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| = TMP =
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| ; IPsec arbeitet direkt auf der Vermittlungsschicht ("''Internet Layer"'', entspricht OSI Layer 3) des [[DoD-Schichtenmodell|DoD Models]] und ist eine Weiterentwicklung der IP-Protokolle.
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| * Das Ziel ist es, eine verschlüsselungsbasierte Sicherheit auf Netzwerkebene bereitzustellen.
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| * IPsec bietet durch die verbindungslose Integrität sowie die Zugangskontrolle und Authentifikation der Daten diese Möglichkeit an.
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| * Zudem wird durch IPsec die Vertraulichkeit sowie Authentizität der Paketreihenfolge durch Verschlüsselung gewährleistet.
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| ; Da im Internet die Datenpakete von einem Rechner zum nächsten weitergeleitet werden, kann jeder Rechner auf dem Weg eines Datenpakets dessen Inhalt lesen und sogar verändern.
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| * Ein Rechner kann auch Datenpakete im Namen eines anderen Rechners versenden, indem er dessen Adresse als „Absender“ einträgt ([[IP-Spoofing]]).
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| ; IPsec soll es ermöglichen, in einem solchen IP-Netz die [[Informationssicherheit#Motivation und Ziele der Informationssicherheit|Schutzziele]] [[Vertraulichkeit]], [[Authentizität]] und [[Integrität (Informationssicherheit)|Integrität]] zu erfüllen.
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| * Dazu werden verschiedene Mechanismen eingesetzt, etwa [[Verschlüsselung]] einzelner [[IP-Paket]]e und Einfügen eines zusätzlichen Paket-[[Header]]s mit einem [[Message Authentication Code]].
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| * IPsec kann zum Aufbau [[Virtual Private Network|virtueller privater Netzwerke]] (VPN) verwendet werden oder zum Schutz vor [[Replay-Angriff]]en eingesetzt werden.
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| ; Die [[Internet Engineering Task Force]] schlägt in RFC 2401 bzw. im neueren RFC 4301 die Architektur von IPsec als Standard vor.
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| * Von diesen [[Request for Comments|RFCs]] aus wird auf die unten genannten RFCs verwiesen, die wesentliche Teile von IPsec beschreiben: die Protokolle ''Authentication Header (AH)'', ''Encapsulated Security Payload (ESP)'' sowie ''Internet Key Exchange (IKE)'' zum Austausch der Schlüssel.
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| == Verbindungsaufbau ==
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| [[Datei:Ipsec nachricht versenden SAD SPD.png|mini|SPD und SAD]]
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| ; IPsec verwaltet Verbindungen und kann auf Anforderung hin sowohl Verschlüsselung als auch Datenintegrität garantieren.
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| ; Dazu verwendet es einen von zwei Modi
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| * Der ''Transportmodus'' stellt Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen zwei Endpunkten her, während der
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| * ''[[Tunnel (Rechnernetz)|Tunnelmodus]]'' zwei Netze über zwei Router verbindet.
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| ; Beide Modi sind in Bezug auf die zu erstellenden ''[[Security Association]]s'' recht ähnlich.
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| * Die folgende Darstellung betrachtet nur den Transportmodus.
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| ; Wenn ein IP-Paket versendet werden soll, dann werden zwei lokale Datenbanken verwendet:
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| ; SPD ''(security policy database)''
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| : In der SPD ist beispielsweise hinterlegt, wie die Verbindung zwischen den Kommunikationsendpunkten, die durch ihre IP-Adressen identifiziert sind, gesichert werden soll.
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| * Als Sicherungsverfahren werden dann [[#Authentication Header (AH)|AH]], [[#Encapsulating Security Payload (ESP)|ESP]] oder beide eingesetzt.
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| * Zum Erstellen der Schlüssel wird meist IKE verwendet.
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| * Die SPD ist im Vergleich zur SAD (s. u.) eher von statischer Natur, da ein Eintrag in der SPD „zustandslos“ ist.
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| ; SAD ''(security association database)''
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| : [[Datei:Ipsec SAs.svg|mini|SAs zwischen zwei Hosts]] In der SAD werden [[Security Association]]s (SA) verwaltet.
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| * Diese besitzen einen Zustand (engl. ''stateful'') und ändern sich im Vergleich zu Einträgen in der SPD recht oft.
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| * SA-Einträge enthalten u. a.
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| * die Schlüssel für das verwendete Protokoll, und sie haben eine begrenzte Gültigkeit.
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| * Für AH und ESP existieren jeweils eigene SA-Einträge in der SAD.
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| * Eine SA wird meist über das IKE-Protokoll angelegt und wird nur in eine Richtung verwendet: Beim Sender gibt sie das Verschlüsselungsverfahren und den Schlüssel vor, beim Empfänger das passende Entschlüsselungsverfahren.
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| * Das Entschlüsseln erfolgt bei der Verwendung von symmetrischer Verschlüsselung mit demselben Schlüssel, der zur Verschlüsselung verwendet wurde.
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| * Wenn zwei Hosts AH und ESP verwenden, dann sind je Host vier SA-Einträge notwendig.
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| * Im Bild wird dies veranschaulicht.
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| ; Bei IPsec müssen alle Endpunkte vorkonfiguriert sein, da sonst keine Vertrauensbeziehung aufgebaut werden kann.
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| ; Damit zwei Endpunkte eine Vertrauensbeziehung aufbauen können, wird ein Verfahren zum Austausch der Schlüssel benötigt.
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| * Der Austausch kann manuell oder automatisch erfolgen.
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| === Manuelle Schlüsselverwaltung ===
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| ; Die Schlüssel, die für IPsec verwendet werden, werden beim „Manual Keying“ vorab ausgetauscht und auf beiden Endpunkten fest konfiguriert.
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| === Automatische Schlüsselverwaltung über IKEv1 ===
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| ; Das ''Internet-Key-Exchange''-Protokoll dient der automatischen Schlüsselverwaltung für IPsec.
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| * Es verwendet den [[Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch]] für einen [[Schlüsselaustausch|sicheren Austausch]] von [[Schlüssel (Kryptologie)|Schlüsseln]] über ein unsicheres [[Rechnernetz]] und ist wohl der komplexeste Teil von IPsec.
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| * Internet Key Exchange war ursprünglich im RFC 2409 spezifiziert und basierte auf dem ''Internet Security Association and Key Management Protocol'' ([[Internet Security Association and Key Management Protocol|ISAKMP]], RFC 2408), der IPsec ''Domain of Interpretation'' ([[Domain of Interpretation|DOI]], RFC 2407), [[OAKLEY]] (RFC 2412) und [[Internet Security Association and Key Management Protocol|SKEME]].
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| * Die RFCs 2407, 2408 und 2409 sind in der aktuellen Version IKEv2 im RFC 4306 und im aktuellen RFC 5996 zusammengefasst und damit obsolet.
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| ; IKE definiert, ''wie'' Sicherheitsparameter vereinbart und gemeinsame Schlüssel (shared keys) ausgetauscht werden. ''Was'' ausgetauscht wird, ist Aufgabe eines [[Domain of Interpretation|DOI]]-Dokuments.
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| ; Vor dem eigentlichen Start einer [[Verschlüsselung|verschlüsselten]] [[Nachrichtenverbindung|Verbindung]] mit IPsec müssen sich beide Seiten gegenseitig authentisieren und sich auf die zu verwendenden [[Schlüssel (Kryptologie)|Schlüssel]]-[[Algorithmus|Algorithmen]] einigen.
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| * Hierfür ist IKE gedacht.
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| * Zur Authentisierung werden die Verfahren ''[[Pre-shared key|Pre Shared Keying]] (PSK)'' und ''Certificate'' eingesetzt.
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| * IPsec arbeitet mit verschiedenen [[Symmetrischer Verschlüsselungsalgorithmus|symmetrischen]] wie [[Asymmetrischer Verschlüsselungsalgorithmus|asymmetrischen]] Schlüsseln.
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| ; IKE basiert auf [[User Datagram Protocol|UDP]] und nutzt standardmäßig den Port 500 als Quell- und Ziel-Port.
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| * Wird IKE und IPsec jedoch hinter einer [[Masquerading]]-Firewall betrieben, wird von den meisten IPsec-Implementierungen in diesem Fall UDP-Port 4500 verwendet.
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| * Um das Problem mit IPsec-Verbindungen hinter Masquerading-Firewalls zu lösen, wurden mehrere Vorschläge eingereicht.
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| * Keiner der Vorschläge wurde jedoch als Standard anerkannt, weshalb der Betrieb einer IPsec-Verbindung von einem Host über eine Firewall hinweg sehr unzuverlässig ist.
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| * Die beste Lösung ist eine Non-Masquerading-Firewall mit einer angeschlossenen [[Demilitarisierte Zone (Informatik)|Demilitarisierten Zone]] (DMZ).
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| * In der DMZ steht dann der Endpunkt der IPsec-Verbindung.
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| ; IKE arbeitet in zwei Phasen:
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| # Aushandlung einer SA ([[Security Association]]) für ISAKMP entweder über den ''Main Mode'' (Hauptmodus, bevorzugt) oder den ''Aggressive Mode'' (Aggressiver Modus)
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| # Erzeugung einer SA für IPsec im ''Quick Mode'' (Schnellmodus)
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| ; Eine Security Association (SA) ist eine Vereinbarung zwischen den beiden kommunizierenden Seiten und besteht aus den Punkten:
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| # Identifikation (entweder per [[Pre-shared key|PSK]] oder Zertifikat)
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| # Festlegung des zu verwendenden Schlüsselalgorithmus für die IPsec-Verbindung
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| # von welchem (IP-)Netz die IPsec-Verbindung erfolgt
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| # zu welchem (IP-)Netz die Verbindung bestehen soll
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| # Zeiträume, in denen eine erneute Authentisierung erforderlich ist
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| # Zeitraum, nach dem der IPsec-Schlüssel erneuert werden muss
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| ==== Phase 1 (Main Mode-Variante) ====
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| ; Der ''Main Mode'' wird in der ersten Phase der Verschlüsselungsvereinbarung und Authentisierung (Internet Key Exchange) genutzt.
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| * Er sollte dem ''Aggressive Mode'' vorgezogen werden.
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| ; Im Main Mode handeln der Initiator (derjenige, der die Verbindung aufnehmen will) und der Antwortende (der Responder) miteinander eine ISAKMP-SA aus.
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| Diese Verhandlung geschieht in folgenden Schritten:
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| # Der Initiator sendet einen oder mehrere Vorschläge (engl.
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| * Proposal) mit Authentisierungs- und Verschlüsselungsalgorithmen.
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| # Der Responder wählt aus der Schnittmenge der angebotenen und der von ihm unterstützten Algorithmen den sichersten aus und sendet das Auswahlergebnis an den Initiator.
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| # Der Initiator sendet seinen öffentlichen Teil vom [[Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch]] und einen zufälligen Wert (die [[Nonce]]).
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| # Der Responder sendet ebenfalls seinen öffentlichen Teil vom Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch und einen zufälligen Wert.
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| * Dieser Wert dient in Schritt 5 der Authentisierung.
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| ; Da nun beide (der Responder und der Initiator) die öffentlichen Teile für den Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch kennen, wird dieses Verfahren genutzt, um den geheimen Schlüssel zu berechnen.
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| * Dieser wird dann für die Verschlüsselung nach dem vereinbarten Schlüsselverfahren für die folgenden Schritte verwendet.
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| * Der berechnete (Diffie-Hellman-)Schlüssel wird auch für die Erzeugung eines weiteren Schlüssels genutzt, der für die Authentifikation verwendet wird.
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| ; Schritt 5 ist die Authentisierung
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| * Dabei müssen sich beide Beteiligten als zugriffsberechtigt ausweisen.
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| Hierbei kommen zwei unterschiedliche Verfahren zum Einsatz:
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| # die Authentisierung mittels vereinbartem Geheimnis (im englischen ''Pre-Shared-Keys'', PSK) oder
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| # zertifikatsbasiert.
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| ; Die zertifikatsbasierte Authentisierung verwendet [[X.509]]-Zertifikate und ist im Wesentlichen eine Public-Key-Infrastruktur, wie sie auch für SSL und [[S/MIME]] verwendet wird. [[Pretty Good Privacy|PGP]]-Zertifikate sind ein anderer Ansatz und können hierfür nicht verwendet werden.
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| ; Die Authentisierungsmethoden unterscheiden sich zwar, jedoch ist die grundsätzliche Vorgehensweise immer die gleiche:
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| * Es wird immer ein Hashwert über das mit dem Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch erzeugte Geheimnis, die Identität, die ausgehandelten Kryptoverfahren sowie die bisher versandten Nachrichten gebildet, verschlüsselt und versendet. (In der Literatur werden manchmal ''Cookies'' erwähnt: ein Hashwert über ein erzeugtes Geheimnis, IP-Adresse und Zeitmarke.)
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| * Der Schlüssel, der hier für die Verschlüsselung genutzt wird, ist jedoch nicht der aus dem Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch, sondern ein Hashwert über diesen sowie die versandten Nachrichten.
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| ; PSK-Authentisierung (Pre Shared Keying)
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| Bei diesem Verfahren erfolgt die Authentisierung anhand eines einzigen gemeinsamen Geheimnisses.
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| * Es kann angewendet werden, wenn eine überschaubare Teilnehmermenge an das IPsec-VPN angeschlossen ist.
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| * Der wesentliche Nachteil ist: Erhält jemand unberechtigten Zugriff auf diesen Schlüssel, müssen auf allen beteiligten Hosts die Schlüssel ausgetauscht werden, um die Sicherheit wiederherzustellen.
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| * Soll ein Rechnernetz wachsen, ist dieses Verfahren auch dann abzulehnen, wenn zuerst nur wenige Knoten beteiligt sind.
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| * Der Mehraufwand für die zertifikatsbasierte Authentisierung amortisiert sich in der Regel bereits nach kurzer Zeit.
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| ; Zertifikatsbasierte Authentisierung
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| Diese Authentisierung hat einen anderen Ansatz.
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| * Dabei werden X.509-Zertifikate verwendet.
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| * Dieses System basiert auf vertrauenswürdigen [[Zertifizierungsstelle|CAs]] (Certification Authorities, z. B. mit eTrust) oder einer Hierarchie aus diesen.
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| * Das Prinzip hierbei ist, dass jeder einzelne Endpunkt seine CAs (Vertrauensstellen) kennt und alle Zertifikate, die durch diese Vertrauensstellen signiert sind, als gültig anerkennt.
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| * In der Praxis bedeutet dies, dass alle Zertifikate von vertrauenswürdigen CAs eingespielt werden und somit alle von diesen CAs ausgestellten Zertifikate Zugriff haben.
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| * Zertifikate können von bekannten CAs bezogen werden ([[Verisign]], eTrust uvm.).
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| * Damit kann gewährleistet werden, dass auch unbekannte VPN-Partner authentisiert werden können.
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| * Leider ist dies in der Praxis nicht so leicht, weil weitere Parameter (z. B.
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| * Rechnernetzadressen) eine Rolle spielen und diese mit bereits bestehenden VPN-Verbindungen kollidieren können.
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| * Es hat sich daher durchgesetzt, eine private [[Public-Key-Infrastruktur|PKI]] (Public Key Infrastructure) einzusetzen.
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| * Mit einer eigenen PKI sollen aber nur bekannte und vertrauenswürdige Hosts Zugriff auf das VPN haben.
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| ; Die zertifikatsbasierte Authentisierung erfolgt wie die PSK-Authentisierung, mit einem Unterschied: Je nach Verbindung kann ein anderes Zertifikat zum Einsatz kommen, und wer sein CA-Zertifikat nicht veröffentlicht, kann gezielt steuern, wer zugreifen darf.
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| ; Ein weiterer Vorteil einer zertifikatsbasierten Authentisierung
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| Die CA darf einzelne Zertifikate widerrufen.
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| * In der sogenannten [[Zertifikatsperrliste|CRL]] (Certificate Revocation List) werden alle Zertifikate, die irgendwie ungültig geworden sind, gesperrt.
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| * Bei einer PSK-Authentisierung ist dagegen der Austausch aller Schlüssel erforderlich.
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| ==== Phase 1 (Aggressive Mode-Variante) ====
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| ; Im ''Aggressive Mode'' werden die obigen Schritte auf drei zusammengefasst.
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| * Hierbei fällt dann die Verschlüsselung des obigen fünften Schrittes weg.
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| * Stattdessen werden die Hashwerte der [[Pre-shared key]]s im Klartext übertragen.
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| * Die Sicherheit des Verfahrens ist eng an die Stärke des Pre-shared Keys und des verwendeten Hashverfahrens gekoppelt.
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| * Da in der Praxis starke Schlüssel oft aus Bequemlichkeit nicht verwendet werden, sollte man diesen Modus mit Vorsicht einsetzen.
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| ; Ein Grund für den Einsatz dieses Modus kann jedoch gegeben sein, wenn die Adresse des Initiators dem Responder nicht von vornherein bekannt ist, und beide Seiten Pre-shared Keys zur Authentifizierung einsetzen wollen.
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| ; Weitere Anwendungsszenarien sind gegeben, wenn ein schnellerer Verbindungsaufbau gewünscht ist und die Richtlinien (Policies) des Responders hinlänglich bekannt sind.
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| ==== Beispiel ====
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| Ein Mitarbeiter will aus der Ferne auf das Firmennetz zugreifen.
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| * Die Richtlinien (z. B.
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| * Verschlüsselung mit [[Advanced Encryption Standard|AES]], Hashing mit [[Secure Hash Algorithm|SHA]] und Authentisierung mit [[RSA-Kryptosystem|RSA]] Signaturen, die durch die Zertifizierungsstelle der Firma signiert wurden) sind bekannt.
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| ==== Phase 2 ====
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| ; In der zweiten Phase von IKE wird der Quick Mode verwendet (Schutz durch die IKE SA)
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| * Die gesamte Kommunikation in dieser Phase erfolgt verschlüsselt.
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| * Wie in der ersten Phase wird zunächst ein Vorschlag (Proposal) gemacht und zusammen mit einem Hashwert und dem ''Nonce'' übertragen.
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| * Später werden die Schlüssel neu berechnet, und es fließen keinerlei Informationen aus den zuvor generierten SAs ein.
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| * Dies stellt sicher, dass niemand von den zuvor generierten Schlüsseln auf die neuen schließen kann ([[Perfect Forward Secrecy]]).
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| * Dies wird erreicht, indem ein zusätzlicher Diffie-Hellman-Austausch stattfindet.
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| * Die Geheimnisse zur Schlüsselbildung werden verworfen, sobald der Austausch abgeschlossen ist.
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| ; Mehrere „Quick Modes“ können zur gleichen Zeit stattfinden und durch die gleiche IKE SA geschützt sein
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| * Um die verschiedenen Wechsel unterscheiden zu können, wird das Message-ID-Feld des ISAKMP-Headers herangezogen.
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| * Der Status eines solchen Austausches wird durch die Cookies identifiziert.
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| === Unterschied zwischen IKEv1 und IKEv2 ===
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| {{Lückenhaft|Abschnitt über IKE ist wesentlich für IPsec, aber derzeit unvollständig.}}
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| ; Da IKEv1 recht komplex ist, wurden viele Implementationen von IPsec inkompatibel zueinander.
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| * Während IKEv1 noch in mehreren RFCs spezifiziert ist, wird IKEv2 komplett in RFC 7296 beschrieben.
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| * Dieses bietet weniger Möglichkeiten für Missverständnisse und ist somit weniger fehleranfällig als die erste Version.
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| ; IKEv1 ist bei Verwendung von dynamischen IP-Adressen, wie sie bei DSL-Anschlüssen im Privatbereich üblich sind, wenig geeignet.
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| * IKEv2 behebt diese Probleme.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.heise.de/security/artikel/Einfacher-VPN-Tunnelbau-dank-IKEv2-270056.html |titel=IPSec-VPNs werden einfacher und flexibler dank IKEv2 |werk= |hrsg=heise |datum=2008-01-03 |sprache=de |abruf=2009-03-26}}</ref> Gleichwohl unterstützen die in Deutschland am weitesten verbreiteten DSL-Router des deutschen Herstellers [[AVM (Unternehmen)|AVM]] (Fritz-Box) bislang nur IKEv1 und nicht IKEv2 (Stand Juli 2020).<ref>[https://avm.de/service/fritzbox/fritzbox-7490/wissensdatenbank/publication/show/3331_FRITZ-Box-mit-einem-Firmen-VPN-verbinden/ FRITZ!Box mit einem Firmen-VPN verbinden], unter ''Voraussetzungen / Einschränkungen'', Auszug aus der AVM Wissensdatenbank, abgerufen am 11.
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| * Juli 2020</ref>
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| ; Bei IKEv2 wurden die von IKEv1 bekannten Phasen grundlegend verändert.
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| * Um einen Security Association (SA) zu erstellen, benötigt man statt neun nun nur noch vier UDP-Nachrichten.
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| * Dies ermöglicht einen schnelleren Verbindungsaufbau, was sich besonders bei Störungen positiv auswirken kann.
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| * Zusätzlich wird die Anzahl an möglichen Kombinationen für die Authentifizierung in Phase 1 von IKEv1 verringert.
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| * Statt acht Möglichkeiten wird nur noch eine Authentifizierung mittels Signaturen oder MACs erlaubt.
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| * Für effizientere Durchläufe wird ebenso bei IKEv2 bereits während Phase 1 ein Paar an SAs während des initialen IKE Austausches erstellt.
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| * Insbesondere wenn nur ein Paar benötigt wird, wird der Austausch beschleunigt.
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| ; Außerdem wird bei IKEv2 auf einen präventiven Cookie-Austausch verzichtet, da in den letzten Jahren nur vereinzelt Probleme mit Denial-of-Service-Attacken gegen VPN-Gateways auftraten.
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| ; Während bei IKEv1 die Verantwortlichkeiten bei Paketverlusten nicht geregelt waren, wurden unter IKEv2 die Zuständigkeiten der Peers klarer definiert.
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| * Dadurch konnte die Verbindungsstabilität verbessert werden.
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| * Zudem ist NAT-Traversal fester Bestandteil von IKEv2, wodurch auch Verbindungen über NAT-Router hinweg aufgebaut werden können.
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| == Authentication Header (AH) ==
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| ; Der '''Authentication Header''' (AH) soll die Authentizität und [[Integrität (Informationssicherheit)|Integrität]] der übertragenen Pakete sicherstellen und den Sender authentifizieren.
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| * Weiterhin schützt er gegen [[Replay-Angriff]]e.
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| * AH schützt die invarianten Teile eines IP-Datagramms; IP-Header-Felder, die auf dem Weg durch ein IP-Netz von Routern verändert werden können (z. B. [[Time to Live|TTL]]), werden nicht berücksichtigt.
| |
| * Werden auf dem Weg durch das Netz Router mit aktivierter [[Network Address Translation]] (NAT) passiert, so ändern diese die eigentlich invarianten Teile eines IP-Datagramms ab, folglich ist eine Authentisierung nicht mehr möglich – NAT und AH sind folglich designbedingt inkompatibel – lediglich eine Kombination von NAT und ESP (siehe RFC 3948 – UDP Encapsulation of IPsec ESP Packets) ist möglich.
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| * Die Nutzdaten werden bei AH nicht verschlüsselt und sind damit für jeden lesbar.
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| * AH basiert direkt auf IP und verwendet die IP-Protokoll Nummer 51.
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| === Paketaufbau ===
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| |style="text-align:center;" colspan="8" | Nächster Header
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| |-
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| |-
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| |colspan="32" style="text-align:center;" | Feld mit Sequenznummer
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| |-
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| |colspan="32" style="text-align:center;" |
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| Authentizitätsdaten (variabel)
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| |}
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| ==== Felder ====
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| ; Nächster Header (next header): identifiziert das [[Protokoll (IP)|Protokoll]] der im Paket übertragenen Daten.
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| * Enthält den Wert, der bei ungeschützten IP-Datagrammen im IP-Header angegeben wird, bei Verwendung von AH aber durch den Wert 51 (= AH) ersetzt worden ist.
| |
| ; Nutzdaten-Länge (payload length): Größe des AH-Headers
| |
| ; reserviert (RESERVED): reserviert für zukünftige Nutzung
| |
| ; Security Parameters Index (SPI): identifiziert in Verbindung mit der IP-Adresse und dem Sicherheitsprotokoll die ''Security Association'' (SA)
| |
| ; Feld mit Sequenznummer (sequence number): ansteigende Nummer, die vom Absender gesetzt wird, soll Schutz vor Replay-Angriff bieten
| |
| ; Authentizitätsdaten (authentication data): enthält den Wert des Integritätstests (integrity check value, ICV), welcher sich aus einem Hash des übrigen Paketes ergibt
| |
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| |
| === Schutz vor Replay-Angriffen ===
| |
| Zum Schutz vor [[Replay-Angriff]]en kann der Empfänger eines AH-Pakets sich nicht darauf verlassen, dass die Sequenznummer immer höher ist als beim vorangegangenen Paket.
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| * IP-Pakete können unterwegs auch vertauscht worden sein.
| |
| * Deshalb wird – ausgehend von der bisher höchsten empfangenen Sequenznummer – auch eine festgelegte Menge kleinerer Sequenznummern akzeptiert.
| |
| * Wird eine Sequenznummer innerhalb dieser Menge zum zweiten Mal empfangen, wird das entsprechende Paket verworfen.
| |
| * Das gilt ebenfalls für Pakete mit zu kleiner Sequenznummer (also unterhalb der festgelegten Menge kleinerer Sequenznummern).<ref>Sorge, Gruschka, Lo Iacono: ''Sicherheit in Kommunikationsnetzen'' 2013, S. 153f.</ref>
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| == Encapsulating Security Payload (ESP) ==
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| |
| ; '''Encapsulating Security Payload''' (ESP) stellt Mechanismen zur Sicherstellung der Authentizität, Integrität und Vertraulichkeit der übertragenen [[Internet Protocol|IP]]-Pakete bereit.
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| * Im Unterschied zum AH wird der Kopf des IP-Paketes vom ICV (Integrity check value) nicht berücksichtigt, jedoch werden die Nutzdaten verschlüsselt übertragen.
| |
| * ESP basiert direkt auf IP und verwendet die Internet-Protokoll Nummer 50.
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| === ESP-Paket ===
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| {| class="wikitable"
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| |- style="background:#D0D0D0;"
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| | 7
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| |-
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| |colspan="32" style="text-align:center;" | Security Parameters Index (SPI)
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| |-
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| |-
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| |
| Nutzdaten * (variabel)
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| |-
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| |
| |colspan="24" style="text-align:center;border-bottom:none;" | Füllung (0–255 bytes)
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| |-
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| |
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| |style="text-align:center;" colspan="8" | Länge Füllung
| |
| |style="text-align:center;" colspan="8" | Nächster Header
| |
| |-
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| |colspan="32" style="text-align:center;" |
| |
| Authentizitätsdaten (variabel)
| |
| |}
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|
| |
| ==== Felder ====
| |
|
| |
| ; Security Parameters Index (SPI): identifiziert in Verbindung mit der IP-Adresse und dem Sicherheitsprotokoll die ''Security Association'' (SA)
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| ; Sequenznummern (sequence number): ansteigende Nummer, die vom Absender gesetzt wird, soll Schutz vor Replay-Angriff bieten
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| ; Nutzdaten (payload data): enthält die Datenpakete
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| ; Füllung (padding): wird für eingesetzte [[Blockchiffre]] genutzt, um Daten bis zur vollen Größe des Blocks aufzufüllen
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| ; Länge Füllung (pad length): enthält Anzahl der eingefügten [[Byte]]s für Padding
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| ; Nächster Header (next header): identifiziert das [[Protokoll (IP)|Protokoll]] der im Paket übertragenen Daten.
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| * Enthält den Wert, der bei ungeschützten IP-Datagrammen im IP-Header angegeben wird, bei Verwendung von ESP aber durch den Wert 50 (= ESP) ersetzt worden ist.
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| ; Authentizitätsdaten (authentication data): enthält den Wert des Integritätstests (integrity check value, ICV).
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| Der Schutz vor Replay-Angriffen entspricht dem Mechanismus von AH.
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| == Transport- und Tunnelmodus ==
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| [[Datei:Ipsec-modes.svg|mini|Vergleich zwischen Transport- und Tunnelmodus]]
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| ; Im Transportmodus verbindet IPsec zwei Endpunkte direkt miteinander ([[Punkt-zu-Punkt]]), zum Beispiel über eine auf den Endpunkten installierte Software.
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| ; Im Tunnelmodus hingegen werden zwei IP-Netze miteinander verbunden.
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| * Die Endpunkte werden hier von zwei Routern bzw.
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| * VPN-Gateways gebildet, zwischen denen der Tunnel aufgebaut wird.
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| === IPsec im Transportmodus ===
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| [[Datei:IPSec Packet Authentication Header.svg|mini|IPsec-AH-Header im Transport- und Tunnelmodus]]
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| [[Datei:IPSec Packet ESP Header.svg|mini|IPsec-ESP-Header im Transport- und Tunnelmodus]]
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| ; Im Transportmodus wird der IPsec-Header zwischen dem IP-Header und den Nutzdaten eingefügt.
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| * Der IP-Header bleibt unverändert und dient weiterhin zum Routing des Pakets vom Sender zum Empfänger.
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| Der Transportmodus wird verwendet, wenn die „kryptographischen Endpunkte“ auch die „Kommunikations-Endpunkte“ sind.
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| * Nach dem Empfang des IPsec-Paketes werden die ursprünglichen Nutzdaten (TCP-/UDP-Pakete) ausgepackt und an die höher liegende Schicht weitergegeben.
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| ; Der Transportmodus wird vor allem für Host-zu-Host- oder Host-zu-Router-Verbindungen verwendet, z. B.
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| * für die [[Netzmanagement|Netzwerkverwaltung]].
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| === IPsec im Tunnelmodus ===
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| ; Im Tunnelmodus wird das ursprüngliche Paket [[Datenkapselung (Netzwerktechnik)|gekapselt]] und die Sicherheitsdienste von IPsec auf das gesamte Paket angewandt.
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| * Der neue (äußere) IP-Header dient dazu, die Tunnelenden (also die kryptografischen Endpunkte) zu adressieren, während die Adressen der eigentlichen Kommunikationsendpunkte im inneren IP-Header stehen.
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| * Der ursprüngliche (innere) IP-Header stellt für Router usw.
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| * auf dem Weg zwischen den Tunnelenden nur Nutzlast (Payload) dar und wird erst wieder verwendet, wenn das empfangende Security-Gateway (das Tunnelende auf der Empfangsseite) die IP-Kapselung entfernt hat und das Paket dem eigentlichen Empfänger zustellt.
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| ; Im Tunnelmodus sind Gateway-zu-Gateway- oder auch Peer-zu-Gateway-Verbindungen möglich.
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| * Da an jeweils einer Seite Tunnelende und Kommunikationsendpunkt auf demselben Rechner zusammenfallen können, sind auch im Tunnelmodus Peer-zu-Peer-Verbindungen möglich.
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| * Ein Vorteil des Tunnelmodus ist, dass bei der Gateway-zu-Gateway-Verbindung nur in die Gateways (Tunnelenden) IPsec implementiert und konfiguriert werden muss.
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| * Angreifer können dadurch nur die Tunnelendpunkte des IPsec-Tunnels feststellen, nicht aber den gesamten Weg der Verbindung.
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| == Keepalives ==
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| ; Sicherzustellen, dass die Verbindung zwischen den Endpunkten wischenzeitlich nicht unterbrochen wurde
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| * tauschen diese in regelmäßigen Abständen [[Keepalive]]-Nachrichten aus
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| * die auch dazu dienen können, einen durch Verbindungsunterbrechung verlorenen Tunnel automatisch wieder aufzubauen.
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| === Dead Peer Detection ===
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| ; Dead Peer Detection (DPD) wurde im Februar 2004 verabschiedet
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| * Durch den Einsatz von DPD kann erkannt werden, ob eine IPsec-Verbindung (insbesondere der ISAKMP-Tunnel) unbeabsichtigt und unvorhergesehen abgebrochen wurde.
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| * Im Fehlerfall bauen die Gegenstellen die SAs (Security Associations) ab, um einen Neuaufbau des ISAKMP-Tunnels und der ESP-/AH-Tunnel zu ermöglichen.
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| * Ohne den Einsatz von DPD wird ein Endpunkt mit einem noch bestehenden Tunnel den Neuaufbau abwehren, da die SPIs (Security Payload Identifier) nicht mehr passen.
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| * Ein Neuaufbau der Tunnel ist ansonsten erst nach Ablauf der Re-Keying-Timer möglich.
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| ; DPD wird als Notify-Message im ISAKMP-Protokoll (UDP:500) übertragen (Message-Values: R-U-THERE – 36136/R-U-THERE-ACK – 36137)
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| * Die DPD-Funktion dagegen gewährleistet eine kontinuierliche Überprüfung der Verbindung zur Gegenstelle und leistet einen automatischen Wiederaufbau bei ungewolltem Verbindungsabbruch.
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| * Die Spezifikation ist festgelegt im RFC 3706 und wird auch ISAKMP-Keepalive genannt.
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| === UDP-Keepalive ===
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| ; Verhindert den (bei NAT-Traversal) von NAT üblicherweise automatisch eingeleiteten [[Timeout (Netzwerktechnik)|Timeout]] bei längeren Zeitverzögerungen in der Dateneingabe
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| * Die Spezifikation ist im RFC 3519 festgelegt und wird auch NAT-Keepalive genannt
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| == Kritik an IPsec ==
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| === Konzeptionelles ===
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| {{Zitat
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| |Text=IPsec was a great disappointment to us.
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| * Given the quality of the people that worked on it and the time that was spent on it, we expected a much better result.
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| |Sprache=en
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| |Autor=[[Niels Ferguson]], [[Bruce Schneier]]
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| |Quelle=A Cryptographic Evaluation of IPsec
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| |Übersetzung=IPsec war eine große Enttäuschung für uns.
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| * In Anbetracht der Qualifikation der Leute, die daran gearbeitet haben, und der Zeit, die dafür aufgebracht wurde, haben wir ein viel besseres Ergebnis erwartet.
| |
| |ref=<ref>[https://www.schneier.com/wp-content/uploads/2016/02/paper-ipsec.pdf ''A Cryptographic Evaluation of IPsec''.] (PDF; 222 kB) S. 1, Abs. 2</ref>}}
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| Die [[Kryptographie|Kryptographen]] Niels Ferguson und Bruce Schneier evaluierten mehrfach das IPsec-Protokoll und fanden mehrere Kritikpunkte.
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| * Neben der Art, wie es entstand, wird vor allem die hohe Komplexität und damit Fehleranfälligkeit kritisiert.
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| * Allerdings stellten beide auch fest, dass IPsec das ursprüngliche [[Internet Protocol|IP]] zum Zeitpunkt ihrer Untersuchungen am besten absicherte.
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| == Normen und Standards ==
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| IPsec entstand im Zuge der Entwicklung von [[IPv6]] und ist in verschiedenen aktuellen [[Request for Comments|RFCs]] spezifiziert.
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| Als Einstieg dienen nach RFC 5406 (Guidelines for Specifying the Use of IPsec):
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| * IPsec Version 1: RFC 1825 (veraltet aus dem Jahre 1995).
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| * IPsec Version 2: RFC 2401 (veraltet aus dem Jahre 1998).
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| * IPsec Version 3: RFC 4301 (aus dem Jahre 2005).
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| Weitere relevante RFC's:
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| * RFC 2367 – PF_KEY Interface
| |
| * RFC 2403 – The Use of HMAC-MD5-96 within ESP and AH
| |
| * RFC 2405 – The ESP [[Data Encryption Standard|DES]]-CBC Cipher Algorithm With Explicit IV
| |
| * RFC 2410 – The NULL Encryption Algorithm and Its Use With IPsec
| |
| * RFC 2411 – IP Security Document Roadmap
| |
| * RFC 2412 – The OAKLEY Key Determination Protocol
| |
| * RFC 2451 – The ESP CBC-Mode Cipher Algorithms
| |
| * RFC 2857 – The Use of HMAC-RIPEMD-160-96 within ESP and AH
| |
| * RFC 3526 – More Modular Exponential (MODP) Diffie-Hellman groups for Internet Key Exchange (IKE)
| |
| * RFC 3602 – The AES-CBC Cipher Algorithm and Its Use with IPsec
| |
| * RFC 3686 – Using Advanced Encryption Standard (AES) Counter Mode With IPsec Encapsulating Security Payload (ESP)
| |
| * RFC 3706 – A Traffic-Based Method of Detecting Dead Internet Key Exchange (IKE) Peers
| |
| * RFC 3715 – IPsec-[[Network Address Translation]] (NAT) Compatibility Requirements
| |
| * RFC 3947 – Negotiation of NAT-Traversal in the IKE
| |
| * RFC 3948 – UDP Encapsulation of IPsec ESP Packets
| |
| * RFC 4106 – The Use of [[Galois/Counter Mode]] (GCM) in IPsec Encapsulating Security Payload (ESP)
| |
| * RFC 4301 – Security Architecture for the Internet Protocol
| |
| * RFC 4302 – IP Authentication Header
| |
| * RFC 4303 – IP Encapsulating Security Payload (ESP)
| |
| * RFC 4304 – Extended Sequence Number (ESN) Addendum to IPsec Domain of Interpretation (DOI) for Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP)
| |
| * RFC 4306 – Internet Key Exchange (IKEv2) Protocol
| |
| * RFC 4307 – Cryptographic Algorithms for Use in the Internet Key Exchange Version 2 (IKEv2)
| |
| * RFC 4308 – Cryptographic Suites for IPsec
| |
| * RFC 4309 – Using Advanced Encryption Standard (AES) CCM Mode with IPsec Encapsulating Security Payload (ESP)
| |
| * RFC 4478 – Repeated Authentication in Internet Key Exchange (IKEv2) Protocol
| |
| * RFC 4543 – The Use of Galois Message Authentication Code (GMAC) in IPsec ESP and AH
| |
| * RFC 4555 – IKEv2 Mobility and Multihoming Protocol (MOBIKE)
| |
| * RFC 4621 – Design of the IKEv2 Mobility and Multihoming (MOBIKE) Protocol
| |
| * RFC 4718 – IKEv2 Clarifications and Implementation Guidelines
| |
| * RFC 4806 – Online Certificate Status Protocol (OCSP) Extensions to IKEv2
| |
| * RFC 4809 – Requirements for an IPsec Certificate Management Profile
| |
| * RFC 4835 – Cryptographic Algorithm Implementation Requirements for Encapsulating Security Payload (ESP) and Authentication Header (AH)
| |
| * RFC 4945 – The Internet IP Security [[Public-Key-Infrastruktur|PKI]] Profile of IKEv1/ISAKMP, IKEv2, and [[PKIX]]
| |
| * RFC 7296 – Internet Key Exchange Protocol Version 2 (IKEv2)
| |
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| |
| == Literatur ==
| |
| * {{Literatur
| |
| |Autor=Daniel Bachfeld, Andreas Steffen
| |
| |Titel=VPN-Knigge. VPN-Protokolle und Standards.
| |
| |Sammelwerk=[[c't]]
| |
| |Nummer=7
| |
| |Datum=2006
| |
| |Seiten=114-121
| |
| |Kommentar=IPSec Version 2, auch leicht gekürzt [https://www.heise.de/security/artikel/VPN-Knigge-270796.html kostenlos]
| |
| |Online=https://shop.heise.de/katalog/vpn-knigge
| |
| |Abruf=2019-07-20}}
| |
| * Naganand Doraswamy, Dan Harkins: ''IPSec.
| |
| * The new security standard for the internet, intranets, and virtual private networks.'' 2nd edition.
| |
| * Prentice Hall PTR, Upper Saddle River NJ 2003, ISBN 0-13-046189-X.
| |
| * Christoph Sorge, Nils Gruschka, Luigi Lo Iacono: ''Sicherheit in Kommunikationsnetzen.'' Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München 2013, ISBN 978-3-486-72016-7.
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| == Weblinks ==
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| # https://de.wikipedia.org/wiki/IPsec
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| # Schneier: [https://www.schneier.com/academic/archives/2003/12/a_cryptographic_eval.html IPsec-Evaluation.] (englisch)
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| # [http://www.unixwiz.net/techtips/iguide-ipsec.html An illustrated guide to IPsec.] (englisch)
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| == Einzelnachweise ==
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| <references />
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| [[Kategorie:Internet Protocol]]
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| [[Kategorie:Virtual Private Network]]
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| [[Kategorie:Verschlüsselungsprotokoll]]
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| [[Kategorie:Kryptologischer Standard]]
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| [[Kategorie:Abkürzung]]
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