資訊與網路安全技術：第 十二章 虛擬私有網路 - IPSec 上一頁  下一頁

 

12-11 IPSec 安全關聯

內容：

12-11-1 安全關聯的特性

『安全關聯』（Security Association, SA）是 IPSec 中重要的觀念。由前面所介紹的 AH 與 ESP 協定當中，可以發現所有通訊行為都必須依照雙方事先所協議的 SA 安全參數；到底 SA 是何種東西？相信是讀者最迫切想知道的答案。其實 SA 是資料庫（SAD）中的某一筆記錄，登錄所需的安全機制，譬如，安全協定（AH 或 ESP）、操作模式（傳輸或通道模式）、認證演算法（HMAC-MD5, …）、加密系統（DES-CBC, …）、或共享秘密金鑰等等。至於 SA 是如何建立的，將於下一章再介紹，在此先介紹 SA 的特性及相關參數，其特性歸納如下：

  • 單工性：每一筆 SA所描述的『通訊連線』都是單向的。也就是說，對於 IPSec 裝置而言，『外出』訊務與『進入』訊務都必須有獨立的安全關聯。

  • 重複使用：當某一筆 SA 建立之後，可在有效期間內重複被使用，所以每一筆 SA 都會限制有效期間。

  • 獨立通訊協定：每一筆 SA 僅能描述一種通訊協定(如AH 或 ESP 協定)。倘若通訊連線需要使用到兩種協定，則必須有兩筆 SA 分別描述之。

  • 安全關聯束（SA Bundle）：一條通訊連線可能需要一個以上的 SA 來描述其安全機制，因此，安全閘門（或安全主機）必須多次搜尋相關的安全關聯；而由多筆 SA 所構成的安全機制稱之為『安全關聯束』。

  • 唯一識別值：安全關聯的唯一識別值是由『安全參數索引』（Security Parameter Index, SPI）、IP 目的位址、以及安全協定（ESP 或 AH）等三者所構成，其中目的位址可以是單一位址、廣播位址、或群組位址。

  • 操作模式：SA 定義傳輸模式（Transport Mode）與通道模式（Tunnel Mode）等兩種操作模式，前者的 SA 主要應用於『主機對主機』（Host-to-Host）之間的安全通訊，後者則主要應用於『網路對網路』（Network-to- Network）之間的通訊。

12-11-2 安全關聯的功能

依照 IPSec 協定的特性，安全關聯（SA）提供有下列功能：

  • 『資料原始認證』（Data Origin Authentication）：透過 IPSec 協定可確認資料的來源位址，以避免接收到偽裝資料。譬如 AH SA 協定可認證資料的來源。

  • 『非連接完整性』（Connectionless Integrity）：倘若以原來 IP 封包方式傳輸，接收端無法確認資料是否已發生錯誤，或已遭他人竄改。IPSec 協定可利用『完整性檢查值』（ICV）來確認資料的完整性。AH SA 與 ESP SA 都具有此功能。

  • 『反重播攻擊』（Anti-Replay）：IPSec SA 利用封包內的『順序號碼』（Sequence Number），判斷該封包是否已接收過，如果是重複性封包，便將它拋棄。

  • 『隱密性』（Confidentiality）：ESP SA 協定提供有資料編碼的功能，傳輸中的資料可經由加密以達到資料隱密的功能。

  • 『部份訊務流量機密性』（Partial Traffic Flow Confidentiality）：如果通訊連線採用 ESP SA 協定、通道模式封裝、以及啟動資料隱密性功能時，真正的目的位址是包裝在內部標頭（Inner Header），並且內部標頭是經過加密處理的。在這種情況下，由網路上竊取此封包也很難知曉該封包的真正目的位址，如此便可達到目的主機訊務流量的隱密性。換句話說，也許目的主機是一個重要的伺服系統，它管理許多重要的資料（或資料庫），相對其訊務必定非常忙碌，ESP SA 協定便可以隱藏它的訊務流量，以減少此主機暴露的危機。

由以上的介紹，我們可以做簡單的結論：AH SA 協定主要是訴求來源資料認證；而 ESP SA 較著重於資料隱密性功能；但是AH 與 ESP 都具有資料完整性的功能。如果通訊連線需要資料來源認證與資料隱密性功能，則必須由 AH SA 與 ESP SA 兩個安全關聯來描述，亦即必須同時經過 AH 與 ESP 封裝包裝。

12-11-3 安全關聯的組合

IPSec 不僅有 AH 與 ESP 兩種協定，而且每一種協定又有兩種操作模式，因此IPSec 協定就有 AH 傳輸、AH 通道、ESP 傳輸、ESP 通道等四種運作模式，其中每一種運作模式都需要獨立的 SA 來制定其安全政策。至於一個通訊連線也許需要多個 SA 來描述其安全機制，這多筆 SA 就稱為『安全關聯束』（SA Bundle），不同環境需求，可能出現不同的組合方式，基本上可歸納為『傳輸串接』（Transport Adjacency）與『反覆通道』（Iterated Tunneling）兩種組合方式，以下分述之。

【（A）傳輸串接】

『傳輸串接』是針對同一個 IP 封包做多次傳輸模式的操作，其中並沒有實現通道模式。在這種模式下，通訊連線也許會經由多個 AH 與 ESP 協定的傳輸模式包裝，每一層次的包裝皆是針對一個特殊路徑。圖 12-20 (a) 為傳輸串接組合的範例，其外層的安全關聯是利用 AH Transport 包裝，而內層是 ESP Transport 包裝，如果由封包結構來看，就好像傳輸模式的封包標頭串接起來的樣子，如圖 12-20 (b) 所示。

圖 12-20 傳輸串接組合之範例

【（B）反覆通道】

『反覆通道』是利用多層次的 IPSec 通道（Tunneling）做安全防護，這種多層次是以巢狀包裝方式。也就是說，最外層包裝內層協定封包，下一層再包裝下一個內層的協定封包，依此類推，達成反覆的（Iterated）封包包裝。反覆通道的安全關聯模式有下列三種：

  • 雙方端點的安全關聯相同：表示通訊雙方安全關聯都在相同的端點上，如圖 12-21 (a) 所示。內部（Inner）與外部（Outer）的安全關聯都可以使用 AH 或 ESP 安全協定。圖 12-21 (b) 封包包裝範例是外部（SA 2）採用 AH Tunnel 協定，而內部安全關聯（SA 1）為 ESP Tunnel 協定，內部的安全協定被包裝在外部安全協定之內。

圖 12-21 反覆通道 SA 模式之一

  • 單一端的安全關聯相同：表示通訊雙方之中，一邊的安全關聯在同一端點上，而另一方不在同一端點上。以圖 12-22 為例，一邊的安全關聯是建立在主機 A 上，而另一方的安全關聯則是分別建立在安全閘門（SG 2）與主機 B 上，其中 SA 1 與 SA2 可分別採用 AH 或 ESP 協定。

圖 12-22反覆通道 SA 模式之二

  • 雙方端點的安全關聯不相同：表示通訊雙方的安全關聯都不是建立在同一端點上。這種模式是一般防火牆虛擬私有網路最常用的連結型態，其中外部或內部的安全關聯都可分別選用 AH 或 ESP 協定，但內部安全關聯則採用 ESP 協定似乎較為適當，如 12-22 所示。

圖 12-23 反覆通道 SA 模式之三

翻轉工作室：粘添壽

 

資訊與網路安全技術

 

 

翻轉電子書系列：