Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

Илл. 8.42. (а) ESP в транспортном режиме. (б) ESP в режиме туннелирования

Заголовок ESP состоит из двух 32-разрядных слов: Security parameters index (Указатель параметров безопасности) и Sequence number (Порядковый номер). Мы их уже встречали в заголовке AH. Третье слово, которое обычно следует за ними, при этом технически не являясь частью заголовка, это Initialization vector (Вектор инициализации); но если используется пустой алгоритм шифро­вания, это поле опускается.

ESP, как и АН, обеспечивает проверку целостности при помощи кода HMAC, однако вместо того чтобы включать хеш в заголовок, он вставляется после поля пользовательских данных (см. илл. 8.24). Такое расположение полей дает преимущество при аппаратной реализации метода: HMAC может подсчитываться во время передачи битов пользовательских данных по сети и добавляться в конце. Именно поэтому в Ethernet и других стандартах LAN CRC вставляется в трейлер, а не в заголовок. При использовании заголовка АН пакет нужно буферизовать и вычислять подпись, только после этого его можно отправлять. Это потенциально снижает число пакетов, которые можно передать за единицу времени.

Казалось бы, если ESP умеет делать все то же, что и АН (даже больше и при этом гораздо эффективнее), зачем вообще нужен АН? Причина скорее историческая. Изначально заголовок АН обеспечивал только проверку целостности, а ESP — только секретность. Позднее ESP стали использовать для проверки целостности, но разработчики АН не хотели, чтобы он канул в Лету после всей проделанной ими работы. Единственный (и довольно слабый) аргумент в пользу АН заключается в том, что с его помощью можно частично проверять заголовок IP, чего не умеет ESP. Еще один сомнительный довод состоит в том, что система, поддерживающая АН, но не поддерживающая ESP, может легче получить лицензию на экспорт, поскольку с помощью АН нельзя шифровать данные. Похоже, что этот заголовок все-таки исчезнет.

8.10.2. Виртуальные частные сети

У многих компаний имеются филиалы, расположенные в разных городах или даже в разных странах. До появления сетей общего доступа обычным делом было арендовать выделенную телефонную линию для организации связи между некоторыми (или всеми) парами подразделений. В некоторых компаниях такой подход применяется до сих пор. Сеть, состоящая из принадлежащих компании компьютеров и выделенных телефонных линий, называется частной сетью (private network).

Частные сети работают хорошо и обладают высокой степенью защищенности. Если бы были доступны только выделенные линии, в подразделениях компании не возникали бы утечки трафика. Злоумышленникам пришлось бы физически подключаться к линиям, чтобы перехватить данные, а это не так просто. Проблема в том, что аренда выделенных каналов между двумя точками обходится очень дорого. Когда появились сети общего доступа, а позднее и интернет, у многих компаний возникло естественное желание использовать их для передачи данных (а может, и голоса). Правда, при этом не хотелось жертвовать безопасностью, свойственной частной сети.

В качестве ответа на этот запрос появились виртуальные частные сети (Virtual Private Networks, VPN). Это оверлейные сети, которые работают поверх обычных общедоступных сетей, но обладают свойствами частных. Они называются виртуальными, поскольку это не более чем иллюзия, так же как виртуальные каналы — это не реальные каналы, а виртуальная память — не реальная память.

Часто VPN развертывают напрямую в интернете. Как правило, в каждом офисе устанавливается брандмауэр и создаются туннели через интернет между всеми парами офисов (илл. 8.43 (а)). Интернет удобен тем, что туннели можно устанавливать по требованию и, к примеру, подключать компьютер сотрудника, который находится дома или путешествует (при условии, что он имеет соединение с интернетом). Такая топология обеспечивает более высокую гибкость по сравнению с реальными выделенными линиями, но с точки зрения компьютеров внутри VPN она выглядит точно так же, как частная сеть (илл. 8.43 (б)). При запуске системы каждая пара брандмауэров должна договориться о параметрах SA, таких как набор услуг, режимов, алгоритмов и ключей. Если используется IPsec в режиме туннелирования, можно собрать весь трафик между любыми двумя парами офисов в один надежный поток и установить SA, обеспечив тем самым контроль целостности, секретности и даже определенную устойчивость к анализу трафика. Возможности VPN встроены во многие брандмауэры.

Илл. 8.43. (а) VPN. (б) Топология, видимая изнутри сети

Развернуть такую сеть можно и на некоторых обычных маршрутизаторах, но поскольку брандмауэры — это основа сетевой безопасности, вполне естественно начинать и заканчивать туннели именно на них, проводя четкую границу между компанией и интернетом.

Таким образом, естественная и наиболее распространенная комбинация — это брандмауэры, VPN и IPsec с ESP в режиме туннелирования.

После установления SA начинается передача данных. С точки зрения маршрутизатора, работающего в интернете, пакет, проходящий по туннелю VPN, — самый обычный пакет. Единственное, что его отличает от остальных, — это наличие заголовка IPsec после заголовка IP. Но поскольку дополнительные заголовки на процесс пересылки никак не влияют, заголовок IPsec маршрутизатору безразличен.

Другой подход, набирающий популярность, — реализация VPN с помощью интернет-провайдера. За счет использования MPLS (как обсуждалось в главе 5) пути для трафика VPN между офисами компании могут быть установлены через сеть интернет-провайдера. Эти пути отделяют трафик VPN от другого интернет-трафика и могут гарантировать определенную пропускную способность или другой уровень QoS.

Основное преимущество VPN состоит в том, что она совершенно прозрачна для любого пользовательского ПО. Установкой и управлением SA занимается брандмауэр. Единственный человек, знающий об устройстве сети, — системный администратор, который должен конфигурировать и поддерживать шлюзы безопасности (или администратор интернет-провайдера, настраивающий пути MPLS). Для всех остальных VPN мало чем отличается от частной сети на основе выделенной линии. Более подробную информацию об этих сетях вы можете найти в работе Ашрафа (Ashraf, 2018).

8.10.3. Безопасность в беспроводных сетях

Как ни парадоксально, с помощью VPN и брандмауэров очень просто создать систему, которая по логике абсолютно надежна, но на практике протекает, как решето. Такая ситуация может возникнуть, если в сети есть беспроводные устройства, передающие данные с помощью радиосигнала, который проходит прямо через брандмауэр в обоих направлениях. Радиус действия сетей 802.11 может составлять до 100 м, поэтому для перехвата информации шпион может просто приехать на автостоянку перед зданием фирмы, оставить в машине ноутбук с приемопередатчиком 802.11, записывающим все, что слышно в эфире, и пойти гулять по городу. Вернувшись под вечер, он обнаружит на диске ноутбука массу интересных сведений. Теоретически так быть не должно. Правда, теоретически ограбления банков тоже не должны происходить.

За многие проблемы безопасности стоит «поблагодарить» производителей беспроводных базовых станций (точек доступа), которые пытаются сделать свою продукцию удобной для