Olaf Jacobi. Leiter Internet Sales & Marketing. IBH Prof. Dr. Horn GmbH Gostritzer Str Dresden jacobi@ibh.

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1 Olaf Jacobi Leiter Internet Sales & Marketing IBH Prof. Dr. Horn GmbH Gostritzer Str Dresden

2 Inhaltsverzeichnis Sicherheit und Kosteneffizienz mit VPN Historisches Wachstum LAN & WAN Verbindungen mit der Internet-Wolke VPN-Verbindungsarten und Merkmale Grundlegende Sicherheitsaspekte Kryptografische Grundlagen Realisierung verschlüsselter Verbindungen 2

3 Infrastrukturen 1 Firmeninterne LANs Seit langem verbreitet, insbesondere basierend NetBIOS und Novell IP hat sich in den letzten Jahren durchgesetzt Firmenzentrale Filialstandort A Si Si WAN WAN (= ISDN-Wählverbindung) (= Leased Line) 3

4 Klassische WANs Vorteile: Infrastrukturen 2 Anmietung der direkten Leitungswege direkte Verbindung der Netze hohe Integrität der Verbindung Nachteile: langfristige Rahmenverträge mit einem Carrier (TDN, regulierte Preise der digitalen Standleitungen) hohe Kosten wenig flexibel und skalierbar Daten werden außer Haus unverschlüsselt übertragen 4

5 Infrastrukturen 3 Entwicklung der LANs + WANs Forderungen: Zugang für Wartung direkte Einwahl langsam, Tor von hinten Zugang für Mitarbeiter direkte Einwahl langsam, wenig Kontrollmöglichkeit Internet-Zugang Jede Filiale mit extra Lösung? Welcher Schutz vor Hacks, DoS, Viren & Würmer? Zentrales Management Einheitlichkeit der Plattformen und Geräte Einfache Administration mit Standardmitteln 5

6 Infrastrukturen 4 Firmeninterne weltweite Netze Aufbau eines firmeninternen LAN-Verbundes Benutzung der Internet-Technologie TCP/IP Routing LAN-Kopplung analog dem Internetzugang Mitarbeitereinwahl analog dem privaten Internetzugang bei ISPs Benutzung von Internet Informationssystemen: WWW, USENET News, , FTP u.a.m. 6

7 Budgetbetrachtung Der Kostendruck ist überall vorhanden Kostensenkung durch Nutzung/Ergänzung vorhandener Technologien Ablösung langfristiger Verträge (TK-Kopplung, digitale Standleitungen) durch Mitnutzung des sowie benötigten Internet-Zugangs Investiton in neue, skalierbare Techniken Enormes Spar-Potential! Verringerung laufender Kosten! 7

8 VPN 1 Virtual Private Network (VPN) Es verbreitet sich zunehmend der Ansatz, das Internet als einen Einwahlmechanismus in private Netze zu betrachten, so wie Modem oder ISDN --> Tunneling durch das Internet Da dem Internet weniger vertraut wird als klassischen Carriern wird hier von vornherein eine Verschlüsselung vorgesehen Tunneling + Kryptographie = VPN 8

9 Internet als Kommunikationsbasis I Eine Idee zu WAN im Wandel: ISDN- Netz Ersetzt durch Internet ISDN- Netz Router Carrier L2-Netz Router LAN Zentrale LAN Filiale 1 Internet Internet 9

10 Extranet Internet als Kommunikationsbasis II Mitarbeiter- und Partnerzugang zum Firmennetz Network Access Server dienen der Einwahl der Mitarbeiter und Partner PC + Modem Firmen-LAN NAS Router Carrier L2-Netz Internet PC + ISDN-TA PC + ISDN-NIC Router SOHO-LAN 10

11 Typische Nutzung VPN Extranet (Business Partner) Mobiler Benutzer POP Internet VPN Home Office DSL Cable Site-to-Site Remote Office Zentrale Remote Access VPN ") % +,-. % * Site-to-Site VPN! "# $%! & ' ( ) % * 11

12 VPN-Typen Virtuelle Private Netze: Remote Access VPN Site-Site-VPN Firewall-Based VPN 12

13 VPN Typen und Applikationen Typ Applikation Alternativ zu Nutzen Remote Access VPN Einwahl- verbindung Dedizierte Einwahl ISDN Überall vorhandener Zugang Niedrigere Kosten Site-to to-site VPN Site-to to-site Verbindung Standleitung Frame Relay ATM Intern- Erweiterte Verbindungs- möglichkeiten Höhere Bandbreite Niedrigere Kosten Extranet VPN Biz-to to-biz Externe Verbindungen Fax Mail EDI Ermöglicht E-Commerce 13

14 Profi-Lösungen IBH integriert diverse Plattformen PC-Server und Linux-basierte VPN-Lösungen mit FreeS/WAN Preiswert, flexibel konfigurierbar IBH Team Technik absolute Linux-Spezialisten Cisco-basierte Lösungen (PIX, IOS, VPN-Concentrator) Breite Produktpalette von namhaften Lösungslieferanten Appliance-Technik IBH Team Technik umfangreich ausgebildet und zertifiziert Checkpoint-basierte Lösungen Hochpreisige, absolut flexible Lösung (+Firewall) Serverbasiert oder Appliance (z.b. Nokia) Flexibel im Routing / Integration von DMZs 14

15 Cisco VPN Produkt-Matrix IOS VPN Router PIX Firewalls VPN 3000 Concentrators Site-to-Site VPN )' #. 1 ) * ' 3 43"# (3. (. +! +' /* (. %2 1 3! (% & % * 11 0!! 1 ) 0!! 1 ) Remote Access VPN 0!!' #1 ) *! 1 %' # /* (. %2 1 3! (% & % * 11 ) )' '# /* 15

16 Sicherheitsaspekte Nutzung des öffentlichen Internet End-to-End Security Tunnel Authentifikation Integrität Verschlüsselung B A N K 16

17 Tunnel Sicherheitsaspekte Die Einrichtung eines Tunnels ermöglicht die Kopplung eines oder mehrerer LANs in transparenter Form Tunnel Router Carrier L2-Netz Internet Router Firmen-LAN 1 Firmen-LAN 2 17

18 Authentifikation Sicherheitsaspekte II Bei der Authentifikation wird der Anwender eines Systems auf seine tatsächliche Identität untersucht. So kann verhindert werden, daß ungerechtfertigt Dienste und Systemressourcen in Anspruch genommen werden können. Nutzername / Passwort digitale Zertifikate/Signaturen 18

19 Integrität Sicherheitsaspekte III Die Integrität ist eine wichtige sicherheitstechnische Anforderung. Die Integrität von Informationen ist gewährleistet, wenn die Informationen über einen bestimmten Zeitraum (zum Beispiel beim Transport von A nach B oder bei der Ablage in einem Dateisystem) nicht verändert werden. Verschlüsselung Signaturen 19

20 Sicherheitsaspekte IV Verschlüsselung / Kryptografie Verschlüsselung - Nachrichten für Unbeteiligte unlesbar und unmanipulierbar machen Kryptografie ist Wissenschaft von der Verschlüsselung von Informationen Es geht also um den Schutz vor Eindringlingen Passiver Eindringling (hört nur zu) Aktiver Eindringling (kann Nachrichten ändern) Ziel: Erzeugung von Weißem Rauschen 20

21 Historie Grundlagen der Kryptografie 1 Einsatz bereits seit langer Zeit Cäsar: Papierrolle um einen Stab mit bestimmtem Durchmesser Kodebücher Enigma (elektromechanische Rotationsmaschine) Transformationen der Buchstaben des Alphabets, z.b. ROT13 bei News: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Was bedeutet, z.b.: VPU vfg nz Orfgra. 21

22 Ziel der Kryptografie Grundlagen der Kryptografie 2 Die Geheimhaltung des Verfahrens funktioniert heute nicht mehr Verwendung möglichst komplexer parametrisierter Verfahren und Schutz der Schlüssel Beispiele: DES mit 56-bit Schlüssellänge 2 56 = 7,2 * > 72 Billarden Varianten IDEA mit 128-bit Schlüssellänge = 3,4 * Varianten 3DES mit 168-bit Schlüssellänge (3 x 56bit) = 3,8 * Varianten 22

23 Definitionen Grundlagen der Kryptografie 3 Plaintext oder Klartext --> zu verschlüsselnde Nachrichten Ciphertext oder Chiffretext, auch Kryptogramm --> Ergebnis der Verschlüsselung Key Plaintext Encryption Decryption Ciphertext 23

24 Kryptographie-Standards Verschlüsselungverfahren Symmetrisch DES 56 Bit Key Block cipher 3DES 3*56 Bit Key Block cipher IDEA 128 Bit Key Block cipher RC4 Stream cipher RC5 Stream cipher Asymmetrisch RSA 512 bis 4096 Bit DH (Diffie-Hellman) Secure Hash (Message Digest) MD5 RIPE MD

25 Verfahren der Kryptographie Verschlüsselungverfahren a) symmetrische Verfahren doc Partner A Partner B doc z.b. DES (56 bit) 3DES (3x56 bit) Encrypt gleiche Schlüssel Decrypt b) asymmetrische Verfahren doc Partner X Partner B doc Encrypt Schlüssel 1 Decrypt Schlüssel 2 Beispiel PGP: 2 Teile - privater und öffentlicher Schlüssel 25

26 Schlüssellogistik Symmetrische Verfahren A Für die Anwendung der bisher erwähnten Verfahren müssen sich Absender und Empfänger auf einen Schlüssel einigen Schlüssel müssen geheimgehalten werden Logistisches Problem: Personen P 1 und P 2 nutzen K P1P2 für ihre Kommunikation P 3 kommt hinzu: K P1P3 und K P2P3 nötig Die erforderliche Schlüsselanzahl n steigt mit dem Quadrat der Teilnehmerzahl T (n ist die Summe aller i für i=1 bis T-1: n=(t 2 -T)/2 26

27 Symmetrische Verfahren B Die Symmetrie als Nachteil Die bisher erwähnten Verfahren nennt man symmetrisch, da derselbe Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln genutzt wird Einige der symmetrischen Verfahren verwenden zwar intern unterschiedliche Schlüssel für E und D, allerdings sind diese leicht algorithmisch ineinander umwandelbar (IDEA) Diese Symmetrie bewirkt die logistischen Probleme Ausweg: Asymmetrische Verfahren 27

28 DES-Standard Technische Implementierung I Data Encryption Standard 1977 offizielle US-Norm Verschlüsselung in 64-bit-Blöcken 19 Einzelschritte Parametrisierung mit 56-bit-Schlüssel 2 Versetzungen 32-bit-Vertauschung 16 schlüsselabhängige Vertauschungen 56-Bit-Schlüssel 64-Bit-Klartext Anfangsversetzung Iteration 1 Iteration 2. Iteration Bit-Tausch Umkehrversetzung 64-Bit-Chiffretext 28

29 Technische Implementierung II DES-Standard DES - 56 bit Schlüssel --> 7,2 * Varianten 3DES bit Schlüssel --> 3,7 * Varianten Plain- Text DES DES DES Cypher- Text K1 K2 K3 29

30 Public Key Infrastruktur (PKI) Sicherheit im Netz Die Voraussetzung für Sicherheit im Netz ist eine Public Key Infrastructure (PKI), die jeder Kunde benötigt. Definition: Eine PKI umfaßt alle Funktionen und Dienste, die die effiziente Benutzung und das Management von Public Key Kryptografie und Zertifikaten ermöglichen und ist eine wichtige Grundlage für nahezu alle IT-Security- Services und Lösungen, die auf Public-Key-Verfahren aufbauen. 30

31 Signaturen & Zertifikate Herausforderungen im realen Einsatz: Remote Access über VPN Wie sicher ist Verschlüsselung bei Mitlesern im Internet? Diebstahl eines Notebook? bei shared keys, Austausch aller Kombinationen notwendig Nutzername/Passwort ungenügend sicher Alternative: digitale Zertifikate Jeder Benutzer erhält eindeutiges Zertifikat von einem Server VPN-Server überprüft Gültigkeit Sofortige Revocation möglich 31

32 VPNs im Betrieb Heutiger Stand der Technik: 3DES Verschlüsselung hardwaremäßig unterstützt ausreichend sicher für Kommunikation im Netz Der Einsatz von VPN-Lösungen ist sicher genug für alle allgemeinen Geschäftsabläufe Für hochsensiblen Datentransport (Forschung...) ggf. Einsatz von BlackBoxes bzw. Wahl größerer Schlüssel bzw. Wahl von deutschen Produkten Beispiel: LineCrypt der DTAG Nachteil: nur für Site-to-Site einsetzbar, wenig Integrierbar (Router/Firewalls usw.) 32

33 VPN-Einführung Besondere Umstände: Heterogene CPE-Geräte und Clients Remote Standorte ohne On-Site Support VPN-Tunnel über statische Mobile und dynamische Nutzer WAN-Verbindungen Statische & dynamische IP-Adressen Ändern von Konfigurationen per Push-Technik Teleworker Koordination der Kundenkonfigurationen, IP-Umgebung, Konfiguration gemischte WAN-Umgebung? (Cable/DSL, PPPoE/hostname) VPN Repository Konfiguration? Zentrale Internet VPN Tunnels Konfiguration? Small Branch Office Konfiguration? IP Address?? 33

34 VPN-Einführung Merkmale heterogener Welten Standorte deutschlandweit /weltweit Welche Internet-Zugangsart? DSL? SFV? LAN-Anschluß? IP-Adressen & Equipment IBH Dial-In = dynamisch o. statisch, kundeneigene CPE IBH maxxdsl = statisch, CPE von IBH T-DSL business = dynamisch, kundeneigene CPE DTAG CompanyConnect = statisch, CPE von DTAG Interne Netze und Domains Welche Adreßbereiche? Wer muß/darf von wo nach wo? Wie wird authentifiziert und gemanagt? 34

35 Der Tunnel muß VPN-Tunnel ein oder mehr Netze transparent verbinden Zugriff auf interne Ressourcen ermöglichen ggf. diverse Protokolle zusätzlich übermitteln (z.b. IPX) Ein- und Auspacken an den Tunnelenden 35

36 Überblick IP Network IP 2 1 Application Transport Data Link Physical Tunneling-Technologien 1 Encapsulation/Decapsulation an den Tunnelendpunkten Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) für bel. Protokolle (benutzt PPP) Layer 3 Tunneling von IP mit IP Security Protocol ---> IPsec Router Application Transport 3 IP IP Tunnel-Protokoll (IPsec) 3ESP Tunnel Endp. Tunnel Endp. Data Link Physical Data Link Physical 36

37 Tunneling-Technologien 2 Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) - RFC 2661 Benutzung von PPP zur Tunneling beliebiger Protokolle, wie IP, IPX, Apple Talk, NetBIOS etc. 5 Application Multiplex-Subschicht 4 Transport IPCP, IPXCP,... 3 Network Dienste-Subschicht CCP - Compression Control Protocol 2 PPP PAP, CHAP - Authentification 5 L2TP ECP- Encryption Control Protocol (IPsec) 4 UDP Medienabhängige-Subschicht LCP - Link Control Protocol (HDLC) 3 IP 2 1 Data Link Physical IPsec secured L2TP ist die Basis der VPN-Technologie in Windows 2000! 37

38 IPsec 1 Überblick IP hat keine inhärenten Sicherheitsmechanismen Es gibt keine Garantie, daß ein IP-Datagramm vom angegebenen Absender stammt die ursprünglichen Daten enthalten sind keine andere Person die Daten angeschaut hat RFC 2041 definiert IPsec-Architektur: Authentifizierung der Datenquelle und Datenintegrität vertraulicher Dateninhalt Schutz vor wiederholter Sendung begrenzte Verkehrsflußvertraulichkeit 38

39 IPsec 2 Datenintegrität Sicherstellen, daß Daten während der Übertragung nicht verändert wurden Authentizität der Herkunft Empfänger kann die Herkunft der Daten verifizieren ist eng an die Integrität der Daten gebunden Vertraulichkeit der Daten Verschlüsselung von Informationen Anti-Replay Empfänger kann duplizierte / mehrfach gesendete Pakete erkennen und zurückweisen 39

40 VPN Protokoll Verwendetes Protokoll: IPSec VPN-Implementationen basieren heutzutage fast ausschliesslich auf IPSec IPSec - Industriestandard-Protokollsuite, beschrieben in diversen Internet RFCs Grundlegende Beschreibung in RFC Security Architecture for the Internet Protocol Die 2 wesentlichen Bestandteile: Authentication Header (AH) Encapsulating Security Payload (ESP) Darüberhinaus Nutzung weiterer Standards 40

41 IPsec 3 Protokollfamilie IPsec 12 RFC AH (Authentication Header) Quelle des Senders wird mit den Daten bewiesen IPsec kann daher nur bei End-to-End-Transfer arbeiten Schutz vor wiederholtem Senden von Datagrammen ESP (Encapsulating Security Payload) optionale Vertraulichkeit der Daten Verschlüsselung mit DES im CBC-Modus muß schnell sein IKE (Internet Key Exchange) ISAKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol) Oakley und SKEME 41

42 Authentication Header (AH) 1 Authentication Header: zuständig für Integrität und Authentizität der Daten bietet keine Verschlüsselung! Authentifizierung der Pakete erfolgt durch eine Einweg- Hashfunktion, erweitert um einen geheimen Schlüssel Nur Sender und Empfänger kennen den geheimen Schlüssel Empfänger wendet denselben Algorithmus an und vergleicht den Hash-Wert Änderungen führen zu ungültigen Paketen - Verworfen! Anwendung erfolgt auf das ganze IP Datagram (außer veränderlichen Feldern wie TTL) 42

43 IP Header + Daten + Key Authentication Header (AH) 2 IP Header + Daten + Key Hash Hash IP Header AH Daten Router A Router B 43

44 Encapsulating Security Payload (ESP) Encapsulating Security Payload: bietet Verschlüsselung der Daten Authentisierung der Datenherkunft und -integrität ebenfalls möglich optional Anti-Replay-Schutz Verschlüsselung erfolgt auf IP-Ebene Unterstützt Verschlüsselungsalgorithmen wie DES und 3DES (DES hauptsächlich aus Kompatibilitätsgründen) Rechenintensiv, je nach gewähltem Algorithmus 44

45 Transport Mode Transport Mode bei end-to-end sessions beide Endpunkte unterstützen IPSec Gateways werden als Host betrachtet, mit dem eine gesicherte Verbindung aufgebaut wird Beispiel: Remotekonfiguration eines Gateways Original IP Header wird authentisiert, aber beibehalten IP Header IP Header AH Daten Daten Original IP Paket mit AH IP Header ESP Header Daten ESP Trailer ESP Auth mit ESP 45

46 Tunnel Mode Tunnel Mode für alle anderen Anwendungsfälle wenigstens ein Endpunkt ist kein IPSec-Partner (IPSec-Tunnelende fungiert als Proxy) häufigster Anwendungsfall: Tunnel zwischen 2 Gateways komplettes IP Paket wird authentifiziert bzw. verschlüsselt neuer IP Header wird gebildet IP Header Daten Original IP Paket Neuer IP Header AH IP Header Daten mit AH Neuer IP Header ESP Header IP Header Daten ESP Trailer ESP Auth mit ESP 46

47 Network Address Translation (NAT) NAT nur möglich, wenn beide Tunnelenden Address Translation unterstützen (IPSec nach NAT) AH Transforms lassen generell kein NAT zu: Quell-IP-Adresse wird ausgetauscht Hash verändert sich, Paket wird ungültig Proprietäre Ansätze: NAT-aware IPSec über spezielle TCP- oder UDP-Ports wird nur von wenigen Geräten bisher unterstützt nur in neuesten Software-Versionen verfügbar 47

48 IKE Internet Key Exchange (IKE) Hybrides Protokoll, das zur gegenseitigen Authentisierung der Kommunikationspartner dient Aufbau eines gesicherten Kommunikationskanals Aushandlung der Sicherheitsrichtlinien (Security Associations) für IPSec stellt somit Grundlage für die IPSec-Kommunikation dar Ablauf erfolgt in 2 Phasen 48

49 IPSec - 5 Schritte Schritt 1 - Datenverkehr als Initiator Schritt 2 - IKE Phase 1 Schritt 3 - IKE Phase 2 Schritt 4 - Datenverkehr (geschützt) Schritt 5 - Terminierung der Verbindung 49

50 IPSec Schritt 1 (Initialisierung) Festlegung der zu schützenden Daten über Zugriffslisten (spiegelbildlich) permit deny - Verschlüsselung erforderlich - keine Verschlüsselung Entsprechende Daten lösen IPSec-Prozess aus Host A Host B Zu schützende Daten 50

51 IPSec Schritt 2 (IKE Phase 1) Einigung auf Algorithmen und Hashverfahren Einigung über die Nutzung der Auth-Methode Pre-Shared Keys gleicher Schlüssel auf beiden Seiten, manuelle Eingabe einfach konfigurierbar schlecht skalierbar (für jeden Kommunikationspartner muss der Schlüssel konfiguriert werden) RSA Signaturen Digitales Zertifikat für jeden Peer erforderlich skalierbar RSA Encrypted Nonces Zufallszahl (Nonce) wird erzeugt und mit Public Key des Peers verschlüsselt 51

52 IPSec Schritt 2 (Fortsetzung) Von allen 3 Methoden genutzt - Peer Identity IP-Adresse Fully Qualified Domain Name Schlüsselaustausch per Diffie-Hellman Authentisierter, gesicherter Kanal wird aufgebaut IKE Phase 1 52

53 IPSec Schritt 3 (IKE Phase 2) Einigung auf IPSec-Sicherheitsrichtlinie Sender bietet ein oder mehr Transform Sets an Empfänger sendet ein Transform Set zurück - Einigung benötigte Schlüssel werden generiert Security Association wird aufgebaut neue Aushandlung der SA nach Ablauf der Lifetime neue Schlüssel, basierend auf dem Schlüsselmaterial aus Phase 1, werden ausgetauscht optional: Perfect Forward Secrecy (PFS) - erneuter DH- Austausch - Schlüssel höherer Entropie 53

54 IPSec Schritt 4 (Datenverkehr) Daten werden über gesicherten Kanal ausgetauscht Pakete werden verschlüsselt und entschlüsselt IPSec Tunnel 54

55 IPSec Schritt 5 (Terminierung) Tunnel wird terminiert durch: TCP Session timeout erreicht Ende der SA Lifetime erreicht Maximale Paketanzahl überschritten Aufgebaute IPSec SA wird gelöscht IPSec Tunnel 55

56 IPSec Flowchart Datenpaket Verschlüsseln? nein Paket senden ja IPSec SA? ja Paket verschlüsseln nein IKE? ja IPSec SA aushandeln nein Zertifikate? nein IKE aushandeln ja Eigene Schlüssel erzeugen, öffentlichen Schlüssel der CA und eigenes Zertifikat anfordern 56

57 VPN 5 Kostenbetrachtung zum Einsatz eines VPN Firma mit 100 Außendienst-Mitarbeitern (deutschlandweite Einwahl) ISDN-Einwahl VPN/Internet 2 x PMX 460 T-Interconnect/2M x ISDN-BA T-ISDN 300/dsl x 2 h x 22d Traffic 50 GB zu 0, zu Insgesamt Kostenersparnis bei den laufenden Kosten bis zu 60%! 57

58 Remote Access VPNs Cisco VPN 3000 Verbindung von Außenstellen, Nutzern und Partnern per VPN Verbindungen mit hoher Nutzungsdichte, niedriger Bandbreite Cisco VPN Clients Microsoft Win 2000 (IPSec) Microsoft Win 9x/NT (PPTP) WAN Router PIX Firewall Cisco VPN 3000 Concentrator Cisco Secure ACS (AAA) Telecommuter POP Internet VPN Zentrale Mobil Kunde 58

59 Cisco Site-to-Site VPN Lösung Remote Office ) ),, ) ),, ( (% % ' '.. / / 00 ' ( ( Main Office Regional Office Internet ) ) * * + + * * % %,, & & - - Small Office/ Home Office!"!" # # " " $ $ # # % % & & ' ' ( ( 59

60 Der ideale Lösungspartner Mit IBH als Lösungspartner: Ideale Produktauswahl Berücksichtigung und Anpassung an jedes Budget langjähriges IP-Know-How Consulting hervorragend ausgebildete Techniker umfangreiche Referenzen mit diversen Lösungen 60

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