Защита электронной почты. Защищенный обмен сообщениями

Транспортный режим.

Транспортный режим обеспечивает защиту прежде всего для протоколов высшего уровня. Это значит, что защита транспортного режима распространяется на полезный груз пакета IP. Примеры включают сегмент TCP  или UDP, или пакет протокола ICMP , которые размещаются непосредственно над IP в стеке главного протокола. Когда система использует заголовки АН или ESP над IPv4, полезным грузом являются данные, обычно размещаемые сразу после заголовка IP. Для IPv6 полезным грузом являются данные, обычно следующие после заголовка IP и всех имеющихся заголовков расширений IPv6, за возможным исключением заголовка параметров адресата, который тоже может подлежать защите.

ESP в транспортном режиме шифрует  и, если нужно, идентифицирует полезный груз IP, но не заголовок IP. АН в транспортном режиме идентифицирует полезный груз IP и некоторые части заголовка IP.

Туннельный режим.

Туннельный режим обеспечивает защиту всего пакета IP. После добавления к пакету IP полей АН или ESP весь пакет, вместе с полями защиты, рассматривается как полезный груз некоторого нового "внешнего" пакета IP с новым внешним заголовком IP. Весь оригинальный, или внутренний, пакет при этом пересылается через "туннель" от одной точки сети IP к другой, и ни один из маршрутизаторов на пути не может проверить внутренний заголовок IP. Ввиду того что оригинальный пакет инкапсулирован в новый, больший пакет может иметь совершенно другие адреса источника и адресата, что усиливает защиту. Туннельный режим используется тогда, когда один или оба конца защищенной связи являются шлюзами защиты, например брандмауэрами или маршрутизаторами, которые основаны на IPSec. При использовании туннельного режима системы в сетях за брандмауэрами могут осуществлять защищенный обмен данными без применения IPSec. Незащищенные пакеты, генерируемые такими системами, связываются по туннелям, проложенным через внешние сети с помощью туннельного режима защищенной связи, установленного программным обеспечением IPSec в брандмауэре или защищенном маршрутизаторе на границе локальной сети.

 

Функциональные возможности транспортного и туннельного режимов

Вид заголовка	Транспортный режим защищенной связи	Туннельный режим защищенной связи
АН	Идентифицирует полезный груз IP, а также отдельные части заголовка IP и заголовков расширений IPv6	Идентифицирует весь внутренний пакет IP (заголовок и полезный груз внутреннего пакета IP), а также отдельные части внешнего заголовка IP и внешних заголовков расширений IPv6
ESP	Шифрует полезный груз IP и все заголовки расширений IPv6, следующие за заголовком ESP	Шифрует внутренний пакет IP
ESP с аутентификацией	Шифрует полезный груз IP и все заголовки расширений IPv6, следующие за заголовком ESP. Идентифицирует полезный груз IP, но не заголовок IP	Шифрует внутренний пакет IP. Идентифицирует внутренний пакет IP

 

4. 2. Заголовок аутентификации (AH).

4. 2. 1. Структура заголовка.

Заголовок аутентификации (АН) обеспечивает поддержку целостности данных и аутентификации пакетов IP. Свойство целостности данных гарантирует невозможность незаметной модификации содержимого пакета в пути следования. Функция аутентификации дает возможность конечной системе или сетевому устройству идентифицировать пользователя или приложение и соответственно отфильтровать трафик, а также защититься от очень распространенных сегодня в Internet атак с подменой сетевых адресов. Заголовок АН также защищает от атак воспроизведения сообщений.

Заголовок аутентификации состоит из следующих полей

Следующий заголовок	Длина полезного груза	Зарезервировано
Индекс параметров защиты
Порядковый номер
Данные аутентификации (переменой длины)

Заголовок аутентификации IPSec.

• Следующий заголовок. Идентифицирует тип заголовка, следующего непосредственно за данным заголовком
• Длина полезного груза (8 битов). Длина заголовка аутентификации в 32-битовых словах, уменьшенная на 2.
• Зарезервировано (16 битов). Для будущего использования.
• Индекс параметров защиты (32 бита). Идентифицирует защищенную связь.
• Порядковый номер (32 бита). Значение счетчика, для сервиса защиты от воспроизведения
• Данные аутентификации (переменной длины). Поле переменной длины , содержащее MAC для данного пакета.

Атаки воспроизведения сообщений заключаются в том, что противник может получить экземпляр удостоверенного пакета и позже предъявить его предполагаемому адресату. Повторное получение одинаковых удостоверенных пакетов IP может каким-то образом нарушить сервис или иметь какие-то другие нежелательные последствия.

 

4. 2. 2. Использование AH в транспортном и туннельном режиме.

В этом подразделе мы рассмотрим область применения аутентификации, обеспечиваемой с помощью протокола АН, и размещение заголовка аутентификации в каждом из двух режимов. При этом случаи IPv4 и IPv6 несколько различаются.

 

 

Для транспортного режима АН с применением IPv4 данные АН размещаются непосредственно после оригинального заголовка IP и перед полезным грузом IP (например, сегментом TCP). Аутентификации подлежит весь пакет, за исключением изменяемых полей в заголовке IPv4, которые обнуляются для вычисления значения MAC.

Оригинальный заголовок IP	AH	TCP	Данные

В контексте IPv6 данные АН рассматриваются как полезный груз сквозной передачи; т.е. проверка и обработка этих данных промежуточными маршрутизаторами не предполагается. Поэтому данные АН размещаются после базового заголовка IPv6 и заголовков расширений транзита, маршрутизации и фрагментации. Заголовок расширения параметров адресации может размещаться до или после заголовка АН — в зависимости от требований семантики. Опять же, аутентификация предполагается для всего пакета, за исключением изменяемых полей, которые обнуляются для вычисления значения MAC.

Оригинальный заголовок IP	Транзит, адресация, маршрутизация, фрагментация	AH	Адресация	TCP	Данные

Для туннельного режима АН удостоверяется весь оригинальный пакет IP, a заголовок АН вставляется между оригинальным заголовком IP и новым внешним заголовком IP. Внутренний заголовок IP несет адреса оригинальных источника и адресата, в то время как внешний заголовок IP может содержать совершенно другие адреса IP (например, адреса брандмауэров или других шлюзов защиты).

В туннельном режиме весь внутренний пакет IP, включая весь внутренний заголовок IP, защищается средствами АН. Внешний заголовок IP (а в случае IPv6 и внешние заголовки расширений IP) защищается с исключением изменяемых и непрогнозируемых по значению полей.

Новый заголовок IP	AH	Оригинальный заголовок IP	TCP	Данные

IPv4

Новый заголовок IP	Заголовки расширений	AH	Оригинальный заголовок IP	Заголовки расширений	TCP	Данные

IPv6

 

4. 3. Протокол ESP.

4. 3. 1. Формат пакета ESP

Поля пакета ESP.

•   Индекс параметров защиты (32 бита). Идентифицирует защищенную связь.

•    Порядковый номер (32 бита). Значение счетчика, обеспечивающее функцию защиты от воспроизведения, как и в случае для АН.

•   Полезный груз (переменной длины). Это сегмент транспортного уровня (в транспортном режиме) или пакет IP (в туннельном режиме), который защищается шифрованием.

•   Заполнитель (0-255 байтов).

•   Длина заполнителя (8 битов). Указывает число байтов заполнителя, непосредственно предшествующего данному полю.

•   Следующий заголовок (8 битов). Идентифицирует тип данных, содержащихся в поле данных полезного груза, с помощью идентификации первого заголовка этого полезного груза (например, заголовка расширения IPv6 или протокола верхнего уровня, такого как TCP).

•   Данные аутентификации (переменной длины). Поле переменной длины , содержащее код ICV (Integrity Check Value — код контроля целостности), вычисляемый для всего пакета ESP без поля данных аутентификации.

 

 

 

Индекс параметров защиты
Порядковый номер
	Данные полезного груза
		Заполнитель (0-255 байт)
			Длина заполнителя	Следующий заголовок
Данные аутентификации (переменной длины)

 

Поле заполнителя предназначено для следующих целей.

•    Если алгоритм шифрования требует, чтобы длина открытого текста была кратна некоторому целому числу байтов (например, длине одного блока блочного шифра), поле заполнителя служит для того, чтобы дополнить открытый текст (складывающийся из полей полезного груза, заполнителя, длины заполнителя и следующего заголовка) до нужной длины.

•   Формат ESP требует, чтобы поля длины заполнителя и следующего заголовка были выровнены по правому краю в 32-битовом слове. Это эквивалентно требованию, чтобы шифрованный текст имел длину, кратную 32 битам. Поле заполнителя предназначено для того, чтобы осуществить такое выравнивание.

•   Дополнительное заполнение можно использовать тогда,  когда требуется обеспечить   частичную   конфиденциальность   для   транспортного   потока, чтобы скрыть истинную длину полезного груза.

 

4. 3. 2. Шифрование и алгоритмы аутентификации.

Сервис ESP предполагает шифрование полей полезного груза, заполнителя, длины заполнителя и следующего заголовка.

Имеющиеся на сегодня спецификации требуют, чтобы любая реализация поддерживала использование алгоритма DES в режиме СВС (режим сцепления шифрованных блоков. Другие алгоритм которые могут применяться для сервиса ESP:

•   "тройной" DES с тремя ключами,

•   RC5,

•   IDEA,

•   "тройной" IDEA с тремя ключами,

•   CAST,

•   Blowfish.

Как и АН, протокол ESP поддерживает использование значений MAC длиной по умолчанию 96 битов. Так же как и в случае с АН, имеющиеся сегодня спецификации требуют, чтобы любая реализация поддерживала схемы HMAC-MD5-96 и HMAC-SHA-1-96.

 

4. 3. 3. Транспортный режим ESP.

Транспортный режим ESP служит для шифрования и, если нужно, аутентификации данных, пересылаемых по протоколу IP (например, сегмента TCP). Для этого режима в случае с IPv4 заголовок ESP размещается в пакете IP непосредственно перед заголовком транспортного уровня (например, TCP, UDP, ICMP), а концевик (trailer) пакета ESP (содержащий поля заполнителя, длины заполнителя и следующего заголовка) размещается после пакета IP; если же используется функция аутентификации, то поле данных аутентификации ESP добавляется после концевика ESP. Весь сегмент транспортного уровня вместе с концевиком ESP шифруются. Аутентификация охватывает весь шифрованный текст и заголовок ESP.

Оригинальный заголовок IP	Заголовок ESP	TCP	Данные	Концевик ESP	Аутентификатор ESP

 

В контексте IPv6 данные ESP рассматриваются как предназначенный для сквозной пересылки полезный груз, не предполагающий проверку или обработку промежуточными маршрутизаторами. Поэтому заголовок ESP размещается после основного заголовка IPv6 и заголовков расширений транзита, маршрутизации и фрагментации. Заголовок расширения параметров адресата может быть помещен до или после заголовка ESP — в зависимости от требований семантики. В случае IPv6 шифрование охватывает весь сегмент транспортного уровня вместе с концевиком ESP, а также заголовок расширения параметров адресата, если этот заголовок размещается после заголовка ESP. Аутентификация предполагается для шифрованного текста и заголовка ESP.

 

Оригинальный заголовок IP	Транзит, адресация, маршрутизация, фрагментация	Заголовок ESP	адресация	TCP	Данные	Концевик ESP	Аутентификатор ESP