IPSEC/IKE2 VPN, MikroTik RouterOS alapokon

Figyelem! Ez egyelőre csak egy vázlat! Még számos korrekcióra szorul.

Bevezetés

Ez a könyv eredetileg úgy indult, hogy szükségem volt két vállalati telephely biztonságos összeköttetésére. Az interneten sok helyen próbáltam megkeresni a megfelelő megoldást. A föllelhető információkból sok helytelennek/tévesnek bizonyult. Egy részük számomra első olvasásra érthetetlen volt. Egy idő után a sok összegyűjtött információból kezdett körvonalazódni az optimális megoldás. Mivel ez a munka sokáig tartott, ezért hatékonyság növelés céljából elkezdtem magamnak jegyzeteket írni. Vettem néhány router-t, pusztán tesztelési célból. Különféle konfigurációban összekötöttem őket. Ahogy telt az idő, egyre nehézkesebbé vált a tesztelés fizikai eszközökkel. Ekkor kezdtem el használni a GNS3 nevű hálózat szimulációs szoftvert. Ezzel virtuális hálózatokat lehet felépíteni, és ebben virtuális router-eket és számítógépeket elindítani. Ez nagyon felgyorsította a tesztelést és a saját kérdéseim megválaszolását. Munkám során sok esetben hiányos volt a tudásom, amit pótolnom kellett. Most sem gondolom azt, hogy mindent tudok a témában. Ugyanakkor úgy láttam, hogy ebben a témában még nem született olyan magyar nyelvű leírás, ami MikroTik/RouterOS eszközökre specializáltan, lépésről lépésre magyarázza el a lehetséges megoldásokat, valamit ismerteti a buktatókat. Ezért úgy döntöttem, hogy ebből egy cikket készítek. Egy olyan leírást akartam készíteni, ami tartalmaz némi elméletet. Így azok számára is érthető, akik valamennyire értenek a hálózatokhoz, de kezdők az IPSEC/ VPN témában. Egy példán keresztül a gyakorlatban is használható tudást akartam átadni. Csak remélem, hogy az ebbe fektetett munka nem vész kárba, és mások számára is hasznosak lesznek az alább leírtak.

A könyvben a következő feladatokra keresünk megoldást:

Telephelyek összekötése VPN alagúton

Egy képzeletbeli vállalat két telephelyén külön alhálózatokon vannak számítógépek és más eszközök. Azt szeretnénk elérni, hogy a két telephelyen levő eszközök korlátozás nélkül tudjanak egymással kommunikálni úgy, hogy az interneten titkosított, biztonságos csatornán közlekedjenek az adatok.

01_example_topology.png

Ezt később kiterjesztjük három- és még több telephely összekötésére.

Road warrior kliensek

A képzeletbeli vállalatunk utazó ügynökei egy szál laptoppal járják az utakat, látogatják az ügyfeleket stb. Számukra olyan hozzáférést szeretnénk biztosítani, ahol pusztán a laptop segítségével el tudják érni a vállalat összes telephelyét. A laptopot különféle (nem biztonságos) környezetben használják. Sok esetben más vállalatok tűzfalai mögül kell csatlakozniuk.

 

VPN típus és hardver kiválasztása

VPN típusok összehasonlítása

Fölmerülhet benned a kérdés, hogy miért pont IPSEC/IKEv2 protokollt kellene használnod? Sokféle VPN megoldás létezik. Ennek a leírásnak az elkészítésében sokat segített Nikita Tarikin előadásának megtekintése. Az általa előkészített ábrák nagyon kifejezőek. Az egyik ilyen ábra ami azt mutatja, hogy melyik VPN protokol milyen előnyökkel és hátrányokkal rendelkezik.

10_compare_vpn_types.png

Az látható, hogy a "biztonságos" és az "alacsony CPU igény" egymást kizáró dolgok. Ami biztonságos ahhoz erős CPU kell. Amihez nem kell erős CPU, az nem biztonságos. Ebből a dilemmából a kiutat az jelenti, hogy bizonyos eszközökben külön hardver van a titkosításra. Cél hardver alkalmazásával viszonylag alacsony költségen nagy teljesítményt lehet elérni. Erről alább még írok.

A táblázatot áttekintve elég egyértelműen látszódik, hogy ha az erős titkosítás és a megbízhatóság a célunk, és mindezt viszonylag nagy sebességgel szeretnénk elérni, akkor az IPSEC + IKEv2 a legjobb megoldás. Manapság nagyon elterjedt és favorizált az OpenVPN. A fenti táblázatban ez azért van lassúnak jelölve, mert a MikroTik/RouterOS OpenVPN megoldása nem mondható optimálisnak. Más rendszereken az OpenVPN egész gyors tud lenni, legalábbis ami az adatforgalmat illeti. (A csatlakozás sebessége ott is elég lassú.) Mivel mi itt MikroTik/RouterOS eszközökkel szeretnénk megoldani a kapcsolatot, ezért az OpenVPN-t nem tudjuk használni. Plusz az OpenVPN-ről tudni kell, hogy alapból layer 3 protokoll fölött, layer 4-ben van implementálva. Az IPSEC-hez képest egyel magasabb szinten van, és ebből fakad néhány hátránya.

Néhány további dolog ami a táblázatból nem látszódik:

Hardver kiválasztása

Ahogy föntebb említettem, nem mindegy hogy milyen eszközt használunk. Ilyen célra kizárólag olyan típust érdemes használni, amibe bele van építve a titkosítási algoritmusok hardveres támogatása. A specifikációk áttanulmányozása után bárki ki tudja választani a neki megfelelőt.

A MikroTik router-ek esetében erről van egy nagy táblázat itt: https://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:IP/IPsec#Hardware_acceleration

Íme néhány általam favorizált típus.

HAP AC2

mikrotik_hap_ac2.jpg

Az általam javasolt legkisebb/legolcsóbb MikroTik router a HAP AC2 típus. Ajánlott fogyasztói ára e cikk írásakor 69 USD. Ez nagyon alacsony ár a tudásához képest.

RB750Gr3

RB750Gr3.jpg

Ha nincsen szükség WiFi-re, vagy ha a Wifi-t külön eszközökkel szeretnéd megoldani, akkor esetleg szóba jöhet az RB750Gr3 is. CPU teljesítményben ez egy kicsit alulmarad a HAP AC2-höz képest, és várhatóan a HAP AC2 által alkalmazott arm architektúra a jövőben nagyobb támogatásra számíthat. (A memóriája több, de IPSEC site-to-site alagutazásnál ez nem igazán számít.) Minimálisan olcsóbb (59 USD). Én személy szerint akkor is inkább a HAP AC2-őt venném, ha a wifi részére nincsen szükségem.

HAP AC3

mikrotik_hap_ac3.jpg

A HAP AC3 típus pontosan ugyan azt az IPQ-4019 processzort használja mint a HAP AC2. Bár a memóriája több, de VPN kapcsolat kiépítéshez erre nincs szükség. Ha csak a VPN alagút kiépítését nézzük, akkor nem jobb mint a HAP AC2, viszont drágább (99 USD). A Wifi képességei sokkal jobbak 5Ghz-en a specifikáció szerint, de erről én inkább itt nem mondanék véleményt mivel sosem próbáltam.

A fenti eszközök megfelelő beállítás esetén akár 300-400Mbps sebességel képesek IPSEC titkosításra. (Az IPSEC teljesítményt a hivatalos honlapon a "test results" fülön lehet megtalálni.) Kis céges és otthoni felhasználásra azért érdemes MikroTik-et használni, mert ezt a teljesítményt ilyen konfigurálhatóság és felügyelet mellett más cég termékeivel nem nagyon lehet elérni. (Hasonló tudású Cisco termékek többszörösébe kerülnek. Bár az igaz hogy ott a támogatás is jobb.)

RB4011

mikrotik_rb4011.jpg

Ha ennél is nagyobb teljesítményre van szükség, akkor a RB4011 lehet jó megoldás. Ez nagyobb csomagméretnél 2Gbps IPSEC átvitelre képes, de még 512byte csomagméret esetén is kb. 800Mbps-t tud. Ennek van egy Wifi-vel ellátott változata is.

x86

Ha még ennél is nagyobb teljesítményre van szükséged, akkor sem kell lemondani a RouterOS-ről. A RouterOS elérhető x86 platformon. Egy gyors géppel és QSFP kártyákkal jóval nagyobb teljesítmény is elérhető. Bár az az igazság, hogy ha 1Gbp fölötti IPSEC teljesítményre van szükséged, akkor nem biztos, hogy ebből a cikkből kellene tájékozódnod, és akkor egyáltalán nem biztos, hogy a MikroTik lesz a megfelelő megoldás. :-)

 

IPSEC/IKE2 VPN elmélet

IPSEC/IKE2 VPN elmélet

Alapfogalmak

Most egy kis elméleti rész következik. Ahol lehet, ott be fogom írni hogy RouterOs-ben az adott rész beállításai melyik menüpont alatt érhetők el. Ezen felül gyakorlati, konkrét javaslatokat teszek az egyes beállításokra a mi konkrét példáinkra (két telephely folyamatos összeköttetése VPN alagúton, illetve road warrior setup).

Ez a protokoll több fő részre bontható:

Bár erről később még részletesen írok, de elöljáróban megemlítek két fogalmat. Ezek szükségesek ahhoz, hogy elkerüljük az előre hivatkozásokat, és úgy előre-hátra ugrálás nélkül lehessen olvasni ezt a cikket.

IPSEC Peer

Az IPSEC protokoll használatakor mindig van két kitüntetett csomópont. Az egyik a csomagok beágyazását (enkapszuláció) és titkosítását végzi. A másik a csomagok kicsomagolását (dekapszuláció), a titkosítás feloldását és az eredetiség vizsgálatot végzi. A gyakorlatban a kommunikáció kétirányú szokott lenni, ezért mindkét fél párhuzamosan végzi mindkét feladatot. Ezeknek a feleknek a neve ipsec peer. Fontos látni, hogy az enkapszulációt és dekapszulációt végző felek nem feltétlenül ugyan azok, mint akik a csomagokat eredetileg küldik vagy fogadják. A mi site-to-site példánkban az internet és a telephely (branch01 és office) határán álló router-ek a peer-ek, mivel ők végzik a csomagok be- és kicsomagolását. Ugyanakkor a csomagok feladói és címzettjei a telephelyen belül található gépek. A gyakorlatban előfordulhatnak olyan hálózati topológiák is, ahol a csomagok  olyan útvonalon utaznak, ahol az út egyes szakaszait IPSEC csomagokba ágyazva, egy másik részét normál módon teszik meg. Mi most csak a feladatleírásban szereplő problémára koncentrálunk.

RouterOS esetén az ehhez tartozó menüpont a /ip ipsec peer. Itt lehet megadni az IPSEC kommunikációhoz a távoli peer-eket. A helyi peer-t nem kell külön megadni, mert az maga a router.

IPSEC Policy

A másik fogalom az ipsec policy. Amikor egy csomagot továbbítani kell egy forrás címről egy cél címre, akkor a router elsősorban forgalomirányítási táblázatokat (routing table) használ annak megállapítására, hogy melyik csomagot melyik interface-en keresztül küldje ki. A csomagokat tűzfal szabályokkal tudjuk szűrni és manipulálni. A szűrés azt jelenti, hogy bizonyos csomagokat eldobunk ahelyett, hogy továbbítanánk őket. A manipuláció azt jelenti, hogy módosítjuk őket a továbbítás előtt. Ilyen manipuláció lehet például a forrás- vagy célcím megváltoztatása (srcnat és dstnat), a csomagok sorba állítása, várakoztatás és priorizálás stb. Bizonyos módosítások automatikusak, minden router a rajta áthaladó összes csomagot módosítja az IP protokoll szabályainak megfelelően. (Pl. TTL csökkentése) Az IPSEC protokoll a csomagok feldolgozását a fentiektől jól elkülöníthető rétegben végzi. A csomagok feldolgozása ebben a rétegben úgynevezett ipsec szabályok, szakszóval ipsec policy-k segítségével történik. Egy ilyen policy kicsit hasonlít egy tűzfal szabályra:

RouterOS esetében a policy-k az /ip ipsec policy menüpont alatt találhatók.

Enkapszuláció és dekapszuláció

A ki- és becsomagolási folyamatot jobban nyomon lehet követni ezen az ábrán:

11_packet_flow.png

Forrás: https://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:Packet_Flow

A három nagy szürke doboz balról jobbra sorrendben:

Látható, hogy a decapsulate? és encapsulate? döntést jelképzeő dobozok a switching és routing részeken kívül helyezkednek el. A kimenő csomagok közvetlenül a fizikai interfész elérése előtt érik el az encapsulate? dobozt. Tehát az enkapszuláció a switching és routing után történik. Ennek során az eredeti (enkapszulált) csomag "elhasználódik". Helyette egy új csomag jön létre, ami a local out belső processzben képződik, és innen keződik a feldolgozása. Hasonlóan, a dekapszulációról való döntés is a switching és routing után történik. Ha dekapszulációra van szükség, akkor ezt a local in belső RouterOS processz végzi el. Ennek hatására az eredeti IPSEC csomag "elhasználódik", helyette megjelenik az eredeti (dekapszulált) csomag a local out processz kimenetén. Ezután megkezdődik a feldolgozása. Az IPSEC csomag és a dekapszulált csomag is áteshet routing/switching műveleteken. Sőt, ha többszörös beágyazás van, akkor ezek többször is megismétlődhetnek. Ha például az internet kapcsolat PPPoE protokollt használ, és ezen keresztül érkezik be egy IPSEC csomag, akkor az eredeti csomagot két dekapszuláció után kapjuk meg.

Policy template és generált policy-k

A legegyszerűbb esetben mindkét peer-en kézzel adjuk meg a policy-kat. Tehát kézzel írjuk elő hogy mik azok a csomagok, amiket IPSEC csomagokba kell ágyazni, és biztonságosan továbbítani a másik peer-hez. Ezt a módszert akkor lehet használni, ha kevés számú, előre megismerhető peer-t használunk, és kevés számú policy-t. Van azonban egy másik módja is a policy-k előállításának, ez pedig a policy template ("szabály sablon") megadása. RouterOS-ben úgy tudunk ilyeneket létrehozni, hogy policy template attribútumát yes értékre állítjuk. RouterOS-ben ezek a policy-k úgy jelennek meg a /ip ipsec policy menü alatt, hogy egy T betű van a státusz oszlopban. Egyelőre ezekről elegendő tudni annyit, hogy a rendszer a policy template-ek alapján konkrét dinamikus policy-kat generál a kapcsolat létrehozásakor. Ezeket automatikusan kitörli akkor, amikor a kapcsolat befejeződik. Ezek működését égy másik cikkben (road warrior VPN) fogom elmagyarázni.

 

IPSEC/IKE2 VPN elmélet

IKE - a kulcs csere alapjai

Az IKE protokoll célja, hogy két egymással kommunikálni kívánó fél számára biztonságos módon meghatározzon olyan kriptografikus kulcsokat, amikkel a biztonságos kommunikáció elvégezhető. Az IKE protokoll nem csak a kulcsokat határozza meg, hanem a kulcsokhoz tartozó titkosítási algoritmusokat és egyéb olyan paramétereket is, amik szükségesek a kommunikáció lebonyolításához. Ezeket a dolgokat összefoglaló néven Security Association-nak vagy röviden SA-nak nevezzük. Egy SA mindig két konkrét félhez (peer) tartozik. Ha ez első olvasásra nem teljesen világos akkor gondolj úgy az SA-ra, mint egy olyan titkosító kulcsra ("jelszóra"), amit csak az egy mással kommunikáló felek ismernek. Fontos látni, hogy az IKE mindig két fél között egyezteti az algoritmusokat és a kulcsokat. Emiatt az SA-k mindig párban jönnek létre (a kommunikációs csatorna két oldalán.) Ennek hiányában az IPSEC kommunikáció nem lehetséges.

Az IKE protokoll egy démont (folyamatosan a háttérben futó programot) használ. Ez a démon az idő nagy részében nem csinál semmit, inaktív. Alapvetően kétféle módon lehet aktiválni:

Miután felébredtek, a két oldalon levő két démon elkezdi egyeztetni az algoritmusokat és a kulcsokat. Ezt UDP üzenetek segítségével valósítják meg. Az egyeztetés végeredménye (szerencsés esetben) az lesz, hogy mindkét félnél létrejön egy-egy SA, amivel már le lehet bonyolítani a kommunikációt. A kulcsok meghatározásához a Diffie-Hellman néven ismert kulcs csere algoritmust használják. Ez az algoritmus képes előállítani ugyan azt a titkos és véletlenszerű kulcsot a kommunikációs csatorna két oldalán úgy, hogy közben a csatornát potenciálisan figyelő többi fél nem képes hozzájutni ezekhez a kulcsokhoz (annak ellenére, hogy a kommunikáció nincs titkosítva). Az algoritmus rövid neve a továbbiakban DH algoritmus, vagy egyszerűen csak DH. A DH algoritmusnak több változata ismert, amelyek különböző bonyolultsági fokkal rendelkeznek. A magasabb bitszámot használó, erősebb titkosítást biztosító algoritmusok magától értetődően magasabb számítási igénnyel rendelkeznek. A különböző változatait a kulcs bitek számának megfelelően szokás csoportosítani. Ezek a csoportok az úgynevezett DH csoportok.

Az IKE démon az UDP/500 -as portot használja a kulcsok egyeztetésére. Ha szeretnél IPSEC/IKEv2 kommunikációt, akkor ezt a portot nyitva kell hagynod. Ez a kommunikáció normál UDP csomagokat használ, amelyek adattartalma nincs titkosítva vagy aláírva. (Ezen felül a 4500-as portot is ha NAT mögött van valamelyik fél, erről alább írok.)

Az IKEv2 protokoll az SA-t két fázisban hozza létre.

IKE első fázis

Az első fázisban a két fél megegyezik azokban az algoritmusokban, amiket használni fognak a kommunikációra a következő fázisban. Ezen felül meghatározásra kerül néhány olyan kulcs is, ami majd a második fázis összes kommunikációját védi. Ezeket a kulcsokat a fent említett DH algoritmussal határozzák meg. Ha gyakran és sok alagutat kell fölépíteni, akkor a DH algoritmus egy korlátozó tényező lehet (mivel számításigényes). Ebben az írásban az a célunk, hogy két fix címmel rendelkező router között permanens kapcsolatot alakítsunk ki. Itt nem lehet számítani nagy számú kapcsolat gyakori felépítésére, ezért érdemes magasabb (biztonságosabb) DH csoportot választani. A magas számítási igény miatt az első fázisban meghatározott kulcsok általában hosszú lejáratúak (több óra). Az első fázisban a sikeres egyeztetéshez a következőkben kell megegyezniük a feleknek:

Ezeket alább részletezem.

Authetikációs (azonosítási) módszer

A felek valamilyen módon igazolják azt, hogy tényleg azok, akinek mondják magukat. Ez a felek azonosítása, vagy szakszóval autentikáció. A legegyszerűbb esetben erre egy egymás között megosztott titkos kulcsot használnak. Egy egyszerű jelszó, angolul "pre shared key" vagy röviden PSK. Egy másik, nagyon elterjedt módszer az X.509 tanúsítványok használata. Ez utóbbit nehezebb beállítani, de jóval biztonságosabb. Ha nagy biztonságra törekedünk, akkor az előre megosztott kulcsok (PSK) használatát kerülni kell.

Keress rá arra hogy psk ike vulnerability és találni fogsz egy csomó cikket ami arról szól, hogy a PSK azonosítás mennyire sebezhető.

A PSK használata mégis indokolt lehet némely esetben:

Vannak egyéb más azonosítási módszerek is, erre most nem térek ki. Mi ebben az írásban alhálózatok összekötését akarjuk megvalósítani. Teljes telephelyek közötti mindenféle kommunikációt kívánunk titkosítani, ezért itt érdemes erősebb, tanúsítvány alapú azonosítást használni.

RouterOS-ben az azonosításhoz tartozó beállítások a /ip ipsec identity menüpont alatt találhatók. Ezen belül az auth-method attribútum határozza meg az azonosítási módszert.

DH csoport

Ez a már föntebb említett Diffie-Hellman algoritmus bonyolultsági fokát adja meg. A magasabb bitszámú algoritmus magasabb biztonságot ígér, de számításigényesebb.

Titkosítási algoritmus

Ez egy titkos kulcsú, szimmetrikus titkosítási algoritmus kiválasztását jelenti. Mi ebben a példában az AES256-CBC algoritmust választjuk, mert ez hardver támogatással rendelkezik, és elég biztonságos.

Kulcs csere algoritmus

Itt IKE2-őt választunk. (Akit érdekel az utánanézhet a többi típusnak, ez a cikk az IKEv2-ről szól.)

Hash algoritmus

Ez az algoritmus egy kriptografikus hasítófüggvény aminek az a legfontosabb jellemzője, hogy az invertálása túl nagy bonyolultságú ahhoz, hogy értelmes keretek között megvalósítható legyen. Mi ebben a példában az SHA2-256 algoritmust választjuk, mert ez hardver támogatással rendelkezik, és elég biztonságos. Ezt a hash algoritmust használjuk többek között a fent említett ellenőrző összegek számításához. Közvetve ez garantálja az enkapszulált csomagok integritását. (Az ellenőrző összeget általában nem direkt módon a hash függvény határozza meg, hanem az ebből származtatott MAC kód.)

Néhány szó a NAT-T-ről

Az IPSEC protokollhoz külön módszert kellett kidolgozni a NAT mögött levő végpontok elérésére. Az IKE protkoll első és második fázisát nem befolyásolja az, ha a peer-ek közötti útvonalon áthaladó csomagok NAT-on esnek át. Ez azért van, mert az alap IKE protokoll normál UDP csomagokat használ, és ezek forrás- és célcíme szabadon módosítható. Azonban az IPSEC által titkosított adatforgalomnál ez már problémát okoz.

Az egyik probléma a csomagok módosításával kapcsolatos:

A másik probléma azzal kapcsolatos, hogy a két fél közötti kommunikáció olyan útvonalon haladhat végig, amiben részt vesznek olyan router-ek, amik szintén futtatnak IKE démont és tartalmaznak IPSEC policy-ket. Ha egy ilyen router-re beérkezik egy IPSEC csomag, akkor a router esetleg elkezdheti feldolgozni (megpróbálja kicsomagolni). Valahogy el kell érni azt, hogy ezek a csomagok csak a cél csomóponton legyenek dekapszulálva.

Ezen problémák elkerülésére lefoglalták a 4500-as portot és kialakítottak egy plusz protokollt arra, hogy az IPSEC csomagok át tudjanak haladni NAT-olt hálózatokon. Az eredeti ESP=50 illetve AH=51 protokoll mezőt lecserélik UDP=17-re, és beszúrnak egy érvényes UDP header-t az IP header és az ESP/AH header közé, valamit módosítják a cél portszámot 4500-ra. Ezekkel a változtatásokkal ezek a csomagok normál UDP csomagként továbbíthatók. A hozzáadott extra UDP header miatt elvégezhető rajtuk a NAT anélkül, hogy az enkapszulált csomag integritása megsérülne.

ipsec_nat_t_tunnel_mode.png

Mivel ez a módosítás csökkenti a hasznos payload méretét (azonos MTU mellett), ezért ezt csak akkor szokás használni, ha arra lehet számítani hogy a felek között NAT történik. Ha a felek között biztosan nem történik NAT, akkor érdemes kikapcsolni ezt a funkciót, ezzel növelve az egy csomagban kiküldhető (hasznos) adat mennyiségét.

Bár ezek a problémák a kulcs csere (IKE) használatakor nem jelentkeznek, de mégis az IKE protokoll az, ami előre megegyezik abban, hogy a felek használjanak-e NAT-T módot vagy ne. Így amikor a csomagok enkapszulációja szükségessé válik, akkor a router már előre tudja, hogy el kell-e végezni a NAT-T csomag transzformációt.

Az algoritmusok egyeztetésének módja

RouterOS-ben (és általában más szoftverekben is) megadható több algoritmus. A két oldalon levő IKE démon a megadott lehetséges algoritmusok közül olyan választ, ami mindkét oldal számára megfelelő. Ezen belül a sorrend is lényeges - ha több lehetséges algoritmust adunk meg, akkor azoknak magasabb a prioritása, amelyeket előrébb sorolunk a listában.

RouterOS-ben az ehhez tartozó menüpont az /ip ipsec profile és az /ip ipsec proposal . A profile az első fázishoz tartozik, a proposal a második fázishoz.

Ha nem található olyan algoritmus amit mindkét fél megadott a listájában, akkor a kulcscsere nem hajtható végre, és az IPSEC kapcsolat nem hozható létre.

Az algoritmusok kiválasztásánál nem csak azt kell figyelembe venni, hogy mennyire biztonságos kapcsolatot szeretnénk. Figyelembe kell venni az elérhető számítási teljesítményt (ami az adatforgalom sebességétől is függ!), valamint a távoli peer lehetőségeit. Ha például megnézzük a Windows 10 kliensek lehetőségeit akkor azt látjuk, hogy a kettes fázisban kizárólag az SHA1 hasító függvényt támogatja. Így például ha azt szeretnénk hogy Windows 10 kliens tudjon csatlakozni, akkor kénytelenek leszünk engedélyezni az SHA1 hasító függvényt. (Megjegyzés: bár maga az SHA1 már rég nem tekinthető biztonságosnak, de az SHA1 alapú MAC kódok igen.)

A mi esetünkben site-to-site kapcsolatot akarunk kialakítani két MikroTik Router között, így előre ismerjük a peer-ek képességeit, és biztonságosnak mondott algoritmusokat tudunk használni.

IKE második fázis

A második fázisban a felek (peers) létrehoznak egy vagy több SA párt. Ezek lesznek később használva az IPSEC csomag enkapszulációhoz (titkosításra és MAC generálásra). Minden IKE démon által előállított SA-nak van egy maximális életkora (lifetime). Az életkor lehet megadva lejárati időben, maximális adatforgalomban, illetve lehet akár mindkettő is. Az életkor elérése után az SA nem használható tovább a kommunikációhoz, új SA-t kell kiépíteni.

Kétféle életkor létezik. egy "soft" és egy "hard". Amikor az SA eléri a "soft" életkort, akkor az IKE démon kap egy értesítést, és újra elkezdi futtatni a második fázist. Ennek az a célja, hogy az életkor végén a kommunikáció folytatásához szükséges "friss" SA azonnal rendelkezésre álljon. Így a kommunikáció nem lesz várakoztatva a kulcsok egyeztetése miatt (az IPSEC forgalomnak nem kell várakoznia az IKE-re).

A második fázisban a feleknek a következőkben kell megegyeznie:

Ezeket alább részletezem.

Mi az a transzport és alagút mód?

A csomagok enkapszulációja során az eredeti IP csomagnak van egy forrás- és egy célcíme. Transzport mód esetében a forrás- és célcím nem kerül beágyazásra. Ezt a módot akkor lehet jól használni, ha egy olyan biztonságos kapcsolatot akarunk kiépíteni, aminél a titkosítandó csomagok forrás- és célcíme ugyan az, mint a peer-ek címe. (A mi esetünkben ez azt jelenti, hogy az egyik router az eredeti csomag küldője, a másik az eredeti csomag végleges címzettje.)

Azokban az esetekben, amikor az eredeti csomagok feladója és/vagy címzettje nem egyezik meg az enkapszulációt/dekapszulációt végző peer-ekkel, alagút módot kell használni. A mi példa feladatunk ilyen! A kapcsolatot két alhálózat között kell megvalósítanunk. Az egyik alhálózatból induló csomagok valahol beérkeznek egy router-be, ami enkapszulálja őket. Ezután az adatok titkosított IPSEC csomagok belsejében haladnak tovább egy másik router-hez. Ez a másik router elvégi a dekapszulációt, és innentől kezdve a csomagok újra titkosítatlan módon haladnak tovább az eredeti célcím irányába. Tehát az eredeti csomagok forrás- és célcíme nem egyezik meg azoknak a router-eknek a címével, amelyek az enkapszulációt/dekapszulációt végzik. Egy ilyen típusú összeköttetés kialakításához a transzport mód nyilván nem használható, mivel az eredeti csomagok forrás- és célcímeit nem lehet használni az összeköttetés kialakításához. Az IPSEC csomag célba juttatásához az kell, hogy a célcíme a távoli peer címe legyen, és ez nem egyezik meg az eredeti címzettel. Az eredeti címek általában olyan belső/foglalt hálózati címek amikhez az interneten nem lehet útvonalat választani. Ugyanakkor az eredeti forrás- és célcímek megőrzése szükséges ahhoz, hogy kicsomagolás után a távoli alhálózaton belül továbbíthatóak legyenek az eredeti csomagok az eredeti (végleges) célcímre. Tehát az IPSEC csomagok forrás- és célcíme a peer-ek címeivel egyezik meg, de valahol el kell tárolni az eredeti forrás- és célcímet is. Tunnel módban pontosan ez történik. Az eredeti csomag teljes egészében, az eredeti forrás- és célcímekkel együtt enkapszulálásra kerül. Az új IPSEC csomag forrás és célcímei eltérhetnek az eredeti csomag forrás- és célcímeitől. Így az IPSEC csomag forrás- és célcíme olyan publikus címeket tartalmazhat, amikhez az interneten lehet útvonalat választani, a kicsomagolás után pedig újra elérhetőek lesznek azok a (belső privát) címek, ami alapján az útvonalválasztás a helyi/belső alhálózaton belül elvégezhető.

A tunnel mód bármikor használható a transzport mód helyett. Azonban fontos megjegyezni azt, hogy a tunnel mód további header-ek hozzáadását igényli, és így csökkenti az egy csomagban továbbítható hasznos adat (payload) maximális méretét, és fölösleges csomag fragmentációt okozat. Ezért ha biztosan nincs rá szükség, akkor ne használjunk tunnel módot.

IPSEC csomag formátumok: AH és ESP

Az AH csomag formátum arra alkalmas, hogy garantálja a küldő fél eredetiségét. (Azt, hogy valóban a másik fél küldte a csomagot.) Más szóval ezt a csomag integritásának nevezik. Az AH nem titkosítja az adatokat! Ez úgy működik, hogy az eredeti csomag egyes részeire kiszámítunk egy ellenőrző összeget. Az összeg kiszámításához felhasználjuk a választott hash algoritmust és az SA-ban található titkos kulcsot. Hogy a csomag mely részeiből számítjuk ki ezt az összeget, az függ attól is, hogy transzport vagy alagút módot használunk.

Bővebb infó: https://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:IP/IPsec#Authentication_Header_.28AH.29

Az ESP csomag formátum garantálja a csomagok integritását, és titkosítja a bennük levő adatokat. Teljesen más mezőket használ mint az AH. Ezeket a mezőket három csoportba lehet osztani:

ipsec_nat_t_tunnel_mode.png

Bővebb infó: https://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:IP/IPsec#Encapsulating_Security_Payload_.28ESP.29

Az AH használata akkor indokolt, ha az átvinni kívánt adatok nem titkosak (nyilvánosak) és csak annyi a célunk, hogy kívülálló/közbeékelődő támadók ne legyenek képesek más nevében adatokat küldeni. A mi példánkban a célok között szerepel az, hogy a két site közötti kommunikációt mások ne tudják lehallgatni. Emiatt ESP-t kell használunk.

Második fázis, azonosítás (autentikáció) módja

Itt pont ugyan azok igazak, mint az első fázisnál. (Az azonosítás módja az első és második fázisnál azonos.)

PFS (DH) csoport

Ennek megértéshez vissza kell térnünk az első fázishoz. Az első fázisban csak azokat a kezdeti kulcsokat határozzuk meg DH algoritmussal, amik a második fázis biztonságos lebonyolításához szükségesek. A második fázisban létrehozott kulcsok nem tartanak örökké. Ahogy azt korábban írtam, a második fázisban létrehozott SA-knak van egy soft és egy hard lifetime limit-je, és időnként meg kell őket újítani. A második fázisban létrehozott SA nem ugyanazokat a kulcsokat tartalmazza, mint amiket az első fázis használt. Minden második fázisban létrehozott SA saját, egyedi titkos kulcsokat tartalmaz, amik előre nem kitalálhatóak. Tehát valójában kétféle SA van: egy szülő SA ami az első fázishoz tartozik, és ehhez kapcsolódó további "gyermek" SA-k, amik a második fázishoz tartoznak. Az első fázis rendszerint egyszer játszódik le, ezért az ehhez tartozó kulcsot szokás állandó kulcsnak is nevezni. A második fázis sokszor lejátszódhat, mivel a kommunkikáció hosszú ideig eltarthat, és ezalatt többször szükség lehet a (korlátos életidővel rendelkező), második fázis által generált SA-k megújítására.

Ahogy korábban említettem, a DH algoritmus nagyon számításigényes. Ezért a második fázisban létrehozott SA-k titkos kulcsait alapesetben az első fázisban létrehozott SA kulcsaiból származtatják. Mivel az első fázisban DH algoritmussal létrehozott titkos kulcsok közvetlenül semminek a titkosítására nincsenek fölhasználva, ezért szinte semmi esély nincs arra, hogy ezt a kezdeti kulcsot bárki brute force módszerrel (a kommunikáció rögzítésével és annak próbálkozásos visszafejtésével) meghatározza. Ez a működés pfs-group=none beállításnak felel meg RouterOS-ben. Ennél a beállításnál a második fázis egyáltalán nem használ DH algoritmust. Emiatt gyors, kisebb CPU igényű. Mégis viszonylag biztonságos.

Előfordulhat azonban az, hogy az első fázisban meghatározott állandó kulcshoz valaki valamilyen más módon hozzáfér. Ha ez bekövetkezik, akkor az ebből származtott összes második fázisban használt kulcs meghatározása nagyon egyszerűvé válik. Mivel az első fázisban meghatározott kulcs nagyon hosszú ideig használatban lehet (nincs lejárata!), ezért az állandó kulcs feltörése után visszamenőleg megfejthetővé válik az összes kommunikáció, amit korábban a támdó rögzített. Ez különösen akkor veszélyes, ha az első fázis által meghatározott kulcsok megbízhatóan, leállás nélkül működő csomópontok között, határozatlan ideig kiépített alagút kiépítésére vannak használva. Ennek a problémának kivédésre szolgál a Perfect Forward Secrecy vagy röviden PFS. Ennek az a lényege, hogy a második fázishoz használt kulcsot nem az első fázisban meghatározott első kulcsból származtatjuk, hanem egy külön DH algoritmussal határozzuk meg. Ez csökkentheti az átviteli sebességet, és a válaszidőket is növelheti. Főleg akkor, ha a második fázis lejárati ideje rövid, és egyetlen eszközön párhuzamosan egyszerre sok VPN alagutat kell működtetni. Ugyanakkor ez a módszer garantálja azt, hogy a korábban rögzített kommunikáció ne legyen teljes egészében visszafejthető akkor, ha valaki megszerzi az első fázisban meghatározott állandó kulcsot. PFS group használata esetén minden IPSEC SA kulcsát egy külön DH algoritmus futtatással határozzuk meg, aminek semmi köze nincsen az IKE első fázisában használt állandó kulcshoz. Ha bármelyik kulcs feltörésre kerül (például brute force módszerrel), akkor csak a kommunikációnak azon része lesz hozzáférhető, aminek titkosításához a feltört/megtalált kulcsot használták.

Van itt erről egy jó kérdés: https://security.stackexchange.com/questions/196832/which-pfs-group-is-recommended-for-ipsec-configuration

Mi ebben a példában modp2048 beállítást fogunk használni az első és a második fázishoz is. Ez egy viszonylag erőforrás igényes beállítás. A választást azzal indokoljuk, hogy itt egy site-to-site kapcsolatról van szó. Egyetlen alagutat építünk ki két alhálózat összekötésére, és csak ezt az egy alagutat kell működtetnünk. Ezek a peer-ek megbízhatóan, hosszú időn keresztül működnek. A két alhálózatban levő gépek ugyan ezt az egy alagutat használják megosztva. Így a felépítendő SA-t száma alacsony, viszont az egy SA-n keresztül nagyobb adatmennyiség van lebonyolítva. Ez indokolja a magasabb PFS DH csoport használatát.

 

IPSEC/IKE2 VPN elmélet

MTU és fragmentáció

Amikor az eredeti IP csomagokat IPSEC csomagokba enkapszuláljuk, akkor természetesen az IPSEC csomagok mérete nagyobb lesz, mint az eredeti IP csomagok mérete. Hogy pontosan mennyivel nagyobb, azt ismét Nikita Tarikin előadásáról származó ábrával mutatom be. Az alábbi ábra egy rendes IP csomag illetve egy IPSec ESP csomag felépítését mutatja (tunnel módban):