IPsec: IKEv2, ESP ve AH Protokolleri

IPsec tek bir protokol değil, IP trafiğinin kimliğini doğrulamak ve trafiği şifrelemek için kullanılan bir standartlar paketidir. Ana bileşenler; Güvenlik İlişkilerini oluşturup yönetmek için IKE (İnternet Anahtar Değişimi), şifreleme ve bütünlük için ESP (Kapsüllenmiş Güvenlik Yükü) ve şifreleme olmadan bütünlük için AH (Kimlik Doğrulama Başlığı) protokolleridir. IPsec ağ katmanında çalışır ve uygulamalarda değişiklik yapmadan tüm trafiği korur.

IKEv2 (RFC 7296), IKEv1'in yerini daha basit ve verimli bir tasarımla almıştır. IKEv1 birden çok kip ve ileti alışverişi gerektirirken IKEv2 tek, birleştirilmiş bir değiş tokuş modeli kullanır. IKEv2 ayrıca yerleşik NAT geçişi, kullanıcı kimlik doğrulaması için EAP desteği, mobil IP adresi değişiklikleri için MOBIKE ve daha güçlü güvenlik varsayılanları içerir. Modern VPN uygulamalarının çoğu IKEv2 kullanır.

IKE_SA_INIT değiş tokuşu, IKE Güvenlik İlişkisini oluşturur. Başlatan taraf desteklenen algoritmaları, Diffie-Hellman anahtar paylaşımını ve bir tek kullanımlık değeri gönderir. Yanıtlayan taraf algoritmaları seçer, kendi DH anahtar paylaşımını ve tek kullanımlık değerini gönderir. Her iki taraf da aynı paylaşılan gizli değeri hesaplar ve IKE SA için anahtarlar türetir. Bu değiş tokuş, sonraki IKE_AUTH aşamasını korur.

IKE_AUTH değiş tokuşu, eşlerin kimliklerini doğrular ve asıl trafik için ilk alt SA'yı oluşturur. Kimlik doğrulaması X.509 sertifikalarıyla (en güvenli yöntem), önceden paylaşılmış anahtarlarla (PSK) veya kullanıcı düzeyinde kimlik doğrulaması için EAP yöntemleriyle yapılabilir. Değiş tokuş ayrıca alt SA parametrelerini de belirler: trafik seçicileri (hangi IP aralıklarının korunacağı), şifreleme algoritması ve bütünlük algoritması.

ESP (Kapsüllenmiş Güvenlik Yükü), IPsec trafik korumasının temel bileşenidir. Tünel kipinde ESP, özgün IP paketinin tamamını ESP başlığı içeren yeni bir IP paketine kapsüller ve hem şifreleme hem de bütünlük sağlar. Taşıma kipinde ESP, özgün IP paketinin yalnızca yükünü korur ve özgün IP başlığını olduğu gibi bırakır. AES-256-GCM, modern dağıtımlarda ESP için önerilen algoritmadır.

AH (Kimlik Doğrulama Başlığı), şifreleme olmadan bütünlük ve kimlik doğrulaması sağlar. ESP'nin aksine özgün IP başlığını da kapsar; ancak bu durum, IP başlığı alanlarını değiştiren NAT ile AH'yi uyumsuz hâle getirir. AH gizlilik sağlamadığı ve NAT geçişini bozduğu için pratikte nadiren kullanılır. Güçlü AEAD algoritmalarına sahip ESP, AH ile ayrıca şifreleme kullanılmasına kıyasla daha iyi koruma sağlar.

Taşıma kipinde IPsec, iki uç nokta arasındaki yükü korur ancak IP başlıklarını görünür bırakır. Bu kip, yönlendirme bilgilerinin gizlenmesinin gerekmediği ana bilgisayardan ana bilgisayara iletişimlerde kullanılır. Tünel kipinde özgün IP paketinin tamamı yeni bir paketin içine kapsüllenerek kaynak ve hedef gözlemcilerden gizlenir. VPN ağ geçitleri, ağları veya kullanıcıları ağlara bağlamak için her zaman tünel kipini kullanır.

Standart ESP, bütünlük denetiminin kapsadığı IP başlıklarını ve bağlantı noktası numaralarını NAT değiştirdiği için NAT üzerinden geçemez. IPsec bu sorunu NAT-T (NAT Geçişi) ile çözer: IKE değiş tokuşu sırasında NAT'ı algılar ve ESP paketlerini 4500 numaralı UDP bağlantı noktası üzerinden kapsüller. Bu UDP sarmalaması, NAT'ın ESP bütünlük doğrulamasını bozmadan adresleri çevirmesine olanak tanır.

IPsec, tüm etkin SA'ları anahtarları, algoritmaları ve yaşam süreleriyle birlikte depolayan bir Güvenlik İlişkileri Veritabanı (SAD) tutar. Güvenlik İlkesi Veritabanı (SPD), hangi trafiğin korunması, atlanması veya atılması gerektiğini tanımlar. Giden trafik bir SPD girdisiyle eşleştiğinde çekirdek, SAD'de uygun SA'yı arar veya oluşturur ve belirtilen korumayı uygular.

IKEv2'de EAP (Genişletilebilir Kimlik Doğrulama Protokolü), sertifikaların ve PSK'nin ötesinde kullanıcı düzeyinde kimlik doğrulama yöntemlerini etkinleştirir. EAP-TLS istemci sertifikalarını, EAP-MSCHAPv2 kullanıcı adı ve parolayı (Windows istemcilerinde yaygındır), EAP-TTLS ise iç yöntemleri bir TLS oturumu içinde tünellemeyi kullanır. Birçok kurumsal IPsec VPN'i ağ geçidi için sertifika kimlik doğrulaması, bireysel kullanıcılar için de EAP kullanır.

Güvenlik İlişkilerinin bayt ve zaman cinsinden yaşam süresi sınırları vardır. Bir alt SA yaşam süresine yaklaştığında IKEv2, CREATE_CHILD_SA değiş tokuşu aracılığıyla yeni anahtarlarla yeni bir SA'yı otomatik olarak oluşturur. Bu anahtar yenileme, ileri yönlü gizlilik sağlar: mevcut anahtarın ele geçirilmesi, önceki anahtarlarla şifrelenmiş geçmiş trafiği açığa çıkarmaz. IKE SA yaşam süreleri genellikle alt SA yaşam sürelerinden daha uzundur.

Özgün IP paketinin tamamını yeni bir paketin içine kapsülleyerek özgün kaynak ve hedef adreslerini gizleyen IPsec kipi hangisidir?

IPsec özeti: IKEv2, IKE_SA_INIT (DH anahtar değiş tokuşu) ve IKE_AUTH (eş kimlik doğrulaması) aracılığıyla Güvenlik İlişkileri oluşturur; ESP, trafik için şifrelenmiş ve kimliği doğrulanmış tünel kipi sağlar; AH, NAT ile uyumsuzluğu nedeniyle nadiren kullanılır; NAT-T, NAT geçişi için ESP'yi UDP içine sarar ve otomatik anahtar yenileme, VPN oturumunun yaşam süresi boyunca ileri yönlü gizlilik sağlar.