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IP 安全

IP 安全. 胡建斌 北京大学网络与信息安全研究室 E-mail: hjbin@infosec.pku.edu.cn http://infosec.pku.edu.cn/~hjbin. 问题的引入. IP 内容的安全性－－加密 IP 源和目的地址的身份鉴别－－鉴别 不同网络内部 IP 地址之间的通信－－隧道. 目 录 TCP/IP 协议 IPSec 的结构 认证头 AH 封装安全载荷 ESP 安全关联 (SA) 和安全策略 (SP) ISAKMP 和 Internet 密钥交换模式. TCP/IP 协议栈. 用户数据经过协议栈的封装过程. 网络层安全.

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Presentation Transcript

  1. IP安全 胡建斌 北京大学网络与信息安全研究室 E-mail: hjbin@infosec.pku.edu.cn http://infosec.pku.edu.cn/~hjbin

  2. 问题的引入 • IP内容的安全性－－加密 • IP源和目的地址的身份鉴别－－鉴别 • 不同网络内部IP地址之间的通信－－隧道

  3. 目 录 • TCP/IP协议 • IPSec的结构 • 认证头AH • 封装安全载荷 ESP • 安全关联(SA)和安全策略(SP) • ISAKMP和Internet密钥交换模式

  4. TCP/IP协议栈

  5. 用户数据经过协议栈的封装过程

  6. 网络层安全

  7. 传输层安全

  8. 应用层安全

  9. IPV4数据报

  10. IPv4的缺陷 • 缺乏对通信双方身份真实性的鉴别能力 • 缺乏对传输数据的完整性和机密性保护的机制 • 由于IP地址可软件配置以及基于源IP地址的鉴别机制 ，IP层存在业务流被监听和捕获、IP地址欺骗、信息泄露和数据项篡改等攻击

  11. 目 录 • TCP/IP协议 • IPSec的结构 • 认证头AH • 封装安全载荷 ESP • 安全关联(SA)和安全策略(SP) • ISAKMP和Internet密钥交换模式

  12. IPSec • 两个通信协议：AH , ESP • 两种操作模式：传输模式，隧道模式 • 一个密钥交换管理协议：IKE • 两个数据库：安全策略数据库SPD，安全关联数据库SAD

  13. IPSec的体系结构

  14. IPSec的实现

  15. 目 录 • TCP/IP协议 • IPSec的结构 • 认证头AH • 封装安全载荷 ESP • 安全关联(SA)和安全策略(SP) • ISAKMP和Internet密钥交换模式

  16. 认证头 AH

  17. AH • 为IP包提供数据完整性和鉴别功能 • 利用MAC码实现鉴别，双方必须共享一个密钥 • 鉴别算法由SA指定 － 鉴别的范围：整个包 • 两种鉴别模式： － 传输模式：不改变IP地址，插入一个AH － 隧道模式：生成一个新的IP头，把AH和原来的整个IP包放到新IP包的载荷数据中

  18. AH 提供的服务包括 • 数据源认证 • 无连接的完整性 • 可选的抗重放服务 • 不提供保密性

  19. AH头格式

  20. AH头说明－ Next Header 8比特，指出AH后的下一载荷的类型(RFC1700)

  21. AH头说明－Payload Length 包含以32比特为单位的AH的长度减 2

  22. AH头说明－SPI • 32bit • 用于和源/目的IP地址、IPSec协议(ESP/AH)共同唯一标识一个SA • 1－255：保留 • 可用范围：从256~2^32-1

  23. AH头说明－Sequence Number • SA建立时，发送方和接收方SN初始化为0 • 通信双方每使用一个特定的SA发送一个数据报则将它们增1，用于抵抗重放攻击 • AH规范强制发送者必须发送SN给接收者，而接收者可以选择不使用抗重放特性，这时它不理会该SN • 若接收者启用抗重放特性，则使用滑动接收窗口机制检测重放包。具体的滑动窗口因IPSec的实现而异 • 1～2^32，不可以循环，满之前双方需重新协商

  24. AH头说明－Authentication Data • 该变长域包含数据报的认证数据，称为完整性校验值(ICV) • 生成ICV的算法由SA指定，具体视IPSec的具体实现而定 • 为保证互操作性，AH强制所有的IPSec必须实现两个MAC: HMAC-MD5, HMAC-SHA-1

  25. AH使用模式 • 传输模式 • 通道模式

  26. AH传输模式的特点 • 保护端到端通信 • 通信的终点必须是IPSec终点

  27. AH认证

  28. 网关 NAT AH传输模式失效案例－1

  29. 代理网关 代理网关 AH传输模式失效案例－2

  30. AH隧道模式的特点 • 保护点到点通信 • 通信的终点必须是IPSec终点 • 克服了传输模式的一些缺点

  31. AH认证

  32. 完整性校验值(ICV)的计算 • ICV用于验证IP包的完整性 • ICV采用MAC生成 • 计算MAC时需要密钥，因此通信双方需要共享密钥，该密钥在SA 中定义，由通信双方协商生成 • ICV的长度依赖于所使用的MAC算法： HMAC-MD5: 128位 HMAC-SHA-1:160位

  33. AH输出－输入处理流程

  34. 目 录 • TCP/IP协议 • IPSec的结构 • 认证头AH • 封装安全载荷 ESP • 安全关联(SA)和安全策略(SP) • ISAKMP和Internet密钥交换模式

  35. 封装安全载荷 ESP

  36. ESP • 提供保密功能，包括报文内容的机密性和有限的通信量的机密性，也可以提供鉴别服务（可选） • 将需要保密的用户数据进行加密后再封装到一个新的IP包中，ESP只鉴别ESP头之后的信息 • 加密算法和鉴别算法由SA指定 • 两种模式：传输模式和隧道模式

  37. ESP 提供的服务包括 • 数据保密性 • 有限的数据流保密性 • 数据源认证（认证是可选的） • 无连接的完整性 • 抗重放服务

  38. 初始化向量(IV）

  39. 加密和鉴别算法 • 加密算法 －3DES、RC5、IDEA、3IDEA、CAST、Blowfish • 鉴别算法 －ICV计算应支持: HMAC-MD5-96、HMAC-SHA-1-96, 仅用96位

  40. ESP输出－输入处理流程

  41. SA组合 • 特定的通信量需要同时调用AH和ESP服务 • 特定的通信量需要主机之间和防火墙之间的服务 • 循环嵌套：通过隧道实现多级安全协议的应用

  42. 机密与鉴别组合使用

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