Sicherheit in SIP-basierten VoIP-Netzen
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- Gretel Schräder
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1 Informatik Michael Sauer Sicherheit in SIP-basierten VoIP-Netzen Masterarbeit
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3 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk sowie alle darin enthaltenen einzelnen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsschutz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlages. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen, Auswertungen durch Datenbanken und für die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme. Alle Rechte, auch die des auszugsweisen Nachdrucks, der fotomechanischen Wiedergabe (einschließlich Mikrokopie) sowie der Auswertung durch Datenbanken oder ähnliche Einrichtungen, vorbehalten. Impressum: Copyright 2013 GRIN Verlag, Open Publishing GmbH ISBN: Dieses Buch bei GRIN:
4 Michael Sauer Sicherheit in SIP-basierten VoIP-Netzen GRIN Verlag
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6 MASTER THESIS zur Erlangung des akademischen Grades Master of Science in Engineering im Studiengang Informationsmanagement und Computersicherheit Sicherheit in SIP-basierten VoIP-Netzen Ausgeführt von: Michael Sauer, BSc Wien, 5. Mai 2013
7 Kurzfassung Die Telefonie über das Medium Internet bietet gegenüber der herkömmlichen Telefonie zwei Vorteile: einerseits ist man nicht mehr an einen bestimmten Telefon-Provider gebunden und andererseits ergibt sich durch diesen Umstand in der Regel auch eine Kostenersparnis. Die Benutzung des Internets für die Sprachtelefonie ist aber auch mit Nachteilen bezüglich der Sicherheit verbunden, die in einer eigens dafür geschaffenen Infrastruktur eines Telefon-Providers so nicht vorhanden sind. Diese Master-Thesis versucht herauszufinden, ob eine vergleichbare Sicherheit auch in Voice over Internet Protocol-Netzwerken zu realisieren ist. Für diesen Zweck wird eine zuerst ungeschützte Testumgebung realisiert. Das Herzstück dieser Testumgebung sind zwei Vermittlungsstellen in Form der Open Source Software Asterisk. Diese Umgebung dient als Basis für verschiedene Angriffe, welche die Verwundbarkeit eines solchen Systems aufzeigen sollen. Um die primären Schutzziele der Authentizität, Integrität, Vertraulichkeit und Verfügbarkeit in solch einer Umgebung erfüllen zu können, bedarf es einer systematischen Vorgehensweise. In dieser Arbeit wird nach dem vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik veröffentlichten IT-Grundschutz vorgegangen, in dem im ersten Schritt die vorhandenen Bedrohungen erkannt werden. Darauf folgend gilt es, den erforderlichen Schutzbedarf festzustellen und diesen im letzten Schritt durch geeignete Maßnahmen umzusetzen. Nach der Implementierung unterschiedlicher Sicherheitsprotokolle werden die zuvor durchgeführten Angriffe wiederholt, um festzustellen, ob durch die getroffenen Maßnahmensetzungen die erforderlichen Schutzziele erfüllt werden. Am Ende der Arbeit wird abschließend eine Beurteilung getroffen, ob eine sichere Telefonie über das Internet möglich ist. Schlagwörter: SIP, TLS, VoIP, Asterisk, SRTP
8 Abstract The telephony via the medium Internet offers two main advantages compared to the traditional telephony: On the one hand one is not longer bounded on a certain phone provider and on the other hand one is able to achieve cost savings. But the usage of the Internet for voice telephony has also some disadvantages concerning security, which is not present in a specifically created infrastructure of a phone provider. This master thesis tries to find out if a comparable security can be realized in Voice over Internet Protocol networks. For this purpose an unprotected test environment will be realized at first. The core of this test environment consists of two exchanges in terms of the open source software Asterisk. This environment is the basis for various attacks, which demonstrates the vulnerability of such a system. In order to accomplish the primary protection goals of the authenticity, integrity, confidentiality and availability in this environment, a systematic approach is required. This thesis follows the approach of the published IT-Grundschutz from the Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, where existing threats are detected at first. Subsequently, it is essential to determine the required protection and to implement it by applicable measures in the last step. After the implementation of different security protocols the previous attacks will be repeated in order to assess if the taken measures are able to fulfill the required protection targets. At the end of this thesis an assessment is made in order to find out if a secure telephony via the Internet is possible or not. Keywords: SIP, TLS, VoIP, Asterisk, SRTP
9 Danksagung Ich möchte mich an dieser Stelle bei jenen Personen bedanken, die mir bei der Erstellung meiner Diplomarbeit wertvolle Hilfestellung geleistet haben. Hier möchte ich in erster Linie meinen Erstbetreuer Dipl.-Ing.(FH) Mag. Alexander-Philipp Lintenhofer danken, der mir bei zahlreichen Treffen Ratschläge und Tipps bezüglich der Struktur und des Inhalts dieser Arbeit gab. An dieser Stelle möchte ich mich bei ihm aber nicht nur für die Hilfe bei der Erstellung der Diplomarbeit bedanken, sondern auch für die Art und Weise, wie er seinen Unterricht gestaltet. Er gehört zu jener Sorte von Lektoren, denen es von hoher Wichtigkeit ist, dass seine Studenten das Vorgetragene auch verstehen. Sein Enthusiasmus in Bezug auf das Thema IT-Sicherheit war in jeder Vorlesung zu spüren und auch ansteckend. Ebenso möchte ich mich bei meinen Zweitbetreuer Dipl.-Ing. Thomas Zeitlhofer bedanken, der mir schon zuvor bei der Erstellung meiner beiden Bachelor-Arbeiten eine große Hilfe war. Auch jetzt hatte er jederzeit ein offenes Ohr für meine Fragen und nahm sich auch die Zeit für persönliche Treffen. Zu guter Letzt möchte ich mich bei meiner Lebensgefährtin Julia bedanken. Die Erstellung einer Diplomarbeit bedeutet oft auch eine Bewährungsprobe für eine Beziehung. Sie hat diese Zeit aber nicht nur mit mir gemeinsam durchgestanden, sondern mich auch noch zusätzlich motiviert und mir den Rücken gestärkt.
10 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 2. Der VoIP-Protokollstack Das ISO/OSI-Referenzmodell Einordnung der VoIP-Protokolle im ISO/OSI-Referenzmodell Protokolle für die Mediadatenübertragung Das Real-time Transport Protocol Das Real-time Transport Control Protocol Signalisierungsprotokolle Das Session Initiation Protocol Das Inter-Asterisk exchange Protocol Weitere VoIP-Protokolle Sicherheitsbezogene Protokolle und Mechanismen Internet Protocol Security Protocol (IPsec) Implementierung der Sicherheitsdienste und Betriebsarten von IPsec Umsetzung einer Sicherheitsstrategie bei IPsec Kritikpunkte Transport Layer Security (TLS) TLS Handshake Protocol TLS Record Protocol Kritikpunkte SIP Digest Authentication Session Initiation Protocol Secure (SIPS) Secure Real-time Transport Protocol (SRTP) Multimedia Internet KEYing (MIKEY) Ablauf der gesicherten Kommunikation bei SRTP Zfone Real-Time Transport Protocol (ZRTP) VoIP und NAT Network Address Translation Die NAT-Problematik bei SIP Lösungsmöglichkeiten im Bezug zur NAT-Problematik Symmetric Response Routing Symmetric RTP/RTCP Weitere Lösungsmöglichkeiten Die ungeschützte Testumgebung Verwendete Hard- und Software Die Linux-Firewall Netfilter/iptables
11 Inhaltsverzeichnis Der VoIP-Server Asterisk Der VoIP-Client Blink Überblick auf die ungesicherte VoIP-Infrastruktur Konfiguration der Komponenten Konfiguration der NAT-Gateways Konfiguration des DNS-Servers Konfiguration der Asterisk-Server Konfiguration der VoIP-Clients Testen der ungesicherten VoIP-Infrastruktur Feststellen der Bedrohungen Klassifikation von Angriffen Netzwerkspezifische Bedrohungen Bedrohungen auf der Sicherungsschicht Bedrohungen auf der Vermittlungsschicht Bedrohungen auf der Transportschicht Bedrohungen auf der Anwendungsebene Strukturanalyse der VoIP-Testumgebung Angriffe auf die primären Schutzziele Angriffe auf das Schutzziel der Verfügbarkeit Angriff auf das Schutzziel der Vertraulichkeit Angriff auf das Schutzziel der Integrität und Authentizität Schutzbedarfsfeststellung Schutzbedarfsfeststellung für die VoIP-Testumgebung Schutzbedarfsfeststellung für Anwendungen Schutzbedarfsfeststellung für IT-Systeme Schutzbedarfsfeststellung für Räume Schutzbedarfsfeststellung für Kommunikationsverbindungen Auswahl und Umsetzung geeigneter Sicherheitsmaßnahmen Schutz der Signalisierungsdaten mittels TLS Zertifikate Konfiguration der Asterisk-Server Konfiguration der VoIP-Clients Konfiguration des DNS-Servers Schutz der Mediadaten mittels SRTP Konfiguration der Asterisk-Server Konfiguration der VoIP-Clients Die Konfiguration der Firewall Testen der geschützten Umgebung Wiederholung der Angriffe auf die primären Schutzziele Angriff auf das Schutzziel der Verfügbarkeit Angriff auf das Schutzziel der Vertraulichkeit Angriff auf das Schutzziel der Integrität und Authentizität Fazit Erkannte Schwachstellen
12 Schwachstellen in Bezug auf die Vertraulichkeit Schwachstellen in Bezug auf die Authentizität und Integrität Schwachstellen in Bezug die Verfügbarkeit Vergleich mit IPsec Schlusswort Literaturverzeichnis 90 Abbildungsverzeichnis 94 Listings 95 Tabellenverzeichnis 96 Abkürzungsverzeichnis 97 A. Erster Anhang 100 B. Zweiter Anhang 105
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