Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH) Technische Grundlagen und Beispiele. Christian Hoffmann & Hanjo, Müller

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1 Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH) VPN (Virtual Private Network) Technische Grundlagen und Beispiele Christian Hoffmann & Hanjo, Müller Dresden, 3. April 2006

2 Übersicht Begriffsklärung Varianten von VPNs Klassische Modelle (RAS & PPTP) Moderne Modelle (IPSec & SSL) Technik Tunneling Verbindungsarten Verbindungsaufbau Sicherheit IPSec Verschlüsselung auf IP-Ebene SSL Verschlüsselung auf Protokollebene

3 VPN Was ist das? Ziele aufbau sicherer Verbindungen zwischen Standorten anschluss von Außendienstmitarbeitern zentralisierte Datenhaltung Datenübertragung durch unsichere Netze, nicht nur für Firmen Funktion bildung eines logischen (virtuellen) Netzes sichere Verbindung von lokalen Netzen über Internet kostenersparniss durch besseren, zentralen Datenzugriff

4 Klassische Lösungsansätze RAS (eine Zeitreise) LAN-Switch RAS-Server mit Modem LAN-Server LAN-Clients RAS-Clients mit Modem

5 Klassische Lösungsansätze PPTP (ab in den Tunnel) LAN-Server LAN-Clients Internet Router PPTP - Tunnel Router LAN-Server LAN-Clients

6 Moderne Lösungsansätze IPSec recht komplex und aufwendig konfigurierbar direkte Verschlüsselung auf OSI-Schicht 3 TLS/SSL Zertifikatsbasierte Verschlüsselung Verschlüsselung auf OSI-Schicht 4 Hard- und Softwarelösungen Blackboxes, Router mit VPN-Funktion (Netgear, Lancom) Softwareapplikationen (OpenVPN, FreeS/WAN, Hamachi)

7 Technik Tunneling (Bitte anschnallen...) Portweiterleitung Kapselung der Daten zur Übertragung im öffentlichen Netz Lokales Netzwerk A Internet Lokales Netzwerk B VPN - Tunnel

8 Technik Verbindungsarten (IP-VPN vs Internet VPN) ISP Access- Konzentrator ISP Access- Konzentrator IPSec-Gateway A mit statischer IP-Adresse Internet IPSec-Gateway B mit statischer IP-Adresse Firmenzentrale Wähl- oder Standleitung Niederlassung

9 Technik Verbindungsarten (Site-to-Site vs. RAS VPN) Lokales Netzwerk A Internet Lokales Netzwerk B VPN - Tunnel VPN- Gateway VPN- Gateway Remote Client

10 Technik Verbindungsaufbau (statisch) VPN-Router IP: VPN Einstellungen: UFI: FIRMA_HUBER SA-Name: VPN-Strecke SA-Type: Peer Netgear Router Encryption Algorithm: Strong Encrypt Shared Key: AbCdEf12345% Gateway: VPN VPN-Router IP: VPN Einstellungen: UFI: FIRMA_MEIER SA-Name: VPN-Strecke SA-Type: Peer Netgear Router Encryption Algorithm: Strong Encrypt Shared Key: AbCdEf12345% Gateway:

11 Technik Verbindungsaufbau (teildynamisch) VPN-Router IP: VPN Einstellungen: UFI: MEINVPN SA-Name: VPN-Strecke SA-Type: Peer Netgear Router Encryption Algorithm: Strong Encrypt Shared Key: AbCdEf12345% Gateway: VPN VPN-Router IP: dynamisch VPN Einstellungen: UFI: MEINVPN SA-Name: VPN-Strecke SA-Type: Peer Netgear Router Encryption Algorithm: Strong Encrypt Shared Key: AbCdEf12345% Gateway:

12 Technik Verbindungsaufbau (dynamisch) VPN-Router IP: dynamisch VPN Einstellungen: UFI: MEINVPN SA-Name: VPN-Strecke SA-Type: Peer Netgear Router Encryption Algorithm: Strong Encrypt Shared Key: AbCdEf12345% Gateway: VPN Bekanntmachungsstelle VPN-Router IP: dynamisch VPN Einstellungen: UFI: MEINVPN SA-Name: VPN-Strecke SA-Type: Peer Netgear Router Encryption Algorithm: Strong Encrypt Shared Key: AbCdEf12345% Gateway:

13 Sicherheit - Angriffsmöglichkeiten Transport der Daten durch ein unsicheres Medium mithören von Daten im unsicheren Netz (Vertraulichkeit) verändern von Daten im unsicheren Netz (Integrität) Identität der Gegenstelle nicht bekannt (Authentizität) Angriffsszenarien Mitschneiden von Sitzungen Man-in-the-Middle Angriffe

14 Sicherheit IPSec (IP Security) im Rahmen von IPv6 entwickelt und Platformunabhängig verschiedene Lösungen für IPv4 (FreeSwan, IPCop) zertifikatsbasiertes System zur Authentifizierung Low-Level Verschlüsselung auf OSI-Schicht 3 Anwendung (OSI 5-7) Transport (OSI 4) Netzwerk (OSI 3) Netzzugang (OSI 1-2) z.b.: HTTP, SMTP, POP, IMAP, etc. TCP IP / IPSec z.b.: Ethernet Zwei Grundlegende Modi Transportmodus für zwischen zwei Endpunkten Tunnelmodus über Router hinweg

15 Sicherheit IPSec (Authentication Header) Bildung einer Prüfsumme des IP-Paketes Prüfsumme wird in orginal Paket eingebettet Transportmodus IP-Header AH TCP/UPD-Header Daten authentifiziert Tunnelmodus äußerer IP-Header AH innerer IP-Header TCP/UPD-Header Daten authentifiziert

16 Sicherheit IPSec (Encapsulating Security Payload) Transportmodus verschlüsseln der Nutzdaten und anhängen einer Prüfsumme verschlüsselt IP-Header ESP-Header TCP/UPD-Header Daten CRC Tunnelmodus authentifiziert verschlüsseln des IP-Paketes, verpacken in neues IP-Paket und anhängen einer Prüfsumme verschlüsselt äußerer IP-Header ESP-Header innerer IP-Header TCP/UPD-Header Daten CRC authentifiziert

17 Sicherheit SSL (Secure Socket Layer) verschlüsselung der Daten in der Transportschicht SSL-Record Protokoll Anwendung (OSI 5-7) Transport (OSI 4) Netzwerk (OSI 3) Netzzugang (OSI 1-2) z.b.: HTTP, SMTP, POP, IMAP, etc. TCP IP / IPSec z.b.: Ethernet Punkt-zu-Punkt-Verschlüsselung mittels symetrischer Verfahren Sicherung der Integrität durch Prüfsummenbildung und Signatur SSL-Handshake Protokoll Identifikation und Authentifikation der Partner Aushandeln der Verschlüsselungsalgorithmen zertifikatsbasierte Authentifizierung

18 Zusammenfassung VPNs verbinden physikalische Standorte durch virtuelle, verschlüsselte Verbindungen. Die Authentizität der Gegenstellen kann durch Zertifikate sichergestellt werden. VPNs ermöglichen sichere Verbindungen durch ein unsicheres Medium. VPNs stellen die Basis für eine zentralisierte Datenhaltung in großen Unternehmungen dar.

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