2014-10-28

1

Sieci nowej generacjiSieci VPN

Marek Pałczyński

Sieci VPN Cechy sieci VPN Tunel do przekazywania pakietów sieci LAN przez sieć WAN Przezroczystość dla użytkowników końcowych Bezpieczeństwo transmisji – szyfrowanie i uwierzytelnianie Brak konieczności dzierżawienia łączy

Najczęściej stosowane rozwiązania IPSec PPTP SSL (OpenVPN)

Topologie Site-to-site (łączenie sieci korporacyjnych) Zdalny dostęp (dostęp pojedynczego użytkownika do sieci

firmowej)

2014-10-28

2

Zadania systemów VPN Szyfrowanie przekazywanych informacji DES 3DES AES

Uwierzytelnianie treści (podpisy cyfrowe) SHA MD5

Zapewnienie jednokrotności transmisji (non-repudiation)

Bezpieczna wymiana kluczy wykorzystywanych w algorytmach szyfrowania i uwierzytelniania Algorytm Diffiego-Hellmana (DH)

Stos IPsec

2014-10-28

3

Standardowy datagram IPProto Opis

1 ICMP — Internet Control Message Protocol

2 IGMP — Internet Group Management Protocol

4 IP w IP (a kind of encapsulation)

6 TCP — Transmission Control Protocol

17 UDP — User Datagram Protocol

41 IPv6 — następna wersja TCP/IP

47 GRE — Generic Router Encapsulation

50 IPsec: ESP — Encapsulating Security Payload

51 IPsec: AH — Authentication Header

Rysunki: http://www.unixwiz.net/techtips/iguide-ipsec.html

Protokół AH Zastosowanie – uwierzytelnianie (ochrona

integralności, ale nie poufności) Uwierzytelnienie – wyznaczenie wartości skrótu

kryptograficznego dla niemal wszystkich pól pakietu IP (oprócz modyfikowanych podczas transmisji –TTL, checksum)

Ochrona przed: Modyfikacją danych Wstrzyknięciem danych przez osobę atakującą

2014-10-28

4

Protokół AH Pola nagłówka AH next hdr – typ protokołu pola

danych AH len – długość nagłówka AH Reserved – musi mieć wartość zero SPI – skojarzenie pakietu z daną sesją (wskaźnik do

parametrów szyfrowania – rodzaju algorytmu, klucza, …) Sequence Number – inkrementowana wartość

zapobiegająca powtarzaniu pakietów Authentication Data – wyznaczona wartość ICV

Protokół AH w trybie transportowym

2014-10-28

5

AH w trybietunelowym

Tryb transportowy i tunelowy Brak pola informującego

o trybie O trybie decyduje wartość

pola next hdr

2014-10-28

6

Protokół AH – problem NAT Skrót kryptograficzny

obejmuje wszystkie pola, które są uznawane za niezmienne

Przejście pakietu przez router NAT zmniejszenie TTL zmiana adresu IP przeliczenie sumy kontrolnej

w nagłówku IP

Protokół ESP Zastosowanie – szyfrowanie lub szyfrowanie i

uwierzytelnianie (ochrona poufności i integralności) Otoczenie pola danych wartościami ESP Możliwość rezygnacji z szyfrowania (algorytm NULL) Osoba atakująca ma dostęp do adresów IP, ale nie

do pola danych Uwierzytelnianie dotyczy jedynie nagłówka ESP i

pola danych (nie obejmuje dołączanego nagłówka IP)

2014-10-28

7

Protokół ESP bez uwierzytelniania i z uwierzytelnianiem

Protokół ESP w trybie transportowym

2014-10-28

8

Protokół ESP w trybie tunelowym

ESP + uwierzytelnianie + tryb tunelowy = VPN

2014-10-28

9

Algorytm DH Bezpieczny sposób ustalenia i wymiany kluczy

Grupa DH Długość klucza

DH 1 768 bitów

DH 2 1024 bity

DH 5 1536 bity

Etapy ustanawiania połączenia VPN (IPsec) Negocjowanie parametrów wymiany kluczy (IKE) ISAKMP (Internet Security Association Key Management

Protocol) hasło znane obu stronom (shared secret) certyfikaty X.509

Wyznaczenie wspólnego klucza (DH) Uwierzytelnienie jednostek Negocjowanie parametrów szyfrowania danych

Zestaw ustalonych parametrów komunikacji – SA (Security Association) Odzwierciedla uzgodnienia odnośnie polityki zabezpieczania

transmisji Przechowuje parametry potrzebne do bezpiecznego transportu

pakietów w IPsec

2014-10-28

10

Fazy IKE Faza 1 Ustalenie zestawu kryptograficznego do przeprowadzania

transakcji IKE Wymiana kluczy zabezpieczających operację IKE

(algorytm DH) Uwierzytelnienie urządzeń Wyznaczenie SA IKE

Faza 2 Ustalenie parametrów mechanizmu IPsec (zestaw

transformat) Wyznaczenie SA IPsec Okresowe ponawianie negocjacji parametrów SA IPsec

Faza 1 IKE

IKE Policy 103DESSHA

wspólne hasłoDH 2

IKE Policy 203DESMD5

wspólne hasłoDH 2

IKE Policy 30DESMD5

wspólne hasłoDH 1

IKE Policy 153DESSHA

wspólne hasłoDH 5

IKE Policy 173DESSHA

wspólne hasłoDH 2

2014-10-28

11

Faza 2 IKE

Zestaw 10ESP

3DESSHA

Tryb tunelowyCzas ważności

Zestaw 20ESPDESMD5

Tryb tunelowyCzas ważności

Zestaw 30AH

DESSHA

Tryb tunelowyCzas ważności

Zestaw 10ESP

3DESSHA

Tryb tunelowyCzas ważności

Zestaw 10ESP

3DESMD5

Tryb tunelowyCzas ważności

Zestawy transformat IPsec

Konfiguracja połączenia VPN IPsec w trybie tunelowym z wykorzystaniem protokołu ESP Konfiguracja fazy 1 – ISAKMP

Ustawienie Słowo kluczowe Znaczenie Wartość domyślnaencryption(szyfrowanie)

des3desaesaes 192aes 256

klucz 56-bitowy DESklucz 168-bitowy 3DESklucz 128-bitowy AESklucz 192-bitowy AESklucz 256-bitowy AES

des

hash(skrót – integralność komunikatu)

shamd5

Funkcja skrótu SHA-1Funkcja skrótu MD5

sha

authentication(uwierzytelnianie)

pre-sharersa-sigrsa-encr

Wspólny kluczSygnatury RSAZaszyfrowane wartości jednorazowe (nonce)

rsa-sig

group(grupa DH)

125

768 bitów1024 bity1536 bitów

1

liftime(czas ważności)

sekundy Czas ważności wpisu SA mechanizmu ISAKMP

86400

2014-10-28

12

Konfiguracja połączenia VPN IPsec w trybie tunelowym z wykorzystaniem protokołu ESP Konfiguracja fazy 1 – ISAKMP

Centrala(config)# crypto isakmp policy 10Centrala(config-isakmp)# authentication pre-shareCentrala(config-isakmp)# encryption 3desCentrala(config-isakmp)# group 2Centrala(config-isakmp)# hash md5Centrala(config-isakmp)# lifetime 86400

Centrala(config)# crypto isakmp policy 20Centrala(config-isakmp)# authentication pre-shareCentrala(config-isakmp)# encryption desCentrala(config-isakmp)# group 1Centrala(config-isakmp)# hash md5Centrala(config-isakmp)# lifetime 86400

Filia1(config)# crypto isakmp policy 10Filia1(config-isakmp)# authentication pre-shareFilia1(config-isakmp)# encryption 3desFilia1(config-isakmp)# group 2Filia1(config-isakmp)# hash md5Filia1(config-isakmp)# lifetime 86400

Router(config)# crypto isakmp policy priorytet

Konfiguracja połączenia VPN IPsec w trybie tunelowym z wykorzystaniem protokołu ESP Konfiguracja fazy 1 – ISAKMP

Ustawienie wspólnego hasła

Hasło może składać się ze znaków alfanumerycznych o dowolnych wartościach. Nie może jednak przekraczać 128 bajtów. Identyczne hasło musi zostać zdefiniowane po obydwu stronach połączenia. W przypadku użycia opcji hostname, konieczne jest również wykonanie instrukcji crypto

isakmp identity hostname

Router(config)# crypto isakmp key ciąg-hasła address adres-zdalny Router(config)# crypto isakmp key ciąg-hasła hostname nazwa-jednostki-zdalnej

Centrala(config)# crypto isakmp key supertajnehaslo address 212.1.2.3

Filia1(config)# crypto isakmp key supertajnehaslo address 199.19.98.1

2014-10-28

13

Konfiguracja połączenia VPN IPsec w trybie tunelowym z wykorzystaniem protokołu ESP Konfiguracja fazy 2 – IPsec

Definicja zestawów transformatCentrala(config)#crypto ipsec transform-set nazwa-transformaty ?

ah-md5-hmac AH-HMAC-MD5 transformah-sha-hmac AH-HMAC-SHA transformcomp-lzs IP Compression using the LZS compression algorithmesp-3des ESP transform using 3DES(EDE) cipher (168 bits)esp-aes ESP transform using AES cipheresp-des ESP transform using DES cipher (56 bits)esp-md5-hmac ESP transform using HMAC-MD5 authesp-null ESP transform w/o cipheresp-seal ESP transform using SEAL cipher (160 bits)esp-sha-hmac ESP transform using HMAC-SHA auth

Centrala(config)#crypto ipsec transform-set vpn-ts esp-3des esp-sha-hmacCentrala(cfg-crypto-trans)#exit

Filia1(config)#crypto ipsec transform-set vpn-ts-filia1 esp-3des esp-sha-hmacFilia1(cfg-crypto-trans)#exit

Konfiguracja połączenia VPN IPsec w trybie tunelowym z wykorzystaniem protokołu ESP Konfiguracja fazy 2 – IPsec

Definicja listy ACL obejmujące ruch szyfrowanyCentrala(config)#access-list 101 permit ip 192.168.254.0 0.0.0.255 192.168.1.0 0.0.0.255

Filia1(config)#access-list 101 permit ip 192.168.1.0 0.0.0.255 192.168.254.0 0.0.0.255

2014-10-28

14

Konfiguracja połączenia VPN IPsec w trybie tunelowym z wykorzystaniem protokołu ESP Konfiguracja crypto-map’y

Crypto-mapa łączy konfigurację poszczególnych faz i definiuje ostateczny tunel IPsecCentrala(config)#crypto map nazwa-mapy numer-policy-isakmp ipsec-isakmp

Centrala(config)#crypto map cmapa 10 ipsec-isakmpCentrala(config)#set transform-set vpn-tsCentrala(config)#set peer 212.1.2.3Centrala(config)#match address 101Centrala(config)#exitCentrala(config)#int Gi0/0 zewnętrzny interfejs (podłączony do i-netu)Centrala(config-if)#crypto map cmapa

Filia1(config)#crypto map cmapa 10 ipsec-isakmpFilia1(config)#set transform-set vpn-ts-filia1Filia1(config)#set peer 199.19.98.1Filia1(config)#match address 101Filia1(config)#exitFilia1(config)#int Gi0/0 zewnętrzny interfejs (podłączony do i-netu)Filia1(config-if)#crypto map cmapa

Konfiguracja połączenia VPN IPsec w trybie tunelowym z wykorzystaniem protokołu ESP Weryfikacja ustawień

Polecenie Opisshow crypto map Wyświetlenie zdefiniowanych

crypto-mapshow crypto isakmp policy Wyświetlenie zdefiniowanych polityk

ISAKMPshow crypto isakmp sa Wyświetlenie stowarzyszeń

ISAKMPshow crypto ipsec sa Wyświetlenie stowarzyszeń IPsecshow crypto ipsec transform-set Wyświetlenie zdefiniowanych

zestawów transformatdebug crypto isakmp Śledzenie zdarzeń IKEdebug crypto ipsec Śledzenie zdarzeń IPsec

2014-10-28

15

Konfiguracja połączenia VPN IPsec w trybie tunelowym z wykorzystaniem protokołu ESP Transport danych w tunelu IPsec

Wady rozwiązania Nie można przenosić ruchu rozgłoszeniowego ani multiemisji Nie jest możliwe wykorzystanie protokołów routingu (OSPF,

EIGRP)

Tunel GRE Tunel ogólnego przeznaczenia

Umożliwia przenoszenie dowolnych pakietów IP w zewnętrznych pakietach IP Przenosi rozgłoszenia i multiemisję Nie zapewnia szyfrowania Uwzględnia uwierzytelnianie Bezstanowy mechanizm transmisji

2014-10-28

16

Tunel GRE Konfiguracja tunelu (bez szyfrowania)

Centrala(config)#interface Tunnel 0Centrala(config-if)#ip address 172.16.1.254 255.255.255.0Centrala(config-if)#tunnel source 199.19.98.1Centrala(config-if)#tunnel destination 212.1.2.3Centrala(config-if)#tunnel key 1313Centrala(config-if)#exit

Filia1(config)#interface Tunnel 0Filia1(config-if)#ip address 172.16.1.1 255.255.255.0Filia1(config-if)#tunnel source FastEthernet 0/0Filia1(config-if)#tunnel destination 199.19.98.1Filia1(config-if)#tunnel key 1313Filia1(config-if)#exit

Zabezpieczenie transmisji w tunelu GRE za pomocą mechanizmu IPsec

Centrala(config)# crypto isakmp policy 10Centrala(config-isakmp)# authentication pre-shareCentrala(config-isakmp)# encryption 3desCentrala(config-isakmp)# group 2Centrala(config-isakmp)# hash md5Centrala(config-isakmp)# lifetime 86400

Centrala(config)#crypto ipsec transform-set vpn-ts esp-3des esp-sha-hmac

Centrala(config)#crypto ipsec profile vpn-profilCentrala(ipsec-profile)#set transform-set vpn-ts

Centrala(config)#interface Tunnel 0Centrala(config-if)#tunnel protection ipsec profile vpn-profil

Analogiczne polecenia należy wykonać po stronie routera Filia1

2014-10-28

17

Problem wielu tuneli GRE/IPsec Skomplikowana

konfiguracja Wiele tuneli Wiele sieci tranzytowych Skomplikowany routing

Niska wydajność i elastycznośćkonfiguracji Dodanie nowej filii wymaga utworzenia

nowego tunelu (konfiguracja po stronie centrali i routera zdalnego)

Konieczność wykorzystywania statycznychpublicznych adresów IP

Przekazywanie danych między filiami wymaga zaangażowania routera w centrali

DMVPN – Dynamic Multipoint VPN Chmura VPN – jedna sieć wirtualna zabezpieczona

mechanizmem IPsec Tryby pracy

Hub-and-spoke Spoke-to-spoke

2014-10-28

18

DMVPN Zalety:

Routery zdalne mogą się posługiwać adresami dynamicznymi (a nawet ukrytymi za NAT-em).

Dodanie nowej sieci zdalnej sprowadza się do konfiguracji routera zdalnego (konfiguracja na routerze centralnym pozostaje bez zmian).

Adresy IP interfejsów wirtualnych pochodzą z jednej sieci IP. Komunikacja między ośrodkami

zdalnymi może pomijać router centralny.

Odwzorowanie wirtualnych adresów routerów zdalnych na adresy rzeczywiste jest realizowane w sposób automatyczny w protokole NHRP (Next Hop Routing Protocol)

Konfiguracja DMVPN Konfiguracja interfejsów

tunelowych (bez szyfrowania)Centrala(config)#interface Tunnel 0Centrala(config-if)#ip address 172.16.1.254 255.255.255.0Centrala(config-if)#tunnel source 199.19.98.1Centrala(config-if)#tunnel mode gre multipoint <- tunel mGRECentrala(config-if)#tunnel key 1313Centrala(config-if)#ip nhrp authentication tajnehaslo <- uwierzytelnienie żądań kierowanych do bazy NHRPCentrala(config-if)#ip nhrp map multicast dynamic <- przekazywanie ruchu multiemisji w tuneluCentrala(config-if)#ip nhrp network-id 1 <- identyfikator chmury DMVPN

Filia1(config)#interface Tunnel 0Filia1(config-if)#ip address 172.16.1.1 255.255.255.0Filia1(config-if)#tunnel source FastEthernet 0/0Filia1(config-if)#tunnel mode gre multipointFilia1(config-if)#tunnel key 1313Filia1(config-if)#ip nhrp authentication tajnehasloFilia1(config-if)#ip nhrp map multicast dynamicFilia1(config-if)#ip nhrp map 172.16.1.254 199.19.98.1 <- odwzorowanie adresu serwera NHRP na adres fizycznyFilia1(config-if)#ip nhrp map multicast 199.19.98.1 <- przesyłanie ruchu multiemisji do routera centralnegoFilia1(config-if)#ip nhrp network-id 1Filia1(config-if)#ip nhrp nhs 172.16.1.254 <- wskazanie routera pełniącego funkcję serwera NHRP

2014-10-28

19

Weryfikacja ustawień DMVPN Sprawdzenie sesji DMVPN

Centrala# show dmvpnLegend: Attrb --> S - Static, D - Dynamic, I - Incomplete

N - NATed, L - Local, X - No Socket# Ent --> Number of NHRP entries with same NBMA peerNHS Status: E --> Expecting Replies, R --> RespondingUpDn Time --> Up or Down Time for a Tunnel

==========================================================================

Interface: Tunnel1, IPv4 NHRP DetailsType:Hub, NHRP Peers:2,

# Ent Peer NBMA Addr Peer Tunnel Add State UpDn Tm Attrb----- --------------- --------------- ----- -------- -----

1 212.1.2.3 172.16.0.1 UP 1w1d D1 82.145.12.43 172.16.0.2 UP 1d02h D

Filia1# show dmvpn...==========================================================================

Interface: Tunnel1, IPv4 NHRP DetailsType:Spoke, NHRP Peers:1,

# Ent Peer NBMA Addr Peer Tunnel Add State UpDn Tm Attrb----- --------------- --------------- ----- -------- -----

1 199.19.98.1 172.16.1.254 UP 2d07h S

Zabezpieczenie komunikacji w chmurze DMVPN za pomocą mechanizmu IPsecCentrala(config)# crypto isakmp policy 10Centrala(config-isakmp)# authentication pre-shareCentrala(config-isakmp)# group 2

Centrala(config)#crypto ipsec transform-set vpn-ts esp-3des esp-sha-hmac

Centrala(config)#crypto ipsec profile vpn-profilCentrala(ipsec-profile)#set transform-set vpn-ts

Centrala(config)#interface Tunnel 0Centrala(config-if)#tunnel protection ipsec profile vpn-profil

Filia1(config)# crypto isakmp policy 10Filia1(config-isakmp)# authentication pre-shareFilia1(config-isakmp)# group 2

Filia1(config)#crypto ipsec transform-set vpn-ts esp-3des esp-sha-hmac

Filia1(config)#crypto ipsec profile vpn-profilFilia1(ipsec-profile)#set transform-set vpn-ts

Filia1(config)#interface Tunnel 0Filia1(config-if)#tunnel protection ipsec profile vpn-profil