VPN: wired and wireless

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1 VPN: wired and wireless Fachbereich Informatik (FB 20) Fachgruppe: Security Engineering Modul: VI LV-07 er Skriptum und Literatur: Wolfgang BÖHMER, TU-Darmstadt, Hochschulstr. 10, D Darmstadt, Dep. of Computer Science, Security Engineering Group

2 Vorlesungsinhalt LV-07 Überblick in die Varianz der unterschiedlichen VPN-Typen VPN-Einsatzmöglichkeiten Intranet-VPN (Site-to-Site) Extranet-VPN (End-to-End) Remote-Access-VPN (End-to-Site) Sicherheitsaspekte im VPN Einsatz VPN-Sicherheitspolitik / VPN-Policies VPN und Firewall VPN und Router QoS in VPNs (DiffServ in VPNs) Basistechnologien für VPNs Tunneling Verfahren (eine anschauliche Perspektive) GRE-Verfahren als Vorbild Layer-2-Techniken (L2F, PPTP, L2TP, L2Sec) Vergleich der verschiedenen Technologien Absicherung der Layer-2 Techniken mittels (IPSec, EAP-TLS) Übungen Literatur Folie 2

3 VPN-Strukturen Service, Architektur, Technologien Speziell für VPN der unteren OSI-Layer sind im Verlauf der Zeit mehrere ähnliche Tunnelprotokolle entworfen worden. Point-to-Point Tunneling Protokoll (PPTP) von Microsoft, das im Grund eine Erweiterung PPP-Verbindung darstellt. Unterstützt werden die Protokolle IP, IPX, Netbios und Netbui. Internet Protocol Security (IPSec), das gemäß der IETF durch mehrere RCFs spezifiziert wurde. Layer-2-Tunneling Protocol (L2TP), das aus zwei unterschiedlichen Entwicklungszweigen hervorgegangen ist und ebenfalls durch mehrere RFCs spezifiziert wurde. Service Architektur Technologien Access VPN Intranet und Extranet VPN Vom Endgerät aufgebaut vom Netzzugang (NAS) initiiert IP-Tunnel Virtual Circuit MPLS, MPλS L2F/L2TP,IPSec, PSTN, xdsl, Mobile- IP,Kabel, Luftschnittstelle GRE, IPSec Frame-Relay, ATM IP oder IP over ATM Folie 3

4 Tunneling eine Illustration Das Huckepack-Verfahren im Ärmelkanal Tunneling: Der Versuch zwei Netze zur Zusammenarbeit zu bringen. Sonderfall: Quell- und Zielhost hängen am gleichen Netztyp, dazwischen liegt ein anderer Netztyp. Beispiel: Eine internationale Bank mit einem TCP/IP basierten Ethernet in Paris und London ist über einem dazwischen liegenden PTT-WAN verbunden. Folie 4

5 Tunneling In IP-Netzen Das Huckepack-Verfahren in der Kommunikation Tunneling ist ein Konzept, mit dem beliebige Datenpakete über ein (unsicheres) Transitnetz im Huckepackverfahren weitergeleitet werden können. Tunnelanfang wird durch den zusätzlichen IP-Header bestimmt Tunnelendpunkt wird durch den Wegfall den zusätzlichen Header (1,2) definiert. Folie 5

6 General Routing Encapsulation (GRE) Tunnel IP-Tunneling ohne Verschlüsselung Erster Tunnel-Standard seit 1994, (RFC-1701,1702) Prinzip des Tunnels GRE-Header (Protokoll-Kopf) Eigentliche (ursprüngliche) Protokoll-Kopf (delivery-header) Nutzlast (Payload) Falls Seq.Nr. = 1 und Ack.Nr. = 1 erfolgt eine Datenflusskontrolle gemäß dem Sliding Window- Prinzip S A Ver=1 Protocol Type = x880b (PPP) Payload Length Call ID Sequence Number (optional) Acknowledge Number (optional) IP-Header GRE-Header PPP-Header L3-Daten Folie 6

7 L2F (Layer-2-Forwarding) Entstand zur gleichen Zeit wie das L2TP-Verfahren (CISCO, Northern Telekom und SHIVA) Bedeutung geht heute zugunsten des PPTP-Verfahren zurück Standard gemäß RFC-2341 L2F ist nicht an das IP-Protokoll gebunden L2F unterstützt mehrere logische Kanäle Folie 7

8 PPTP (Point-to-Point-Tunneling- Protokoll) Entstand in der Zusammenarbeit von Microsoft, 3COM, ECI Telematics, Ascend Communications und US Robotics Erweiterung des PPP Protokoll PPTP-Tunnel verhält sich wie eine out-band-lösung Authentifizierungsverfahre n PAP, CHAP, MS-CHAP Absicherung mittels MPPE- Verfahren (RC4) Folie 8

9 Austausch von Kontrollnachrichten beim PPTP Verfahren Die Kontrollnachrichten (gestrichelt) werden im Out-Band- Verfahren ausgetauscht. Eine TCP-Verbindung wird als Basis für die Kontrollverbindung zwischen PAC und PNS aufgebaut. Der eigentliche Datenaustausch erfolgt in einem gesicherten Tunnel. Zeit Folie 9

10 L2TP-Tunnel über eine PPP-Verbindung T L x x S x O P x Ver=2 Length (optional) Tunnel ID Session ID Ns (optional) Nr (optional) Offset Size (optional) Offset Padding (optional) L2TP-Header MT AVP 1 AVP i M H rsvd Length Vendor ID Attribute Type Attribute Value Attribute Value (Fortsetzung) Folie 10

11 Auf- und Abbau einer L2TP Kontroll- und Tunnelverbindung Der (IC) löst die eigentliche Verbindung aus. Durch Flagsetzung im T-Feld (1,0) wird eine Kontrollnachricht von einer Datennachricht unterschieden. Es können mehrere logische PPP- Verbindungen gleichzeitig unterhalten werden. Ein Verbindungsabbruch heißt nur bei der letzten logischen PPP- Verbindung auch gleich Tunnelabbruch. (ZLB-Message) Beim Dial-Out geschieht der gesamte Vorgang in entgegen gesetzter Richtung. Folie 11

12 Vergleich Layer-2-Techniken PPTP L2F L2TP Eigenschaften PPTP L2F L2TP Standard / Status RFC-2637 (informell) RFC-2341 (informell) RFC-2661 (Standard) Medium IP/GRE IP/UDP,FR,ATM IP/UDP,FR,ATM Private Adresszuweisung Ja Ja ja Multiprotokoll Unterstützung Ja Ja ja Kanäle Eingang und Ausgang Eingang Eingang und Ausgang Protokoll Verschlüsselung Authentifizierung Tunnel-Modus Kontrolle über TCP Port 1723 Microsoft PPP (Encryption MPPE) PPP (Authentifizierung User) Typischerweise voluntary Tunnel-Modus Kontrolle über UDP Port 1701 PPP Encryption (MPPE) ; IPSec optional PPP Authentifizierung (user);ipsec optional (Paket) Compulsory Tunnel-Modus Mehrere Kanäle pro Tunnel Nein ja ja Kontrolle über UDP Port 1701 PPP Encryption (MPPE/ ECP) ; IPSec optional PPP Authentifizierung (user); IPSec optinal (Paket) Voluntary & compulsory Tunnel-Modus PPP multilink Unterstützung Nein Ja Ja Folie 12

13 L2Sec gemäß dem Vorschlag von RFC-2716 Das L2TP-EAP-TLS Protokoll L2Sec bildet im Kern eine gesicherte PPP-Verbindung in Form einer Dial-In-Lösung ab. Es wird der bei PPP vorhandene Verbindungskontrollmechanismus (Link Control Protocol, LCP) durch einen Authentifizierungsprozess (Extensible Authentication Protocol, EAP (RFC-2284), ergänzt Zusätzlich wird eine Verschlüsselung TLS/SSL eingesetzt, so dass ein L2TP-EAP-TLS-Protocol entstand. Ähnliche Konstrukte sind bei der Cisco-WLAN Lösung (AP 1200) zu finden. Folie 13

14 Vertraulichkeit bei L2TP mittels IPSec Ein L2TP-Tunnel wird in ein UDP- Paket gekapselt transportiert. a oben) Eine Absicherung reicht nur bis zum Sicherheitsgateway (LNS). b oben) Um eine vollständige Ende-zu- Ende Absicherung zu er-langen müssen beide Endgeräte IPSec-fähig sein. a unten) IPSec-Absicherung nur zwischen LAC und LNS Folie 14

15 Grenzen der VPN-Technologie bei Anforderungen der Anonymität Tor is a network of virtual tunnels that allows people and groups to improve their privacy and security on the Internet. It also enables software developers to create new communication tools with built-in privacy features. Tor provides the foundation for a range of applications that allow organizations and individuals to share information over public networks without compromising their privacy. Individuals use Tor to keep websites from tracking them. Journalists use Tor to communicate more safely with whistleblowers and dissidents. Non-governmental organizations (NGOs) use Tor to allow their workers to connect to their home website while they're in a foreign country, without notifying everybody nearby that they're working with that organization. Groups such as Indymedia recommend Tor for safeguarding their members' online privacy and security. A branch of the U.S. Navy uses Tor for open source intelligence gathering, and one of its teams used Tor while deployed in the Middle East recently. Folie 15

16 Arbeitsweise von TOR (1) Ziel: Anonymität einer vertraulichen Verbindung Welche Art von Tunneling wird benötigt? Wie könnte eine anonyme Kommunikation zwischen Alice und BoB oder auch Jane mittels VPN aussehen? Welche Mechanismen müssten bei einem herkömmlichen VPN verändert werden. Mit welchen Konzepten wird dies Ziel erreicht? Electronic Frontier Foundation (EFF) Folie 16

17 Arbeitsweise von TOR (2) only one hop, ten minutes a new circuit Once a circuit has been established, many kinds of data can be exchanged and several different sorts of software applications can be deployed over the Tor network. Because each relay sees no more than one hop in the circuit, neither an eavesdropper nor a compromised relay can use traffic analysis to link the connection's source and destination. Tor only works for TCP streams and can be used by any application with SOCKS support. Folie 17

18 Arbeitsweise von TOR (3) zeitlich veränderbare Pfade For efficiency, the Tor software uses the same circuit for connections that happen within the same ten minutes or so. Later requests are given a new circuit, to keep people from linking your earlier actions to the new ones.

19 Übungen zur Vorlesung VPN Virtual Private Networks ÜBUNGEN LV-07 Folie 19

20 Übungen-LV-07 Ü01 1. Wie arbeitet das Sliding Window Prinzip? Wie könnte das Sliding Window Prinzip mittels formalen Methoden beschrieben werden? 2. Wie ist beim Layer-2 Tunneling der Aspekt der Vertraulichkeit geregelt? 3. Wie ist beim Layer-2 Tunneling der Aspekt der Integrität geregelt? 4. Welche weitere Möglichkeiten kennen Sie, um in einem Layer-2 Tunneling die Vertraulichkeit zu garantieren. 5. Welche Nachteile hat ein herkömmliches VPN, wenn neben der Vertraulichkeit auch die Anonymität gefordert ist. Beschreiben Sie hierzu zwei notwendige Modifikationen eines herkömmlichen VPNs Falls Sie eine Übung einreichen möchten, dann bitte in der folgenden Nomenklatur für die Datei LV07-Ü01-Name.pdf Folie 20

21 Literatur Huston G.: Internet Performance Survival Guide, QoS Strategies for Multiservice Networks, ISBN Comer, 1995: Internetworking with TCP/IP Vol. I., ISBN ITU-T Recommendation Series X: Data Networks and Open System Communications, Directory X.509 (03/2000) ITU-T Recommendation Series X: Data Networks and Open System Communications, Directory X.500 (02/2001) Aurand, A.: Sicherheit in CISCO- und Windows-2000-Netzwerken, Addison- Wesley-Verlag, ISBN , 2001 CISCO IOS 12.0 Network Security, CISCO Dokumentation, Verlag Markt&Technik, 2000, ISBN Stempfle, C.:RADIUS und Diameter, Seminar Mobilkommunikation SS2005 Folie 21