IPsec: Protokol IKEv2, ESP, dan AH

IPsec bukan satu protokol tunggal, melainkan kumpulan standar untuk mengautentikasi dan mengenkripsi lalu lintas IP. Komponen utamanya adalah IKE (Pertukaran Kunci Internet) untuk membangun dan mengelola Asosiasi Keamanan, ESP (Muatan Keamanan yang Dienkapsulasi) untuk enkripsi dan integritas, serta AH (Tajuk Autentikasi) untuk integritas tanpa enkripsi. IPsec beroperasi pada lapisan jaringan, melindungi semua lalu lintas tanpa perubahan pada aplikasi.

IKEv2 (RFC 7296) menggantikan IKEv1 dengan rancangan yang lebih sederhana dan efisien. IKEv1 memerlukan beberapa mode dan pertukaran pesan; IKEv2 menggunakan satu model pertukaran terpadu. IKEv2 juga mencakup pelintasan NAT bawaan, dukungan EAP untuk autentikasi pengguna, MOBIKE untuk perubahan alamat IP seluler, serta bawaan keamanan yang lebih kuat. Sebagian besar penerapan VPN modern menggunakan IKEv2.

Pertukaran IKE_SA_INIT membangun Asosiasi Keamanan IKE. Inisiator mengirimkan algoritma yang didukung, bagian kunci Diffie-Hellman, dan nonce. Responder memilih algoritma, lalu mengirimkan bagian kunci DH dan nonce miliknya. Kedua pihak menghitung rahasia bersama yang sama dan menurunkan kunci untuk SA IKE. Pertukaran ini melindungi fase IKE_AUTH berikutnya.

Pertukaran IKE_AUTH mengautentikasi rekan dan membuat SA Anak pertama untuk lalu lintas sebenarnya. Autentikasi dapat menggunakan sertifikat X.509 (paling aman), kunci yang telah dibagikan sebelumnya (PSK), atau metode EAP untuk autentikasi tingkat pengguna. Pertukaran ini juga menegosiasikan parameter SA Anak: pemilih lalu lintas (rentang IP yang harus dilindungi), algoritma enkripsi, dan algoritma integritas.

ESP (Muatan Keamanan yang Dienkapsulasi) merupakan komponen utama perlindungan lalu lintas IPsec. Dalam mode terowongan, ESP mengenkapsulasi seluruh paket IP asli ke dalam paket IP baru dengan tajuk ESP, sehingga memberikan enkripsi dan integritas. Dalam mode transportasi, ESP hanya melindungi muatan paket IP asli, dengan mempertahankan tajuk IP asli. AES-256-GCM merupakan algoritma yang direkomendasikan untuk ESP dalam penerapan modern.

AH (Tajuk Autentikasi) memberikan integritas dan autentikasi tanpa enkripsi. AH mencakup tajuk IP asli (berbeda dengan ESP), tetapi hal ini membuat AH tidak kompatibel dengan NAT, yang mengubah bidang tajuk IP. Karena AH tidak memberikan kerahasiaan dan menghambat pelintasan NAT, AH jarang digunakan dalam praktik. ESP dengan algoritma AEAD yang kuat memberikan perlindungan yang lebih baik daripada AH yang dipadukan dengan enkripsi secara terpisah.

Dalam mode transportasi, IPsec melindungi muatan antara dua titik akhir tetapi membiarkan tajuk IP terlihat. Mode ini digunakan untuk komunikasi antarmesin ketika informasi perutean tidak perlu disembunyikan. Dalam mode terowongan, seluruh paket IP asli dienkapsulasi di dalam paket baru, sehingga menyembunyikan sumber dan tujuan dari pengamat. Gerbang VPN selalu menggunakan mode terowongan untuk menghubungkan jaringan atau pengguna ke jaringan.

ESP standar tidak dapat melewati NAT karena NAT mengubah tajuk IP dan nomor port yang dicakup oleh integritas ESP. IPsec mengatasi hal ini dengan NAT-T (Pelintasan NAT): NAT-T mendeteksi NAT dalam pertukaran IKE dan mengenkapsulasi paket ESP di dalam port UDP 4500. Pembungkus UDP ini memungkinkan NAT menerjemahkan alamat tanpa merusak verifikasi integritas ESP.

IPsec memelihara Basis Data Asosiasi Keamanan (SAD) yang menyimpan semua SA aktif beserta kunci, algoritma, dan masa berlakunya. Basis Data Kebijakan Keamanan (SPD) menentukan lalu lintas mana yang harus dilindungi, dilewati, atau dibuang. Ketika lalu lintas keluar cocok dengan entri SPD, kernel mencari atau membuat SA yang sesuai di SAD dan menerapkan perlindungan yang ditentukan.

EAP (Protokol Autentikasi yang Dapat Diperluas) dalam IKEv2 memungkinkan metode autentikasi tingkat pengguna selain sertifikat dan PSK. EAP-TLS menggunakan sertifikat klien, EAP-MSCHAPv2 menggunakan nama pengguna dan kata sandi (umum pada klien Windows), dan EAP-TTLS menyalurkan metode internal di dalam sesi TLS. Banyak VPN IPsec perusahaan menggunakan autentikasi berbasis sertifikat untuk gerbang dan EAP untuk setiap pengguna.

Asosiasi Keamanan memiliki batas masa berlaku berdasarkan jumlah byte dan waktu. Saat SA Anak mendekati masa berlakunya, IKEv2 secara otomatis membuat SA baru dengan kunci baru melalui pertukaran CREATE_CHILD_SA. Penggantian kunci ini memberikan kerahasiaan ke depan: kompromi kunci saat ini tidak membuka lalu lintas masa lalu yang dienkripsi dengan kunci sebelumnya. Masa berlaku SA IKE biasanya lebih lama daripada masa berlaku SA Anak.

Mode IPsec mana yang mengenkapsulasi seluruh paket IP asli ke dalam paket baru sehingga menyembunyikan alamat sumber dan tujuan asli?

Ringkasan IPsec: IKEv2 membangun Asosiasi Keamanan melalui IKE_SA_INIT (pertukaran kunci DH) dan IKE_AUTH (autentikasi rekan), ESP menyediakan mode terowongan terenkripsi dan terautentikasi untuk lalu lintas, AH jarang digunakan karena tidak kompatibel dengan NAT, NAT-T membungkus ESP dalam UDP untuk pelintasan NAT, dan penggantian kunci otomatis memberikan kerahasiaan ke depan sepanjang masa berlaku sesi VPN.