IPsec

In telecomunicazioni e informatica IPsec, abbreviazione di IP Security, è uno standard per reti a pacchetto che si prefigge di ottenere connessioni sicure su reti IP.

Tale sicurezza viene raggiunta attraverso l'aggiunta di funzionalità di autenticazione, cifratura e controllo di integrità dei pacchetti IP (datagrammi). La capacità di fornire protezione o sicurezza viene dunque fornita a livello di rete (diversamente da HTTPS, SSL/TLS), fatto che rende questo protocollo trasparente al livello delle applicazioni che quindi non devono essere modificate.

Scopo del progetto

IPsec è stato progettato per rendere sicure sia comunicazioni portal-to-portal sia comunicazioni end-to-end. Nella prima configurazione il traffico viene reso "sicuro" a diversi computer (in alcuni casi ad un'intera LAN); nella seconda solo i peer che stabiliscono la connessione scambiano pacchetti protetti.

Tuttavia l'uso predominante di IPsec è la creazione di reti private virtuali; per conseguire tale scopo possono essere utilizzati entrambi i metodi prima esposti.

Introduzione

IPsec è una collezione di protocolli formata da:

Protocolli che implementano lo scambio delle chiavi per realizzare il flusso crittografato.

Protocolli che forniscono autenticazione, integrità e riservatezza del flusso di dati.

Esiste un solo protocollo per lo scambio delle chiavi, il protocollo IKE.

IPsec è parte integrante di IPv6, mentre è opzionale in IPv4. Di conseguenza, ci si aspetta che sarà maggiormente utilizzato quando IPv6 acquisterà popolarità.

Il protocollo è definito negli RFC 2401-2412.

Dal 2004 sono in corso studi per l'aggiornamento dei protocolli.

Per quanto riguarda il secondo aspetto, esistono due protocolli: Authentication Header (AH) e Encapsulating Security Payload (ESP).

AH fornisce autenticazione e integrità del messaggio, ma non offre la riservatezza ed è il protocollo IP 51.

ESP fornisce invece autenticazione, riservatezza e controllo di integrità del messaggio ed è il protocollo IP 50. Per questi motivi ESP è molto più usato di AH.

Dettagli tecnici

IPsec supporta due modalità di funzionamento:

Transport mode

connessione host-to-host;

usato dagli end-point, non dai gateway;

in caso di cifratura, viene cifrato solo il payload dei datagrammi IP, non l'header;

computazionalmente leggero;

ogni host che vuole comunicare deve avere tutto il software necessario ad implementare IPsec;

si aggiunge solo l'header IPsec; gli indirizzi mittente e destinatario degli end-point sono rilevabili.

Tunnel mode

connessione gateway-to-gateway;

in caso di cifratura, viene cifrato tutto il pacchetto IP originale;

utilizzato per realizzare le VPN;

computazionalmente oneroso;

solo i gateway devono avere il software IPsec;

si hanno punti di centralizzazione, quindi single point of failure;

utilizza un doppio incapsulamento, ponendo come payload della comunicazione tra indirizzi gateway quanto si ottiene cifrando l'unione di indirizzi mittente e destinatario degli end-point col payload effettivo; adottando il protocollo Encapsulating Security Payload, gli indirizzi mittente e destinatario degli end-point non sono quindi più rilevabili (restano invece rilevabili adottando AH).

Le due modalità sono supportate sia da AH che da ESP.

IPsec può essere utilizzato anche per connessioni tra gateway e host.

Security Association e Security Policy

Il concetto di Security Association (in breve SA) è alla base del funzionamento di IPsec. Una SA è un "contratto" fra le due entità coinvolte nella comunicazione; in essa vengono stabiliti i meccanismi di protezione e le chiavi da utilizzare durante il successivo trasferimento dei dati. Nell'ambito di IPsec, stabilire le security association è compito del protocollo IKE, sebbene sia possibile anche impostarle manualmente; la procedura manuale è sconsigliata in quanto può introdurre errori che indeboliscono il tunnel.

Una peculiarità delle SA è che individuano una comunicazione unidirezionale; quindi durante la creazione della connessione le entità coinvolte creano e gestiscono una SA per ognuno dei versi della comunicazione, quindi 2 SA individuano un canale full-duplex. Al fine di semplificare la gestione delle SA, viene utilizzato un apposito database detto SAD (Security Association Database), dove viene tenuta traccia delle SA attive.

In particolare una SA è costituita dai seguenti parametri:

Gli indirizzi IP dei peer coinvolti nella comunicazione;

Il protocollo che verrà utilizzato per il tunnel (AH o ESP);

le tecniche di cifratura utilizzate e le relative chiavi;

Un intero a 32 bit chiamato SPI, acronimo per Security Parameter Index.

Dall'esame dei parametri di una SA si deducono quindi tutte le informazioni necessarie per stabilire le modalità in cui il traffico debba essere protetto; il passo successivo è definire quale traffico debba essere protetto: di questo si occupa la Security Policy (in breve SP). Una SP è una regola che stabilisce che tipo di traffico deve essere instradato nel tunnel e quindi essere coperto da IPsec; in modo analogo alle SA, le SP sono contenute in un SPD (Security Policy Database).

La security policy contiene:

Indirizzo sorgente e indirizzo destinazione del pacchetto. Tale informazione è già contenuta nella SA e quindi può sembrare ridondante. In realtà questa informazione ha senso quando viene utilizzato il Tunnel mode.

Il protocollo e la relativa porta da instradare nel tunnel. Questa opzione dipende dall'implementazione del protocollo e non è sempre contemplata; nel caso non sia disponibile, tutto il traffico prodotto viene veicolato nel tunnel.

Un identificativo della SA da utilizzare per processare i dati.

Una volta stabilita la security association e la security policy, può cominciare la comunicazione che sfrutterà il protocollo AH o il protocollo ESP cui verrà passato il parametro SPI, che permetterà di risalire alle tecniche crittografiche da utilizzare per la trasmissione.