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

 

12-4 IPSec AH協定

內容：

 12-4-1 IPSec AH 協定簡介

『認證標頭』（Authentication Header, AH）是 IPSec 最基本的安全協定，它是針對 IP 封包標頭做安全認證，提供有『非連接導向的完整性』、『資料來源認證』、以及『反重播』等保護服務（12-6-1 節介紹）。另外 AH 並未對所承載的資料作任何保護，基本上，IP 封包在 Internet 網路上，乃經由路由器（或網路閘門）層層轉送才會到達目的地，每經過一個路由器轉送時，路由器便拆解該封包的標頭，根據標頭上所標示的目的位址，繼續往下一個路徑傳送；當然每一路由器都會重新包裝該封包，並製作新的封包標頭，所以有心人士非常容易去竄改封包標頭，或從事重播攻擊的行為。AH 的功能是對 IP 封包提供認證，確保遭受竄改的封包可以被偵測出來。

AH 使用密碼學的『訊息認證碼』（Message Authentication Code, MAC）來認證 IP 封包標頭。簡單的說，傳送端將 IP 封包標頭經過雜湊演算法得到一個訊息摘要（Message Digest, MD），再將此訊息摘要經過秘密金鑰加密，得到一個 MAC 碼，最後將此 MAC 碼（製作 AH 標頭）與 IP 封包一併傳送給接收端；接收端收到此封包後，以同樣的演算法與秘密金鑰產生另一個 MAC 碼。如果兩者 MAC 碼相同的話，表示封包未遭受竄改或偽造；否則需拋棄此封包。目前最常用的 MAC 演算法是 HMAC（Hash Message Authentication Code），主要原因是，它可以配合不同的雜湊演算法，譬如，MD5、SHA-1、RIPEMD-160 或 Tiger 等雜湊函數。另外加密時所需的秘密金鑰是在安全關聯（SA）裡所制定，在此暫時不去討論它如何產生。

12-4-2 AH 標頭格式

認證標頭（AH）是 IPSec AH 協定所產生的一個新認證標頭，主要功能是認證原封包標頭是否遭受竄改，並將它置放於原封包標頭的後面。AH 標頭包含五個固定長度的欄位和一個不定長度的認證資料欄位，如圖 12-7 所示，各欄位功能如下：

圖 12-7 認證標頭格式

  • 下一個標頭（Next Header, NH）：8 位元欄位。標示 AH 標頭後面緊接著的封包格式。各種通訊協定的編號是由 IANA（Internet Assigned Numbers Authority）所制定（RFC 1700），譬如，TCP 封包為 6；IP 包裝的 IP 封包是 4。如果後面緊接著 ESP 標頭，則為 50，而 AH 的編號是 51。

  • 承載長度（Payload Length）：8 位元欄位。表示整個 AH 標頭欄位的長度，計算方式是以 32 位元字組為單位，再除以 2，因為IPv6 封包標頭是以 64 位元字組為單位。

  • 保留（Reserved）：16 位元保留欄位。目前皆設定為 0，還未指定使用方式。

  • 安全參數索引（Security Parameter Index, SPI）：32 位元欄位。SPI 是通訊雙方事先協議完成的安全關聯（SA）索引值，它必須配合目的位址和安全協定（AH 或 ESP）來查詢相關安全參數。也就是說，由 SPI、目的位址、與安全協定等三個欄位值，作為索引並查詢相關的安全參數（12-6-4 節介紹），安全參數有協定操作模式（傳輸或通道模式）、加密演算法、加密鑰匙、以及使用期限等等。目前 1 ~ 255 的 SPI 值由 IANA 保留未來使用，0 為特殊用途，256 ~ 232-1 可以任意使用。

  • 序號（Sequence Number）：32 位元的無號整數值，是一個計數器的數值，主要防止重播攻擊（Replay Attack），容後再介紹。

  • 認證資料（Authentication Data）：不定長度的欄位。此欄位所存放的便是原來 IP 封包標頭的『完整性檢查值』（Integrity Check Value, ICV），即 IP 封包標頭經過 HMAC 運算後的值。如果是 IPv4 封包，則 ICV 的長度必須是 32 的整數倍，而 IPv6 必須是 64 的整數倍。AH 協定規定 IPSec 裝置至少必須提供 HMAC-MD5 與 HMAC-SHA-1 等兩個以上的 HMAC 演算法。

接下來，我們來討論 AH 協定如何利用『序號』防止重播攻擊。它是利用『滑動視窗』（Sliding Window）的運作方式，當 SA 被建立時，傳送者與接收者的序號計數器都必須清除為 0 開始，傳送者每發送一筆封包出去便將序號計數器加一（不一定是給某一個固定接收者）；接收者再利用滑動視窗法檢視哪一個序號的封包已經接收過，將所收到的封包號碼以環狀佇列排放，進入的封包序號依序填入佇列的前方（由前端指標指引），而佇列的後端表示已經回應過的序號（由後端指標指引）。在正常的情況下，接收端不斷接收與回應封包，前端指標與後端指標將會不停的滑動，因此稱之為滑動視窗法。當防止封包重播攻擊的功能啟動時，接收端收到封包後，將檢測封包序號是否小於後端指標所指引的數值，如果較小的話，表示該封包已回應過，可不予理會，如此便能避免重播攻擊。

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