Шрифт:
Илл. 8.41. Заголовок аутентификации IPsec в транспортном режиме для IPv4
Рассмотрим заголовок АН. В поле Next header (Следующий заголовок) хранится значение, которое раньше находилось в поле Protocol (Протокол) заголовка IP (до того, как было заменено на 51, чтобы показать, что далее следует заголовок АН). Обычно здесь встречается код для TCP (6). Поле Payload length (Длина полезной нагрузки) хранит количество 32-разрядных слов заголовка АН минус 2.
Поле Security parameters index (Указатель параметров безопасности) — это идентификатор соединения, который вставляется отправителем. Он ссылается на конкретную запись в базе данных получателя. В этой записи содержится общий ключ и другая информация о соединении. Если бы данный протокол был придуман МСЭ, а не IETF, это поле называлось бы Virtual circuit number (Номер виртуального канала).
Поле Sequence number (Порядковый номер) применяется для нумерации всех пакетов, отправляемых по SA. Все пакеты получают уникальные номера, даже если они отсылаются повторно. Другими словами, повторно передаваемый пакет имеет номер, отличный от номера оригинального пакета (даже если у них одинаковый порядковый номер TCP). Это поле служит для предотвращения взлома путем повторной передачи. Порядковые номера никогда не повторяются. Если же будут использованы все 232 номера, для продолжения коммуникации устанавливается новая SA.
Наконец, поле переменной длины Authentication data (Данные аутентификации) содержит цифровую подпись пользовательских данных. При установлении SA стороны договариваются, какой алгоритм генерации подписей использовать. Обычно здесь не применяется шифрование с открытыми ключами, так как все известные алгоритмы этого типа слишком медленные, а пакеты нужно обрабатывать с очень большой скоростью. Протокол IPsec основан на шифровании с симметричными ключами, поэтому перед установлением SA отправитель и получатель должны договориться о значении общего ключа, применяемого при вычислении подписи. То есть IPsec использует код HMAC, который мало чем отличается от того кода, о котором мы говорили в разделе, посвященном аутентификации с использованием общего ключа. Вычисление этого кода выполняется гораздо быстрее, чем последовательный запуск SHA-2 и RSA.
Заголовок AH не позволяет шифровать данные, так что в основном он применяется в случаях, когда нужна проверка целостности, но не требуется секретность. Стоит отметить, что проверка целостности при помощи AH охватывает некоторые поля заголовка IP, которые не меняются при прохождении пакета между маршрутизаторами. К примеру, поле TtL (Время жизни) изменяется на каждом переходе, и проверка его не затрагивает. А вот IP-адрес источника проверяется, что делает невозможной его подмену.
Альтернативным заголовком IPsec является ESP (Encapsulating Security Payload — безопасная инкапсуляция пользовательских данных). Как показано на илл. 8.42, он может применяться как в транспортном режиме, так и в режиме туннелирования.
Илл. 8.42. (а) ESP в транспортном режиме. (б) ESP в режиме туннелирования
Заголовок ESP состоит из двух 32-разрядных слов: Security parameters index (Указатель параметров безопасности) и Sequence number (Порядковый номер). Мы их уже встречали в заголовке AH. Третье слово, которое обычно следует за ними, при этом технически не являясь частью заголовка, это Initialization vector (Вектор инициализации); но если используется пустой алгоритм шифрования, это поле опускается.
ESP, как и АН, обеспечивает проверку целостности при помощи кода HMAC, однако вместо того чтобы включать хеш в заголовок, он вставляется после поля пользовательских данных (см. илл. 8.24). Такое расположение полей дает преимущество при аппаратной реализации метода: HMAC может подсчитываться во время передачи битов пользовательских данных по сети и добавляться в конце. Именно поэтому в Ethernet и других стандартах LAN CRC вставляется в трейлер, а не в заголовок. При использовании заголовка АН пакет нужно буферизовать и вычислять подпись, только после этого его можно отправлять. Это потенциально снижает число пакетов, которые можно передать за единицу времени.
Казалось бы, если ESP умеет делать все то же, что и АН (даже больше и при этом гораздо эффективнее), зачем вообще нужен АН? Причина скорее историческая. Изначально заголовок АН обеспечивал только проверку целостности, а ESP — только секретность. Позднее ESP стали использовать для проверки целостности, но разработчики АН не хотели, чтобы он канул в Лету после всей проделанной ими работы. Единственный (и довольно слабый) аргумент в пользу АН заключается в том, что с его помощью можно частично проверять заголовок IP, чего не умеет ESP. Еще один сомнительный довод состоит в том, что система, поддерживающая АН, но не поддерживающая ESP, может легче получить лицензию на экспорт, поскольку с помощью АН нельзя шифровать данные. Похоже, что этот заголовок все-таки исчезнет.
8.10.2. Виртуальные частные сети
У многих компаний имеются филиалы, расположенные в разных городах или даже в разных странах. До появления сетей общего доступа обычным делом было арендовать выделенную телефонную линию для организации связи между некоторыми (или всеми) парами подразделений. В некоторых компаниях такой подход применяется до сих пор. Сеть, состоящая из принадлежащих компании компьютеров и выделенных телефонных линий, называется частной сетью (private network).