Sicherheitsmanagement in TCP/IP-Netzen: Aktuelle Protokolle, praktischer Einsatz, neue Entwicklungen

230 Pages·2000·6.55 MB·German

by  Kai Martius (auth.)

iaK Martius
Sicherheits management
in TCP jIP-Netzen
DuD-Fach bei träge
herausgegeben nov Andreas Pfitzmann, Helmut ,remieR lraK Rihaczek
und Alexander legan(cid:223)oR
eiD Buchreihe DuD-Fachbeitr(cid:228)ge erg(cid:228)nzt die Zeitschrift DuD - Datenschutz und ›netaD
sicherheit ni einem aktuellen und zukunftstr(cid:228)chtigen ,teibeG das f(cid:252)r Wirtschaft, ›tneff(cid:246)
liche Verwaltung und Hochschulen gleicherma(cid:223)en wichtig .tsi eiD Thematik verbindet
Informatik, ,-sthceR Kommunikations- und Wirtschaftswissenschaften.
neD Lesern werden nicht nur hcilhcaf ausgewiesene Beitr(cid:228)ge der eigenen Disziplin ›eg
boten, sondern auch immer wieder Gelegenheit, ekcilB (cid:252)ber den fachlichen nuaZ uz ›rew
.nef oS steht die Buchreihe mi Dienst eines interdisziplin(cid:228)ren ,sgolaiD der eid znetepmoK
hinsichtlich eines sicheren und verantwortungsvollen Umgangs tim der Informations›
technik f(cid:246)rdern .eg(cid:246)m
Unter anderem sind erschienen:
J-lans-Jürgen Seelos Alexander Roßnagel, Reinhold Haux,
Informationssysteme und Datenschutz Wolfgang Herzog (Hrsg.)
mi Krankenhaus Mobile und sichere Kommunikation
im Gesundheitswesen
Wilfried Dankmeier
Codierung Hannes Federrath
Sicherheit mobiler Kommunikation
Heinrich Rust
Zuverl(cid:228)ssigkeit und Verantwortung Volker Hammer
eiD .2 Dimension der IT-Sicherheit
Albrecht Glade, Helmut Reimer
und Bruno Struif (Hrsg.) Pa trick Horster
Digitale Signatur & Sicherheitsinfrastrukturen
Sicherheitssensitive Anwendungen
Gunter Lepschies
Joachim Rieß E-Commerce und Hackerschutz
Regulierung und Datenschutz im
Pa trick Horster, Dirk Fox (Hrsg.)
europ(cid:228)ischen Telekommunikationsrecht
Datenschutz und Datensicherheit
Ulrieh Seidel
Michael Sobirey
Das Recht des elektronischen
Datenschutzorientiertes
Gesch(cid:228)ftsverkehrs
Intrusion Detection
Rolf Oppliger
Rainer Baumgart, Kai Rannenberg,
IT-Sicherheit
Dieter Wähner und Gerhard Weck (Hrsg.)
Hans 11. Brüggemann Verl(cid:228)(cid:223)liche IT-Systeme
Spezifikation von objektorientierten
Alexander Röhm, Dirk Fox,
Rechten
Rüdiger Grimm und DetlefSchoder (Hrsg.)
Günter Müller, Kai Rannenberg, Sicherheit und Electronic Commerce
Manfred Reitenspieß, Helmut Stiegler
Dogan Kesdogan
Verl(cid:228)(cid:223)liche IT-Systeme
Privacy mi Internet
Kai Rannenberg
Kai Martius
Zertifizierung mehrseitiger
Sicherheitsmanagement
IT-Sicherheit
in PCT IrP-Netzen
iaK Martius
Sicherheits management
in TCP / IP-Netzen
Aktuelle Protokolle,
praktischer Einsatz,
neue Entwicklungen
IJ
vleweg
eiD Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
niE Titeldatensatz f(cid:252)r diese Publikation ist ieb
Der Deutschen Bibliothek erh(cid:228)ltlich
NBSI 1-52750-825-3-879 NBSI 8-78850-366-3-879 )kooBe(
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saD Werk einschlie(cid:223)lich aller seiner elieT ist urheberrechtJich
gesch(cid:252)tzt. Jede Verwertung au(cid:223)erhalb der engen Grenzen des
Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzul(cid:228)s›
sig und strafbar. saD gilt insbesondere f(cid:252)r Vervielf(cid:228)ltigungen,
(cid:220)bersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und
Verarbeitung ni elektronischen Systemen.
http://www.vieweg.de
eiD Wiedergabe nov Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in die›
sem kreW berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass
solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als ierf zu
betrachten w(cid:228)ren und daher von jedermann benutzt werden d(cid:252)rften.
H(cid:246)chste inhaltliche und technische Qualit(cid:228)t unserer Produkte ist unser .leiZ ieB der
Produktion und Verbreitung unserer B(cid:252)cher wollen wir die Umwelt schonen. Dieses hcuB
ist deshalb auf s(cid:228)urefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. eiD Einschwei(cid:223)›
eilof besteht aus Poly(cid:228)thylen und damit aus organischen Grundstoffen, die weder bei der
Herstellung noch bei Verbrennung Schadstoffe freisetzen.
Konzeption und tuoyaL des Umschlags: Ulrike ,legieW www.CorporateDesignGroup.de
Gesamtherstellung: Lengericher Handelsdruckerei, Lengerich
Vorwort
Sicherheits aspekte spielen ieb der Nutzung sed Internet sla Plattform r(cid:252)f ECommerce
,enie wenn nicht die entscheidende .elloR Eines der h(cid:228)ufigsten Argumente r(cid:252)f eid Verz(cid:246)›
gerung des breiten Internet-Einsatzes sla umfassende Kommunikationsplattform auch r(cid:252)f
unternehmenskritische Anwendungen ist eid derzeit (vermeintlich) ungen(cid:252)gende Sicher›
heit sed Internet. Auf der anderen Seite gibt se heute nie tsaf inflation(cid:228)res Produktangebot
mi Sicherheitsbereich. Bevor se jedoch na eid Produktauswahl ,theg ssum man wissen,
welche Sicherheitsvorkehrungen (cid:252)berhaupt getroffen werden .nellos saD bedingt wieder›
,mu eid Protokolle und Anwendungen, deren Funktionsweise und Sicherheitsrisiken uz
kennen.
Eine ganze Reihe neuer Entwicklungen in Form verschiedener Sicherheitsprotokolle, wie
,LSS S-HTTP oder Secure ,llehS nednif hcis dabei (manchmal unter Marketingbegriffen
versteckt) in aktuellen Produkten wieder. Aber wie funktionieren diese im Detail? Wo›
durch ist deren Sicherheit gekennzeichnet? Und r(cid:252)f welche Einsatzf(cid:228)lle sind diese beson›
ders geeignet? Kann man diese und (cid:228)hnliche Fragen beantworten, ist man einer profunden
Produktauswahl und der L(cid:246)sung der Sicherheitsprobleme schon einen Schritt .reh(cid:228)n
Eines der neuen Schlagworte ist zweifellos sad "Virtual Private Network" - kurz .NPV
Mit dieser "sicheren Vernetzung (cid:252)ber unsichere Infrastrukturen" kann man zum einen
Kommunikationsabl(cid:228)ufe verbessern und zum anderen durch den Ersatz herk(cid:246)mmlicher
Technologien hohe Einsparungen erzielen. Viele Einsatzf(cid:228)lle und Studien halten Amorti›
sationszeiten von unter einem Jahr r(cid:252)f eine ohne weiteres uz erreichende .e(cid:223)(cid:246)rG Die
(Sicherheits-) Technologie hinter VPNs stellen zweifellos eid IPSec-Protokolle .rad Diese
Technologie wird eine ganz besondere Rolle r(cid:252)f eid k(cid:252)nftige Sicherheitsinfrastruktur mi
Internet darstellen. Mit ihr driw sozusagen eid Sicherheit in den Kern sed Netzes - in den
Datentransport - eingebaut und r(cid:252)f ella Anwendungen und Dienste verf(cid:252)gbar gemacht.
Zunehmend bauen euen Protokollentwicklungen auf eid Sicherheit, eid von IPSec geboten
,driw beispielsweise 3vPMNS oder .PT2L
Welche Szenarien k(cid:246)nnen heute mit dieser Technologie konkret gel(cid:246)st werden? Reichen
die Funktionen, die IPSec heute ,teteib aber auch ,sua um r(cid:252)f weitaus komplexere Netze
und Anforderungen der Zukunft ger(cid:252)stet uz sein? Welche Anforderungen stehen bez(cid:252)g›
lich eines flexiblen und effizienten Sicherheitsmanagements in k(cid:252)nftigen Netzen ›reb(cid:252)
haupt?
IV VORWORT
Mit MIKE - dem Multi-Domain Internet yeK Exchange - soll in Kombination mit einem
geeigneten Policy Management System nie Ansatz r(cid:252)f ein effizientes Sicherheitsmanage›
ment in komplexen Netzstrukturen vorgestellt werden. Dabei driw sad Rad thcin neu
erfunden, sondern weitestgehend auf vorhandener Technologie aufgebaut.
Ein entscheidender Aspekt ni der Entwicklung und Auswahl von Technologien (cid:252)berhaupt
ist eid Form ihrer Standardisierung. Propriet(cid:228)re L(cid:246)sungen haben heute (berechtigterweise)
am Markt kaum noch eine Chance. saD ieb weitem wichtigste Standardisierungsgremium
im Internetumfeld ist eid Internet Engineering Task Force .)FTEI( Mit enormer ›eG
schwindigkeit wurden und werden durch eine )tsaf( unorganisierte Gemeinschaft von
Entwicklern Protokolle und Implementierungen f(cid:252)r eid neuen technologischen Herausfor›
derungen mi Internet geschaffen. nieK Hersteller kann hcis mehr der Umsetzung dieser
Protokolle entziehen, da der Markt einfach eid Kompatibilit(cid:228)t uz Internet-Standards ›rof
.tred Zudem hat sich der Entwicklungsprozess ni dieser Gemeinschaft sla unerh(cid:246)rt ›aerk
,vit effizient und robust erwiesen - eid Maxime "Just rough consensus dna running code"
hat hcis auch bei mittlerweile tausenden aktiv Beteiligten sla eid Triebfeder der Entwick›
lung bew(cid:228)hrt. nI der IETF wird Engineering damit noch gro(cid:223) geschrieben.
Auch eid hier beschriebenen Sicherheitstechnologien werden ausschlie(cid:223)lich in diesem
IETF-Umfeld angesiedelt. Das gilt ebenso f(cid:252)r ,EKIM sad nicht im Stadium einer wissen›
schaftlichen Arbeit verharrt, sondern in der IETF sla Protokoll vorschlag zur Diskussion
gestellt wurde und auf reges Interesse .(cid:223)eits
Apropos wissenschaftliche Arbeit - sad Buch entstand im Wesentlichen sua meiner Dis›
sertationsschrift na der Fakult(cid:228)t Elektrotechnik der Technischen Universit(cid:228)t Dresden. eiD
dort im Rahmen eines medizinischen Projektes einzusetzenden Sicherheitsmechanismen
verlangten im Wesentlichen nach Verfahren, eiw eis mit IPSec heute bereitstehen. ›rellA
dings zeigten sich Defizite mi Bereich Sicherheitsmanagement, eid ich kurzerhand zum
Anlass nahm, eine umfassende Arbeit sua der Thematik anzufertigen. Allerdings sind eid
rein wissenschaftlichen Aspekte in diesem Buch auf ein relativ kleines Ma(cid:223) beschr(cid:228)nkt,
das Buch m(cid:246)chte eher eid Technologie einem breiten Publikum zug(cid:228)nglich machen.
Dissertation und Buch w(cid:228)ren nicht entstanden, wenn mir nicht gro(cid:223)z(cid:252)gige Freir(cid:228)ume bei
meiner fr(cid:252)heren T(cid:228)tigkeit am Institut r(cid:252)f Medizinische Informatik und Biometrie gew(cid:228)hrt
worden .ner(cid:228)w Mein Dank gilt hier besonders Herrn .rD Kurt Strelocke und Herrn .forP
Hildebrand .htanuK Wertvolle Hinweise f(cid:252)r eid inhaltliche Gestaltung und die praktische
Umsetzung gaben mir .forP Alexander Schill und .forP Adolf Finger. Besonders interes›
sant und fruchtbar waren eid Diskussionen w(cid:228)hrend einiger "IETFs" mit Luis Sanchez,
Matthew Condell und Charlie Lynn nov BBN Technologies sowie Dan Harkins von
Network Alchemy. Die T(cid:228)tigkeit ieb meinem neuen Arbeitgeger erlaubt es mir, weiterhin
aktiv na dem Entwicklungsprozess dieser Technologie teilzuhaben, saw mir eine ganz
besondere Freude .tsi Herrn .rD Klockenbusch mov Vieweg- Verlag nahm fast euphorisch
die Skripte uz diesem Buch ,fua was eine sehr kurzfristige Ver(cid:246)ffentlichung erm(cid:246)glichte.
Aber lla eid fachlichen Dinge n(cid:252)tzten nichts, wenn mich nicht meine Ehefrau Jana neben
mir gestanden und auf viele Stunden gemeinsamer Freizeit verzichtet .ett(cid:228)h
iaK Martius, kai@secunet. de
Inhalt
Einleitung ........................................................................................ 1
Was kann man aus diesem Buch erfahren .................................................................. 2
Wegweiser durch das Buch .......................................................................................... 3
Einordnung in internationale Entwicklungen ............................................................ 4
1 Internet-Sicherheit - Anforderungen aus der Praxis ........... 5
1.1 Intranets - "Internet inside" ............................................................................ 6
1.2 Der erste Schritt ins Netz .................................................................................. 8
1.3 Virtuelle Private Netze (VPN) und (Secure) Remote Access ......................... 9
1.3.1 Beispielszen.a.r.i.e.n. .................................................................................. 9
l.3.2 Virtual Private Network - der hcusreV einer Definition ........................... 41
3.3.1 gnulppoK nov sNPV ................................................................................. 51
1.4 ENXfi - Ein hervorragendes "Beispiel- VPN" .............................................. 71
1.5 Fazit ................................................................................................................. 02
2 Internet- Technologien deren Sicherheitsanalyse ......... 12
und
1.2 (cid:220)berblick ......................................................................................................... 22
2.2 Internet-Protokolle unter Sicherheitsaspekten ............................................. 24
1.2.2 Netzwerkprotokolle ................................................................................... 62
1.1.2.2 ARP sserddA ( Resolution Protokoll), RARP (Reverse -) ................ 62
2.2.l.2 IP (Internet Protocol) ........................................................................ 72
2.2.l.3 ICMP (Internet Control Message Protocol) ...................................... 33
2.2.2 Transportprotokolle ................................................................................... 53
1.2.2.2 UDP (User Datagram Protocol) ........................................................ 63
2.2.2.2 TCP (Transmission Control Protocol) ............................................... 36
3.2.2 Anwendungsprotokolle ............................................................................. 40
VIII INHALT
1.3.2.2 SND niamoD( Name System) ........................................................... 14
2.2.3.2 SMTP (SimpleMail Transfer )1ocotorP ............................................ 42
3.3.2.2 ten1eT ................................................................................................ 34
2.2.3.4 PTN (Network Time Protocol) ......................................................... 44
5.3.2.2 Auskunftsdienste ............................................................................... 44
2.2.3.6 CPR (Remote Procedure )sllaC ......................................................... 44
7.3.2.2 FrP eliF( Transfer Protocol) ............................................................. 74
8.3.2.2 FSP eliF( Service Protocol) .............................................................. 84
2.2.3.9 r-Kommandos ................................................................................... 94
2.2.3.10 WWW (World Wide )beW ............................................................... 94
11.3.2.2 NNTP (NetNews Transfer Protocol) ................................................ 15
2.2.3.12 Xli ................................................................................................... 15
2.2.4 (cid:220)bersicht der Risiken ............................................................................... 25
3.2 Aktuell eingesetzte Schutzmechanismen ....................................................... 35
1.3.2 Hostabsicherung ....................................................................................... 35
2.3.2 Verbindungssicherung .............................................................................. 54
1.2.3.2 Physische Verbindungssicherung ..................................................... 54
2.2.3.2 Logische Verbindungssicherung ....................................................... 54
3.3.2 Netzabsicherung ....................................................................................... 55
1.3.3.2 Paketfiltemder Router (Packet Screen) ............................................. 55
2.3.3.2 Application / Circuit Level Gateway ................................................ 75
3.3.3.2 Kombinationsformen ........................................................................ 59
4.3.2 Authentisierungsmechanismen r(cid:252)f Firewallsysteme ................................. 06
1.4.3.2 IP-Adressen und Ports ...................................................................... 16
2.3.4.2 Authentisierung auf Anwendungsebene ........................................... 26
5.3.2 (klassische) Remote-Access-Sicherheit .................................................... 46
1.5.3.2 Token-Systeme ................................................................................. 56
2.3.5.2 PAP/CHAP ....................................................................................... 76
3.5.3.2 SUIDAR / TACACS+ ...................................................................... 86
4.2 Fazit. ................................................................................................................ 17
5.2 Beispielszenario ..(cid:149)..........................................(cid:149)........(cid:149)...............................(cid:149)........ 27
3 eueN Entwicklungen im Internet-Umfeld ............................ 67
1.3 Infrastrukturkomponenten ............................................................................ 77
1.1.3 Zertifizierungsinstanzen (CAs) und Zertifikate ........................................ 87
3.1.2 Verzeichnisdienste .................................................................................... 18
1.2.1.3 Seeure SND SND-S( oder DNSSec) ................................................. 18
3.1.2.2 X.500-basierte Directories ................................................................ 68
2.3 Protokolle und Dienste auf Transport- und Anwendungsschicht ............... 78
1.2.3 SSL (Seeure Socket Layer) ....................................................................... 78
3.2.2 SSH (Seeure )llehS ................................................................................... 09
1.2.2.3 Teilprotokolle ................................................................................... 09
3.2.2.2 Vergleich uz SSL. ............................................................................. 29
INHALT XI
3.2.3 S-HTTP (Secure Hypertext Transfer Protocol) ......................................... 39
3.2.4 EMail-Sicherheit ....................................................................................... 39
3.3 Vergleich der Verfahren oberhalb der Netzwerkschicht ............................. 49
4.3 IPSec - Paketschutz ......................................................................................... 69
1.4.3 Funktionsweise ......................................................................................... 96
3.4.2 .idoM ......................................................................................................... 79
3.4.3 Einsatzm(cid:246)glichkeiten .............................................................................. 101
3.4.4 Security Associations )AS( ..................................................................... 101
1.4.4.3 .......K.o.n.z.e.p.t. ............................................................................. 101
3.4.4.2 SA Parameter .................................................................................. 101
3.4.5 Lokales Security-Management... ............................................................. 301
1.5.4.3 Security Policy Database ................................................................. 301
3.4.5.2 Security Association Database ........................................................ 501
3.4.6 Redundanz der Authentisierungsverfahren ............................................. 601
5.3 IPSec - Security Association Management I yeK Management ................. 701
1.5.3 SKIP (Simple Key-Management rof Internet Protocols) ......................... 801
3.5.2 Photuris ................................................................................................... 111
3.5.3 SKEME (Secure yeK Exchange Mechanism for eht Internet) ................ 511
3.5.4 Oakley Key Determination Protocol ....................................................... 611
3.5.5 ISAKMP ................................................................................................. 711
1.5.5.3 Nachrichtenformat .......................................................................... 811
3.5.5.2 Protokollphasen ............................................................................... 121
3.5.5.3 Exchange Types .............................................................................. 321
3.5.6 ISAKMP/Oakley (IKE - The Internet yeK Exchange) ............................ 321
1.6.5.3 Kryptographisch wichtige Funktionen r(cid:252)f ........I.K.E. .................... 321
3.5.6.2 Phasen und Modi in IKE ................................................................. 521
3.5.6.3 Authentisierung / Schl(cid:252)sseletablierung in Phase 1 ......................... 621
3.5.6.4 Beispiele r(cid:252)f Phase I ....................................................................... 721
3.5.6.5 Schl(cid:252)sseletablierung in Phase ..II .................................................... 331
3.5.6.6 Perfect Forward Secrecy (PFS) ....................................................... 531
3.5.6.7 Einigung auf Verschl(cid:252)sselungs- / Authentisierungsverfahren ......... 731
3.5.6.8 Vergleich der Phasen ...................................................................... 831
3.5.7 (cid:220)bersicht der Security-Management-Protokolle ..................................... 931
6.3 Nutzungsm(cid:246)glichkeiten und Restriktionen ................................................. 041
1.6.3 Ende-zu-Ende-Sicherheit ........................................................................ 041
3.6.2 Universeller Ansatz mit IPSec ................................................................ 241
7.3 Beispielszenarien ........................................................................................... 341
1.7.3 Remote Access-Beispiel ohne IPSec ....................................................... 341
3.7.2 Remote Access-Beispiel tim IPSec ......................................................... 541
3.7.3 ENXfi und IPSec .................................................................................... 541
8.3 Arbeitsblatt Internet-Sicherheitsprotokolle ................................................ 741
X INHALT
4 Security Management in komplexen Netzen ..................... 941
1.4 Anforderungen durch moderne, komplexe Netzstrukturen ...................... 051
2.4 Organisations(cid:252)bergreifendes Security Policy Management ..................... 151
3.4 IPSec und IKE in komplexen Netzstrukturen ............................................ 451
4.4 IPSec und Paketfilterfunktionen ................................................................. 551
1.4.4 Sichere Paketfilter mit IPSec-Mechanismen ........................................... 551
4.4.2 Sichere Paketfiltoehrn e IPSec ................................................................ 751
5.4 MIKE - Multi-Domain Authentication and yeK Management ................ 951
1.5.4 Schritte zur sicheren Verbindung ............................................................ 951
4.5.2 Notation dnu Begriffe ............................................................................. 061
4.5.3 Anforderungen na sad Protokoll - Designkriterien ................................. 161
4.5.4 Protokollablauf ....................................................................................... 261
4.5.5 Nachrichtenaufbau .................................................................................. 361
4.5.6 Authentisierungsmechanismen dnu -verfahren ni MIKE ....................... 561
4.5.7 Nachrichtenfluss ..................................................................................... 271
4.5.8 Pseudo-Code Notation ............................................................................ 771
4.5.9 gnureireneg1ess(cid:252)lhcS .............................................................................. 381
4.5.10 Einschr(cid:228)nkungen nov EKIM ................................................................. 481
11.5.4 Effizienzvergleich zwischen EKI dnu MIKE ........................................ 581
6.4 Prototypimplementierung von MIKE ......................................................... 781
7.4 Analyse kryptographischer Protokolle ....................................................... 691
1.7.4 Anforderungen na kryptographische Protokolle ..................................... 691
4.7.2 Voraussetzungen und Annabmen ........................................................... 691
3.7.4 Formale Analyseans(cid:228)tze ......................................................................... 791
4.7.4 esy1anA-"1eveL-hgiH" ............................................................................ 991
5.7.4 Vergleich -"1eveL-hgiH" / Logik-Analyse .............................................. 202
4.7.6 High-Level-Analyse nov lKE dnu MIKE ............................................... 202
8.4 Beispielszenario XNE !?fi ............................................................................ 902
Zusammenfassung ...................................................................... 211
Abbildungsverzeichnis ............................................................... 212
Abkürzungsverzeichnis ............................................................. 214
Literaturverzeichnis ................................................................... 216
Index ............................................................................................ 224