)# set pfs group1

Selectăm DH grupul 1 pentru schimbul de cheiR1(config-crypto-map)# set transform-set mine

Alegem un transform set deja configurat pentru a fi folosit în tunelul IPsec

R1(config-crypto-map)# set security-association lifetime seconds 86400

Alegem durata de viață a SA-ului

63

Aplicarea Crypto map

R1(config)# interface serial0/0/0R1(config-if)# crypto map MYMAP

Aplicăm crypto map-ul pe interfața de ieșire Activăm politica de IPsec

64

Verificare IPsec

65

Show command Description

show crypto map Afișează crypto map-urile configurate.

show crypto isakmp policy Afișează politicile IKE configurate.

show crypto ipsec sa Afișează tunelurile IPsec stabilite.

show crypto ipsec transform-set Afișează transform set-urile configurate.

debug crypto isakmp Debug pe evenimente IKE.

debug crypto ipsec Debug pe evenimente IPsec.

Sumar

66

• Tipuri de VPN-uri: site-to-site și remote access

• Tuneluri GRE

• Algoritmii folosiți în VPN-uri IPsec

• Configurarea unui VPN IPsec site-to-site