Что такое защищенный канал и для чего он применяется?

Интернет - это глобальная сеть, насчитывающая тысячи компьютеров, разбросанных по всему миру. Когда два компьютера взаимодействуют между собой, весь трафик от источника до пункта назначения проходит через множество других устройств (маршрутизаторов, коммутаторов и т.д.). Эти сетевые устройства администрируют посторонние организации, и никто не может поручиться за их честность (в большинстве случаев невозможно узнать заранее, по какому пути пойдут пакеты к пункту назначения).

На любом из хостов, встречающихся на пути пакетов, можно просмотреть их содержимое и/или изменить что-либо в них. Все это создает серьезные проблемы, тем более существенные, чем выше уровень значимости или конфиденциальности передаваемых данных.

Для решения этоих проблем и применяются защищенные информационные каналы. Их можно представить себе как некий туннель. Информация помещается с одной стороны туннеля и прочесть ее можно только с другой стороны.

На самом деле, передаваемая информация модифицируется таким образом, чтобы их невозможно было изменить (аутентификация) или просмотреть (криптография) на пути их следования. При совместном применении этих двух механизмов обеспечивается как сокрытие информации, так и невозможность ее подмены на всем пути ее следования.

Что такое криптография?

Базовыми понятиями в криптографии являются ключ и математический алгоритм. Используя этот алгоритм и ключ, информация модифицируется. Способ, которым это делается, гарантирует возможность обратного преобразования данных к первоначальной форме только при условии, что известны алгоритм и ключ.

Если один из этих компонентов держится в секрете (как правило, ключ), то просмотреть данные постороннему человеку невозможно.

Что такое аутентификация ?

В аутентификации основными понятиями также являются ключ и математический алгоритм, основанный на хэш-функции. В отличие от криптографии, этот алгоритм используется не для шифрования данных, а для созданию электронной подписи. Подпись формируется таким образом, что вычислить ее, не зная алгоритм и ключ невозможно

Созданная таким образом электронная подпись передается вместе с данными в пункт назначения. Если данные в процессе передачи подверглись изменениям, это сразу же обнаружится: в хосте назначения будет вычислена электронная подпись от полученных данных и после сравнения с полученной подписью подмена будет обнаружена.

Операция по вычислению подписи выполняется очень быстро по сравнению с шифрованием. Тем не менее, она не может защитить данные от чтения. Поэтому ее следует применять, если важна надежность доставки, а не конфиденциальность. Для обеспечения обеих характеристик аутентификация используется совместно с криптографией.

Типы аутентификации и алгоритмы шифрования

В настоящее время существуют различные алгоритмы аутентификации и шифрования. В этом разделе будут рассмотрены только те из них, которые поддерживаются межсетевым экраном Aker.

Одним из параметров оценки прочности алгоритма является размер ключа. Чем большее количество бит содержится в ключе, тем больше можно составить всевозможных комбинаций, и тем сильнее, теоретически, данный алгоритм должен противостоять атакам.

Алгоритмы аутентификации:

• MD5

• SHA

Алгоритмы шифрования:

• DES

• Triple DES или 3DES

Алгоритмы обмена ключами

Одной из серьезных проблем при образовании защищенного канала является определение ключей аутентификации и шифрования и выполнение периодических замен этих ключей.

Чтобы снизить риск взлома ключей злоумышленником и уменьшить нанесенный ущерб в случае взлома одного из них, важно проводить периодические замены ключей; предположим, что спустя шесть месяцев после установки ключей злоумышленнику удалось взломать ключи алгоритма шифрования (выбранная ситуация гипотетическая и ничего общего не имеет с реальной ). Если компания продолжает пользоваться теми же ключами,скажем, в течение года, то злоумышленник может расшифровать весь трафик компании за последние 6 месяцев. С другой стороны, если ключи менять ежедневно, тот же нарушитель, расшифровав после шестимесячной работы по взлому трафик первого дня, будет вынужден еще поработать шесть месяцев над расшифровкой трафика второго дня и т.д.

Межсетевой экран Aker предоставляет два способа обмена ключами: ручной обмен и с помощью SKIP:

• Ручной обмен ключами

• Замена ключей с помощью SKIP

1. Общий секрет для всех взаимодействующих хостов
2. Мастер ключ, который вычисляется заново каждый час на основе секрета.
3. Случайный ключ, который можно вычислить заново в случае необходимости

Опишем сценарий в общих чертах: для установления связи генерируется случайный ключ и он используется для зашифрования и аутентификации посылаемых данных. Затем этот ключ шифруется на мастер ключе и отсылается вместе с зашифрованными данными. Когда принимающая сторона получает пакет, она расшифровывает ключ с помощью мастер ключа и использует его для расшифровки остального пакета.

Поскольку алгоритмы, используемые для аутентификации, шифрования пакета и ключа определяются отправителем и передаются как часть протокола, получателю нет нужды настраивать эти параметры в приемнике.

Основным преимуществом SKIP является возможность использовнияя одного и того же секрета годами, не боясь его взлома нарушителем (поскольку замена ключа производится с интервалом от нескольких секунд до максимального значения в один час, в зависимости от трафика между взаимодействующими сетями).

Настоятельно рекомендуется пользоваться этой опцией при конфигурировании защищенных каналов.

Определение защищенных каналов

Для определения защищенного канала сначала надо выбрать две группы хостов, которые будут обмениваться информацией защищенным образом. Эти группы хостов будут обмениваться подписанными и при необходимости зашифрованными пакетами. На каждом конце канала нужно установить межсетевые экраны, которые будут осуществлять аутентификацию/верификацию и шифрование/дешифрование передаваемых данных.

Для определения групп хостов используется концепция объектов, рассмотренная в главе 5 Регистрация объектов. При определении канала можно пользоваться обектами типа "хост", "сеть" или "набор".

Кроме объектов, необходимо определить алгоритм аутентификации, и в случае необходимости, криптографический алгоритм. Ключи аутентификации и шифрования завершают перечень параметров, необходимых для описания канала.

Межсетевой экран Aker поддерживает несколько одновременно защищенных каналов между различными точками. На межсетевом экране содержится список, каждый элемент которого полностью определяет параметры защищенного канала. Этот элемент называется Security Association или SA.

Планирование защищенных каналов должно проводиться очень тщательно. Использование криптографии отнимает много вычислительных ресурсов. Поэтому шифрование пакетов, если это не диктуется интересами безопасности, представляется напрасной тратой ресурсов. Более того, разные алгоритмы шифрования требуют различного объема обработки, и обеспечивают различные уровни безопасности. Каждый алгоритм следует выбирать в зависимости от необходимого уровня безопасности (выше было дано описание всех алгоритмов, поддерживаемых межсетевым экраном Aker).

Последнее замечание по поводу защищенных каналов касается их одностороннего характера, т.е. если вы хотите настроить защищенную связь между двумя сетями А и В, то должны настроить два разных канала: канал с источником в сети А и пунктом назначения в сети В и другой канал с источником в сети В и пунктом назначения в сети А. Пакеты, посланные из А в В будут использовать настройки первого канала, а пакеты, посланные из В в А - второго. Это свойство подробнее будет проиллюстрировано в приведенных ниже примерах:

Примеры использования защищенных каналов

Главный пример настройки защищенного канала.

В этом примере рассматривается, как описать защищенный канал связи между двумя сетями, взаимодействующими через Интернет, используя два межсетевых экрана Aker. Канал обеспечивает защиту всего трафика между этими двумя сетями. В качестве алгоритма аутентификации выбран MD5, а в качестве алгоритма шифрования - DES.

При использовании шифрования обязательно должна использоваться аутентификация. Это вызвано тем, что без применения аутентификации к зашифрованым сообщениям могут быть проведены атаки с модификацией текста.

• Конфигурация межсетевого экрана Aker сети 1

  Объекты:

  NETWORK1 - IP адрес: A1.B1.C1.0 - Cетевая маска 255.255.255.0
  NETWORK2 - IP адрес: A2.B2.C2.0 - Cетевая маска 255.255.255.0

  Защищенный канал 1:

  Направление канала: отправка
  Источник: NETWORK1
  Назначение: NETWORK2
  Алгоритм шифрования: DES
  Алгоритм аутентификации: MD5
  Ключ аутентификации: X1
  Ключ шифрования: X2

  Защищенный канал 2:

  Направление канала: прием
  Источник: NETWORK2
  Назначение: NETWORK1
  Алгоритм шифрования: DES
  Алгоритм аутентификации: MD5
  Ключ аутентификации: X3
  Ключ шифрования: X4

  Конфигурация межсетевого экрана Aker сети 2

  Объекты:

  NETWORK1 - IP адрес: A1.B1.C1.0 - Сетевая маска 255.255.255.0
  NETWORK2 - IP адрес: A2.B2.C2.0 - Сетевая маска 255.255.255.0

  Защищенный канал 1:

  Направление канала: прием
  Источник: NETWORK1
  Назначение: NETWORK2
  Алгоритм шифрования: DES
  Алгоритм аутентификации: MD5
  Ключ аутентификации: X3
  Ключ шифрования: X4

  Защищенный канал 2:

  Направление канала: отправка
  Источник: NETWORK2
  Назначение: NETWORK1
  Алгоритм шифрования: DES
  Алгоритм аутентификации: MD5
  Ключ аутентификации: X1
  Ключ шифрования: X2

  Обратите внимание на то, что правило 1 для межсетевого экрана Aker 1 в точности совпадает с правилом 1 для межсетевого экрана Aker 2, за исключением пункта, связанного с направлением. То же касается и правила 2.

Пример конфигурации защищенного канала для подсети

В этом примере определим защищенный канал только для группы хостов в каждой из двух сетей. Кроме того, установим различные алгоритмы для каналов между этими группами.

Использование различных алгоритмов для двух направлений защищенного канала может оказаться полезным в том случае, когда ценность информации в одном направлении больше, чем в другом. В этом случае более защищенный алгоритм применяется в наиболее критическом направлении.

Предположим еще, что сети 1 и 2 содержат два адреса класса В: А1.В1.0.0 и А2.В2.0.0, соответственно.

• Конфигурация межсетевого экрана Aker сети 1

8-2 Использование графического интерфейса пользователя

Чтобы получить доступ к окну настройки защищенных каналов, необходимо выполнить следующие действия:

• Выбрать пункт Настройка в главном меню
• Выбрать опцию Защищенные каналы

Окно настройки защищенных каналов

Окно содержит параметры конфигурации всех защищенных каналов межсетевого экрана Aker. Каждый канал будет показан на дисплее на отдельной строке, состоящей из нескольких клеток. При выделении одного из каналов строка будет окрашена в другой цвет.

• Клавиша Да обновляет параметры каналов и немедленно активизирует каналы.
• Клавиша Отменить отбрасывает все сделанные модификации и окно закрывается.
• Клавиша Помощь показывает окно помощи по этому разделу
• Если установлена опция Показать все объекты, на строке будут показаны все составляющие в объекте источника и назначения данного канала, в противном случае будут показаны только первые два

• Полоска прокрутки с правой стороны полезна для просмотра каналов, параметры которых не поместились в окне.
• Если Вы выделите канал, у которого есть записи в поле комментариев, то последние будут показаны в нижней части окна.

Для выполнения любого действия с параметрами канала, необходимо нажать на нем правой клавишей мыши. Появится следующее меню (Это меню появляется всегда при нажатии на правую клавишу мыши, даже если канал не выделен. В этом случае будут доступны только опции Добавить и Вставить).

• Добавить: Эта опция позволяет включить в список новый канал. Если выделен какой-либо канал, новый канал будет вставлен в позицию выделенного канала. Если же канал не выделен, новый канал будет включаться в конец списка.
• Удалить: Эта опция удаляет выделенный канал из списка.
• Редактировать: Эта опция открывает окно редактирования выделенного канала.
• Копировать: Эта опция копирует выделенный канал в буфер.
• Вырезать: Эта опция удаляет выделенный канал из списка и копирует его в буфер.
• Вставить: Эта опция копирует канал из буфера в список. Если канал выделен, то новый канал будет помещен в позицию выделенного канала. В противном случае он будет помещен в конец списка.
• Отменить выделение: Эта опция отменяет выделение канала и снова показывает меню. Это очень полезно при наличии большого числа каналов, и служит для включения или вклейки канала в конец списка.

При добавлении или редактировании каналов появится окно свойств, описание которого приведено ниже:

Использование ручного механизма обмена ключами

Для использования ручного обмена ключами необходимо выделить опцию Ручной в поле Обмен ключами. Это приведет к изменению окна, на котором появятся необходимые поля для настройки параметров:

Аутентификация

Аутентификация с шифрованием, использующим DES

Аутентификация с шифрованием, использующим Triple DES (3DES)

Использование SKIP для обмена ключей

Для использования SKIP для обмена ключами нужно выделить опцию SKIP в поле Обмен ключами. Окно изменится и в нем появятся необходимые поля.

В протоколе SKIP вся информация, связанная с алгоритмами аутентификации и шифрования, конфигурируется только в хосте, посылающем пакеты. В хосте, который принимает пакеты, необходимо лишь описать объекты источника и назначения и общий секрет.

В обоих случаях появится следующее окно (при настройках на хосте приемнике ненужные поля будут недоступны):

Кроме этих полей, существуют две кнопки, облегчающие настройку секрета в обоих межсетевых экранах, отвечающего за шифрование и дешифрование в защищенном потоке:

При нажатии какой-либо из этих кнопок появляется окно, позволяющее выбрать имя файла, в котором следует сохранить или считать секрет.

Использование интерфейса командной строки для настройки правил криптографии/аутентификации затрудняется большим числом параметров, которые используются в интерфейсе командной строки.

Этот интерфейс обладает теми же возможностями, что и графический интерфейс, за исключением того, что он не позволяет описывать комментарии или указывать больше одного объекта для источника или назначения.

fwcripto [show | help]
fwcripto remove <pos>
fwcripto add <pos> <source> <destination> [send | receive]
         manual <spi> [MD5 | SHA] <authentication key> NONE
fwcripto add <pos> <source> <destination> [send | receive]
         manual <spi> [MD5 | SHA] <authentication key>
         DES <iv size> <encryption key>
fwcripto add <pos> <source> <destination> [send | receive]
         manual <spi> [MD5 | SHA] <authentication key>
         3DES <iv size> <key1> <key2> <key3>
fwcripto add <pos> <source> <destination> send
         skip [DES | 3DES] [MD5 | SHA] [NONE | DES | 3DES] <secret>
fwcripto add <pos> <source> <destination> receive
         skip <secret>

Aker Firewall - Version 3.01
fwcripto - настройка параметров аутентификации/шифрования
Usage: fwcripto [show | help]
       fwcripto remove <pos>
       fwcripto add <pos> <source> <destination> [send | receive]
                manual <spi> [MD5 | SHA] <authentication key> NONE
       fwcripto add <pos> <source> <destination> [send | receive]
                manual <spi> [MD5 | SHA] <authentication key>
                DES <iv size> <encryption key>
       fwcripto add <pos> <source> <destination> [send | receive]
                manual <spi> [MD5 | SHA] <authentication key>
                3DES <iv size> <key1> <key2> <key3>
       fwcripto add <pos> <source> <destination> send
                skip [DES | 3DES] [MD5 | SHA] [NONE | DES | 3DES] <secret>
       fwcripto add <pos> <source> <destination> receive
                skip <secret>

       show    = показывает все объекты в таблице каналов
       add     = добавляет новый элемент в таблицу
       remove  = удаляет существующий элемент из таблицы
       help    = показывает данное сообщение

   Для команды Add:
       pos     = позиция, куда будет включен новый элемент  
                 (она может быть целым положительным числом или словом END,  
                  если новый элемент добавляется в конец таблицы)
       send    = этот элемент будет использоваться при посылке пакетов
       receive = этот элемент будет использоваться при приеме пакетов
       skip    = использует  SKIP в качестве протокола обмена ключей
       manual  = использует ручной обмен ключей
       spi     = Security Parameter Index
                 (Это целое число, которое служит для описания защищенного 
                 соединения между хостами источника и  назначения.
                  Это число должно быть больше 255)
       MD5     = использует MD5 для аутентификации
       SHA     = uses the SHA-1 as the authentication algorithm
       DES     = использует DES для шифрования
       3DES    = использует 3DES для шифрования
       NONE    = Не использует шифрование, только аутентификацию
                 (для SKIP первый выделенный алгоритм соответствует
                  соответствует алгоритму шифрования ключа, а второй 
                  шифрованию пакета)
       iv_size = размер в битах вектора инициализации для DES или 3DES
                 Значение должно быть равным 32 или 64.
        
Ключ аутентификации, ключ(и) шифрования и общий секрет для SKIP должны вводиться
                  в шестнадцатиричном формате Для 3DES должны быть введены 3 ключа, 
                 разделенные пробелами.

Для команды удаления:
       pos     = позиция удаляемого элемента
                 (позиция в таблице показана в левой колонке
                  при просмотре командой "смотреть")

Entry 01:
--------
Source       : NETWORK1
Destination  : AKER
Direction    : Receive  Keys: SKIP
Secret       : 5ab53faefc7c9845acbe223148065dabe3279819ab01c39654effacbef087022

Entry 02:
--------
Source       : AKER
Destination  : NETWORK1
Direction    : Send     Keys: SKIP            Algorithms: 3DES MD5 DES
Secret       : 5ab53faefc7c9845acbe223148065dabe3279819ab01c39654effacbef087021

Entry 03:
--------
Source       : Internal Network
Destination  : External Network 1
Direction    : Send     Keys: Manual          Algorithms: SHA DES
SPI          : 999      Authentication: 0c234da5677ab5
Encryption   : 9a34ac7890ab67ef                                     IV: 64 bits

Entry 04:
--------
Source       : External Network 1
Destination  : Internal Network
Direction    : Receive  Keys: Manual           Algorithms: SHA DES
SPI          : 999      Authentication: 0c234da5677ab5
Encryption   : 9a3456ac90ab67ef                                     IV: 64 bits

#/etc/firewall/fwcripto remove 3
Entry 3 removed

#/etc/firewall/fwcripto add end NETWORK1 NETWORK2 send manual 7436
   MD5 c234da5677ab5 DES 64 4234ad70cba32c6ef
Entry added at position 3

#/etc/firewall/fwcripto add 1 NETWORK1 NETWORK2 send skip 3DES SHA DES
   5ab53faefc7c9845acbe223148065dabe3279819ab01c39654effacbef087022
Entry added at position 1