정보보안 - IPSEC

IPSEC(Internet Protocol Security)

보안서비스 (RFC2401 표준)

• 기밀성 : 대칭 암호화를 통해 기밀성 제공
  • AH : 암호화 X
  • ESP : 암호화 O
• 데이터 근원 인증 : 올바른 송신처로 온 것임을 보장
  • MAC (Message Authentication Code) 이용
• 비연결형 무결성 : 위조, 변조 되지 않음을 보장
• 재전송 공격 방지 : 일련번호(Sequence Number)를 유지하여 재전송 여부를 판단
  • SA (Security Assosication, 보안연관) 순서번호 유지, 검증
• 제한된 트래픽 흐름 기밀성 : 최초 출발지, 최종 수신지 정보에 대한 기밀성 보장 (터널모드)
  • 터널 / 보안 게이트웨이란?
    • IPSEC을 지원하는 라우터, 방화벽, VPN 장비
  • 종단과 보안 게이트웨이 사이 원본 IP Header 의 기밀성을 보장
  • 보안 게이트 사이의 New IP Header 구간은 트래픽 흐름이 노출됨
• 접근 제어 : 중요한 정보 시스템에 대한 접근을 제어
  • SP (Security Policy, 보안정책)
  • IP 패킷의 허용(Bypass) / 폐기(Discard) / 보호(Protect)

IPSEC Architecture

• 개요
  • 양 종단 간의 안전한 통신을 지원하기 위함
  • IP 계층을 기반
  • 개방 구조의 프레임워크
  • IP의 취약점을 보완하기 위한 보안 기능을 제공
• 주요 구성 요소
  • 프로토콜
    • 인증 프로토콜(AH - Authentication Header)
    • 암호화 프로토콜(ESP - Encapsulation Security Payload)
  • 데이터베이스
    • 보안 연계 데이터베이스 (SAD)
    • 보안 정책 데이터베이스 (SPD)
  • 키 관리 매커니즘 (IKE : Internet Key Exchange Protocol)

IPSEC 의 동작 모드

• 전송모드
  • 원본 IP Header + IPSEC Header + 원본 IP Payload + IPSEC Tailor
    • 보호대상 : IP Payload (캡슐화)
    • 보호구간 (Secure Channel) : End to End
• 터널모드
  • New IP Header + IPSEC Hader + 원본 IP Header + 원본 IP Payload + IPSEC Tailor
    • 보호대상 : IP Hader + IP Payload (캡슐화)
    • IP 패킷 전체를 보호 > 네트워크상에서 전송을 위한 New IP Header 필요
    • 원본 출발지와 목적지의 트래픽 기밀성을 보장
• 4 가지 형태의 보안성을 제공
  • 터널 모드 AH
  • 전송 모드 AH
  • 터널 모드 ESP
  • 전송 모드 ESP

IPSEC 프로토콜

인증 헤더(Authentication Header)

• 개요
  • 인증 헤더는 IP 데이터그램을 인증하기 위해 필요한 정보를 포함
  • 데이터의 인증과 무결성을 보장
    • 데이터의 무결성
      • MAC(Message Authentication Code) 에 의해 계산된 각 필드의 합산 값을 수신자가 확인
    • 데이터의 인증
      • 인증시 필요한 키와 인증 알고리즘을 SA 와 연계하여 지정하고 지정된 알고리즘을 수행
    • 리플레이 방지
      • 인증 헤더에 있는 Sequence Number 필드의 값을 일련 번호화 함으로써 보장
• 프로토콜

  • IP Header

    AH

    IP Payload

  • AH 프로토콜 => 인증 (MAC 무결성, 송신처 인증)
    • Security Parameter Index(32) : SA 식별자 (보안과 연관)
    • Sequence Number(32) : 재전송 공격 방지
    • Authentication Data : Mutable 필드를 제외한 IP Packet 전체에 대한 MAC값 (Integrity Check Value)
      • Mutable 필드 : TTL, Header Checksum, NAT 의 SrcIP
• AH 프로토콜 동작모드
  • 전송모드 (Transport) : Mutable 필드 제외한 IP Packet 전체 인증

    • IP Header

      Authentication Header

      IP Payload

  • 터널모드 (Tunnel) : Mutable 필드 제외한 New IP 패킷 전체를 인증

    • New IP Header

      Authentication Header

      IP Header

      IP Payload

ESP

• 개요
  • 암호화 기법을 사용
    • 데이터의 무결성
    • 리플레이 방지
    • 비밀성
• 프로토콜

  • IP Header

    ESP Header

    IP Payload

    ESP Tailor

    ESP Auth

  • ESP 프로토콜 => 인증 (무결성, 송신처 인증), 기밀성
    • IP Header 는 인증하지 않는다.
    • ESP Header
      • Security Parameter Index(32)
      • Sequence Number(32)
    • ESP Tailor
      • Padding : 블록암호를 위한 패딩정보
      • Pad Length(8)
      • Next Header(8) : Payload 프로토콜 타입
    • ESP Auth : 인증데이터
• ESP 프로토콜 동작모드
  • 전송모드 (Transport)

    • IP Header

      ESP Header

      IP Payload

      ESP Tailor

      ESP Auth

    • IP Payload ~ ESP Tailor 암호화
    • ESP Header ~ ESP Tailor 인증
  • 터널모드 (Tunnel)

    • New IP Header

      ESP Header

      IP Header

      IP Payload

      ESP Tailor

      ESP Auth

    • IP Header ~ ESP Tailor 암호화
    • ESP Header ~ ESP Tailor 인증

용어정리

• 보안연관 (SA, Security Association)
  • 한 장비와 다른 장비 사이 논리적 연결을 유지하기 위한 보안설정값
  • 단방향성 특징 (A->B SA, B->A SA)
  • 주요항목
    • SPI : 보안 연관 식별자
    • Sequence Number Counter : 패킷의 순서번호 카운터
    • Anti Replay Window : 재전송 공격 방어 window 값
    • AH / ESP 정보
    • Life time : 세션 만료 시간
    • Mode : IPSec 동작모드 (전송, 터널)
    • Path MTU : 경로의 MTU 값
• SAD
  • 보안 연관을 모은 데이터베이스
  • 일치 항목이 없을 경우 인터넷 키교환 (IKE)
• 보안정책 (SP, Security Policy)
  • 패킷을 송/수신시 적용할 보안의 종류
  • Bypass, Discard, Protect (IPSec 적용) 정책
• SPD
  • 보안 정책을 모은 데이터베이스
• IPSec 송신/수신 과정
  • Outbound 패킷(송신) -> SPD 검색 -> 정책 결정 -> SAD 검색 -> 보안설정 적용
  • Inbound 패킷(수신) -> 패킷유형(IP, IPSec) 탐지 -> 상위계층 패킷 전달
    • IP 일 경우 SPD 검색하여 ByPass, Discard, Protect(패킷삭제) 룰 검색/결정
    • IPSec 일 경우 SAD 검색 -> 일치하면 IPSec 처리 / 일치하지 않으면 패킷삭제

IKE (Internet Key Exchange)

• 과정
  • IKE-SA 설정/생성 (1단계)
  • IPSec-SA 설정/생성 (2단계)
• IKE 1단계 과정 - Mode 중 하나를 사용해 IKE-SA 생성
  • IKE-SA : IPSec-SA 생성을 위한 데이터 보호를 위함
  • Main Mode : 3쌍의 Message 를 교환하는 방식
    • Session ID 암호화 O
  • Aggressive Mode : 3개의 Message 를 교환하는 방식
    • Session ID 암호화 X
• IKE 2단계 과정 - IPSec-SA 생성
  • IPSec-SA : 데이터 교환 시 데이터 보호를 위함
• IPSec 절차 : (링크설정 -> VPN 생성)(1,2단계) -> Data 교환