Обеспечение конфиденциальности сетевого трафика

Протокол инкапсулирующей защиты содержимого (Encapsulating Security Payload, ESP, см. [34]) предоставляет три вида сервисов безопасности:

• обеспечение конфиденциальности (шифрование содержимого IP-пакетов, а также частичная защита от анализа трафика путем применения туннельного режима);
• обеспечение целостности IP-пакетов и аутентификации источника данных;
• обеспечение защиты от воспроизведения IP-пакетов.

Можно видеть, что функциональность ESP шире, чем у AH (добавляется шифрование); далее мы подробнее остановимся на взаимодействии этих протоколов. Здесь же отметим, что ESP не обязательно предоставляет все сервисы, но либо конфиденциальность, либо аутентификация должны быть задействованы. Формат заголовка ESP выглядит несколько необычно (см. Рис. 30). Причина в том, что это не столько заголовок, сколько обертка (инкапсулирующая оболочка) для зашифрованного содержимого. Например, поле Next Header нельзя выносить в начало, в незашифрованную часть, так как тогда оно лишится конфиденциальности.

Поля SPI, Sequence Number, Next Header и Authentication Data (присутствующее только при включенной аутентификации) имеют тот же смысл, что и для AH. Правда, ESP аутентифицирует лишь зашифрованную часть пакета (плюс два первых поля заголовка).

Применение протокола ESP к исходящим пакетам можно представлять себе следующим образом. Назовем остатком пакета ту его часть, которая помещается после предполагаемого места вставки заголовка ESP (см. Рис. 31). При этом не важно, какой режим используется — транспортный или туннельный. Шаги протокола таковы:

• остаток пакета копируется в буфер;
• к остатку приписываются дополняющие байты, их число и номер (тип) первого заголовка остатка, так чтобы номер был прижат к границе 32-битного слова, а размер буфера удовлетворял требованиям алгоритма шифрования;
• текущее содержимое буфера шифруется;
• в начало буфера приписываются поля SPI и Sequence Number с соответствующими значениями;
• пополненное содержимое буфера аутентифицируется, в его конец помещается поле Authentication Data;
• в новый пакет переписываются начальные заголовки старого пакета и конечное содержимое буфера (см. Рис. 31).

Таким образом, если в ESP включены и шифрование, и аутентификация, то аутентифицируется зашифрованный пакет. Для входящих пакетов действия выполняются в обратном порядке, то есть сначала производится аутентификация. Это позволяет не тратить ресурсы на расшифровку поддельных пакетов, что в какой-то степени защищает от атак на доступность.

Два защитных протокола — AH и ESP — могут комбинироваться разными способами. Если используется транспортный режим, то AH должен применяться после ESP (аналогично тому, как в рамках ESP аутентификация идет следом за шифрованием). В туннельном режиме AH и ESP применяются, строго говоря, к разным (вложенным) пакетам, так что число возможных комбинаций здесь больше (хотя бы потому, что возможна многократная вложенность туннелей с различными начальными и/или конечными точками).

Пусть, например, два хоста, H1 и H2, общаются через защитные шлюзы SG1 и SG2 (см. Рис. 32). Пусть, далее, хосты поддерживают взаимную аутентификацию в транспортном режиме, а защитные шлюзы реализуют и аутентификацию, и шифрование в туннельном режиме (как того требует реализация виртуальной частной сети). Тогда структуру IP-пакетов на отрезке между шлюзами можно представить в виде, показанном на Рис. 33.

К сожалению для нас, российских разработчиков и пользователей, проект [34] предписывает обязательную поддержку алгоритма шифрования DES-CBC (Data Encryption Standard in Cipher Block Chaining mode, см. [35]). Конечно, какой-то обязательный алгоритм нужен, причем алгоритм с высокой криптостойкостью, но как на законных основаниях импортировать реализации IPsec или разрабатывать их?

Совокупность механизмов, предлагаемая в рамках IPsec, является весьма мощной и гибкой. IPsec — это основа, на которой может строиться реализация виртуальных частных сетей, обеспечиваться защищенное взаимодействие мобильных систем с корпоративной сетью, защита прикладных потоков данных и т.п. Дело за тем, чтобы поддержать IPsec на законодательном и программно-техническом уровнях.К