Internet Katmanı Güvenlik Protokolleri

Internet Katmanı Güvenlik Protokolleri Çiçek Çavdar Bilişim Enstitüsü, Bilgisayar Bilimleri Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

İçerik • Geçmiş çalışmalar • IP Güvenlik Protokolü (IPSP) • IP Anahtar Yönetim Protokolü (IPKMP) • Verili protokollerden bazı örnekler Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Geçmiş Çalışmalar • Security Protocol 3 (NSA ve NIST) • Üst katman tarafından iletilen mesajlar SP3 tarafından bir alt katmana gönderilmeden önce işlenir • Network Layer Security Protocol (ISO) • Integrated NLSP (K.Robert Glenn) • swIPe (J.Ionnidis, M.Blaze) Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Ortak Özellikler • IP kapsülleme işlemi ile asıllama ve şifreleme işlemi paralel • Var olan IP kapsülleme aynen geçerli • IP paket başlığı da kapsülleniyor ve şifreleniyor • Güvenlik protokolü ayrı bir başlık ekler Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

IP paketi Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

IETF IPsecWG • 1992- amaç IPv6 için bir güvenlik mimarisi • IETF tarafından IP Güvenlik Protokolü (IPSP) ve Internet Anahtar Yönetim Protokolü (IKMP) standardizasyonu • IKMP bir Güvenlik Birliği (SA) kurar ve Güvenlik Parametre İndekslerini (SPI) başlatır • IPSP , SA ve SPI ları kullanarak IP paketlerini şifreli gönderir Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

IP güvenlik mimarisi standartlar Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

IP Güvenlik Protokolü • IPv6 • Asıllama + şifreleme • Asıllama Başlığı: Kaynak asıllama ve veri bütünlüğü • Encapsulating Security Payload (ESP): Bağlantısız veri güvenilirlik servisleri • Trafik Analizine karşı tam güvenlik yok. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Güvenlik Birliği • Asıllama algoritması, modu ve anahtarlar • Şifreleme algoritması, modu ve anahtarlar • Şifreleme algoritması senkronizasyonu için Başlangıç Vektörü (IV) uzunluğu • Anahtarlar ve Güvenlik Birliğinin ömrü • GB nin kaynak adresi ( ağ ya da alt ağ adresi de olabilir) • Korunan verinin duyarlılık derecesi (sunucular çok katmanlı güvenlik hizmeti veriyorsa) Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

GB kullanımı • Bir IP paketi nin çözülebilmesi için • Her GB bir Güvenlik Parametre Indeks (SPI) değeri tarafından tanımlı • SPI Anahtar Yönetim Protokolü sırasında belirlenir • GB kurulurken farklı anahtarlama yaklaşımları ayırdedilir Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

IPSP de anahtarlama • 3 yaklaşım • 1. Her host çiftine farklı anahtar • 2. Her kullanıcı çiftine farklı • 3. Her oturuma farklı anh Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

GB ve SPI değerlerinin başlatılması • Paketler tek bir kullanıcıya gönderilir: • SPI yerel bir tabloya indekstir, tabloda GB içeriği tutulur • Paketler birden fazla kullanıcıya gönderilir: • Her grup üyesi SPI ve grup adresi ile güvenlik parametreleri arasında bağlantı kurar. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Asıllama Başlığı • IP paketleri için veri kaynak asıllama ve veri bütünlüğü servisi • IP paketlerine asıllama verisi eklenir • Problem: IP başlığında yol boyunca yapılan değişiklikler asıllama başlığına yansımamalı • Hop sayısı her defada artırılır • Yönlendirme başlığında IP hedef adres alanı ara hedeflere yönlendirilir Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Asıllama Başlığı • 8 bit Sonraki Başlık alanı: Sonraki payload tipi • 8 bit asıllama verisi uzunluk alanı • 16 bit reserve alanı sonraki kullanımlar için • 32 bit SPI alanı alıcı taraftaki IP paketinde GB yi tanımlamak için Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Asıllama Başlığı formatı Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

ESP • Encapsulating Security Payload (ESP) • IP paketinin payload verisi asıllama sırasında açıktır • verinin güvenilirliği için şifreleme Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

ESP formatı Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

ESP formatı • 32 bit SPI alanı alıcı tarafta güvenlik parametrelerine indeks • 32 bit IV(başlangıç vektörü): rastgele sayı • Değişken uzunluklu payload verisi • Değişken uzunluklu dolgu alanı: toplam payload (mod 8)=6 olmalı • 8 bit dolgu uzunluk alanı Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

1. Ulaşım Kipi • IP paketinin yükü (payload) olarak üst katman protokol verisi taşınır • Ek IP başlığı şifrelemede kullanılmadığından yer muhafaza edilir • Gönderilecek IP paketinde üst katman protokol verisi seçilir • Gönderilecek IP paketine yük olarak şifrelenir Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

2. Tünel Kipi • IP paketinde sadece üst katman protokol verisi değil tüm paket şifrelenir ve kapsüllenerek yeni bir IP paketi yaratılır. • Yönlendiriciler arasında güvenli kanal oluşturmak için kullanılır. (güvenlik geçitleri)Kendileri başlatıcı değil aracıdır. • İki güvenlik geçidi arasında tünel: arka plandaki gönderici ve alıcının bilgilerine erişilemez Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Tünel Kipi • Gönderici GB bilgisini kullanıcı kimliği ve varış IP sinden elde eder. • SPI ve IP başlığı açık olarak gönderilir. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Ulaşım ve tünel kipi paket formatı Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

IP Güvenlik Protokolü özet • AH ve ESP asıllama ve şifreleme mekanizmaları birbirinden bağımsız • Birlikte veya ayrı ayrı IP paketine uygulanabilir • Her IP paketi için ek işlem getirir • Güvenliği artırdığı gibi performans düşer Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Internet Anahtar Yönetim Protokolü(IKMP) • GB nin kurulumu, sadece birlik üyeleri tarafından bilinen anahtarların paylaşımını gerektirir • 1996 da IETF Ipsec WG tarafından bir IKMP çıkarılmıştır Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

İlkel IKMP çalışmaları • MKMP: modular key management protocol Baş (master) anahtar modülü Oturum Anahtarı modülü • Baş anahtar üç şekilde belirlenir: • Elle • Merkezi • Sertifika temelli Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

MKMP • AB: Ra,(Ra,k)K • BA : Rb,(Rb,Ra)K K baş anahtar, nasıl paylaşılacağı belirsiz k, önceden her iki tarafın da bildiği bir sayı, bir önceki MKMP den kalma bir sayı Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

SKIP • IP ile oturum merkezli bir anahtar dağıtım mekanizması tasarlamak için IP altına bir yapay oturum katmanı • Anahtarların kurulumu ve güncellenmesi için • Bunun yerine oturum merkezli olmayan bir yapı gerekli IP de: • SKIP(Simple Key Management for IP) Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

SKIP • Anahtarların kurulumu için bir ön haberleşme gerekmez • Oturum tabanlı değil paket tabanlı anahtarlar kullanılır • Diffie Hellman anahtar değişim protokolü ile bir ilkel anahtar yarat: Kab’ • Baş anahtar Kab= h(Kab’, counter) Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

SKIP • Baş anahtarın bir sayaçla sürekli yenilenmesi atılan paket anahtarlarının yeniden kullanımına karşı önlem • Gönderici A rastgele bir Kp paket anh üretir • Yeni IP paketi: (Kab(Kp), Kp(IP Paketi)) • Yeni IP başlığını da yeni pakete ekler • Her pakette yeni Kp üretilebilir Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

SKIP Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Çoklu-gönderimde SKIP • Grup başı tayin edilir ve grubun baş anahtarı onunla haberleşme sırasında belirlenir. • Bu sayede Baş anahtarla şifrelenen Pk her defasında değiştirilebilir Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

SKIP + PFS • PFS: Perfect Forward Secrecy • Hiç bir anahtar bir önceki üretilen anahtarlara bağımlı olmamalı • Türetim için kullanılan anahtarlar kısa süre içinde silinerek yeni anahtarlara göre yeniden türetim yapılmalı • Diffie Hellman da iki çeşit anh. çifti var: Uzun ve kısa kullanımlı. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

SKIP mekanizması • Anahtar Yönetim Sunucusu: • D-H uzun süreli gizli anah ve ondan türetilen baş anahtarı hesaplamaktan ve cepte tutmaktan sorumlu • Rastgele paket anahtarı yaratmak için SKIP çekirdeği ile birlikte çalışır Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

SKIP mekanizması • Veri Şifreleme Makinesi: • Şifreleme için çeşitli algoritmaları içerir • Akış Modülü: • TCP/IP protokol yığını ve ağ arayüzü arasına yerleştirilir. Eşin IP adresine bağlı olarak erişim kontrol listesi tutar. Paketler düz geçirilir veya veri şifreleme makinesine gönderilir. • Kullanıcı düzeyinde yönetim birimleri tarafından listeler oluşturulabilir. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Photuris (NSA) • STU-III Güvenli telefon için tasarlanmış • Araya girme saldırısına karşı açık anahtarın asıllaması yapılır • Asal sayılar önceden tanımlanarak algoritma hızı artırılır • 1. Çerez değişim: Saldırganın IP adresini ortaya çıkarmak amacıyla ve tekrarlama saldırılarına karşı • 2. Değer değişim: D-H anah değişimi • 3. Kimlik değişim: Karşılıklı kimlik tanıtımı ve asıllaması. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Photuris Mesaj Akışları Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Photuris+ veya SKEME • IBM araştırma merkezinde geliştirilmiş • Deneysel amaçlı • Anahtar değişiminde esneklik • Hız ve verimlilik artar. Gerekmediğinde D-H kullanılmaz. • Dört parçadan oluşur: Cookies, Share, Exchange, Auth Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Photuris paylaşım • Parçaları gönderme: • AB: (Ka)kB • BA: (Kb)kA • Parçaları birleştirme: • Kab=h(Ka,Kb) • Kimlik bildirimi eklenirse: • AB: (idA, Ka)kB • BA: (idB, Kb)kA Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Photuris: farklı modlar • Bu adımların farklı uygulamaları SKEME protokolünün değişik modlarını oluşturur. • Paylaşım yeterli mod(Share Only Mode) • Önceden paylaşımlı anahtar modu(Preshared Key Mode) • Hızlı anahtarlama modu (Fast Rekey Mode) Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

ISAKMP (Internet Security Association Key Management Protocol) • INFOSEC Computer Science ‘ın NSA Ofisi tarafından • herhangi bir internet ya da ulaşım katmanı protokolü üzerine uygulanabilir. • Diğerlerine göre çok daha esnektir. • Hiç bir anahtar paylaşım tekniği önceden belirlenmez. • İki taraf arasında bir Güvenlik Birliğinin kurulumuna yardımcı olacak tanımlamaları yapar. • Kimliklerin anonimliği sağlanamaz çünkü burada kimlikler ortak gizli anahtar oluşturulmadan önce bildirilir. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

OAKLEY • 1996’da University of Arizona’da geliştirilmiştir. • Photuris ve SKEME’ye benzer olarak burada da ortak gizli anahtarlarda PFS’yi sağlamak amacıyla Diffie Hellmann anahtar değişim protokolü kullanılır. • Temel farkı şifreleme, öz alma ve asıllamada kullanılan algoritmaların daha esnek bir biçimde seçilebilir olmasıdır. • Diğer fark ise çerez bölümündedir. Bu bölümde IP numarası belirlenirken oluşturulacak anahtara özgü bir anahtar numarası verilir. • Photuris’teki üç bölüm burada da korunur. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Sonuç • IPSP iki güvenlik duvarı arasında tünel yaratmak için kullanılabilir. • Bir başka kullanım alanı hareketli konaklar ile sabit ağın güvenlik duvarı arasında tünel oluşturmaktır. • IPSP ve IKMP VPN kurmaya olanak sağlar. Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Kaynaklar [1] http://www2.xerox.com/xsis/dms/xmsp.html [2] ftp://ftp.csua.berkeley.edu/pub/cypherpunks/swIPe/swipe.tar.Z [3] http://www.ietf.org/html.charters/ipsec-charter.html [4] http://www.ietf.org/html.charters/ipsp-charter.html [5] http://www.ifi.unizh.ch/~oppliger/Presentations/ InternetIntranetSecurity2e/index.htm [6] http://skip.incog.com Bilgisayar Ağlarında Güvenlik 2004

Internet Katmanı Güvenlik Protokolleri