Conceptos básicos de IPsec

Asociaciones de seguridad

Una asociación de seguridad (SA) es un acuerdo unidireccional entre los participantes de la VPN en relación con los métodos y parámetros que se utilizan para proteger un canal de comunicación. Una comunicación bidireccional completa requiere al menos dos SA, una para cada dirección. A través de la SA, un túnel IPsec puede proporcionar las siguientes funciones de seguridad:

• Privacidad (mediante cifrado)

• Integridad del contenido (mediante autenticación de datos)

• Autenticación del remitente y, si se utilizan certificados, no rechazo (mediante la autenticación de origen de datos)

Las funciones de seguridad que emplee dependerán de sus necesidades. Si solo necesita autenticar el origen del paquete IP y la integridad del contenido, puede autenticar el paquete sin aplicar ningún cifrado. Por otro lado, si solo le preocupa conservar la privacidad, puede cifrar el paquete sin aplicar ningún mecanismo de autenticación. Opcionalmente, puede cifrar y autenticar el paquete. La mayoría de los diseñadores de seguridad de red optan por cifrar, autenticar y reproducir la protección de su tráfico VPN.

Un túnel IPsec consta de un par de SA unidireccionales (una SA para cada dirección del túnel) que especifican el índice de parámetros de seguridad (SPI), la dirección IP de destino y el protocolo de seguridad (encabezado de autenticación [AH] o carga de seguridad de encapsulación [ESP] empleados. Una SA agrupa los siguientes componentes para proteger las comunicaciones:

• Algoritmos y claves de seguridad.

• Modo de protocolo, ya sea de transporte o de túnel. Los dispositivos Junos OS siempre utilizan el modo de túnel. (Consulte Procesamiento de paquetes en modo de túnel.)

• Método de administración de claves, ya sea por clave manual o IKE de clave automática.

• Tiempo de vida útil de SA.

Para el tráfico entrante, Junos OS busca la SA mediante el siguiente trío:

• Dirección IP de destino.

• Protocolo de seguridad, ya sea AH o ESP.

• Valor del índice de parámetros de seguridad (SPI).

Para el tráfico de VPN saliente, la política invoca la SA asociada con el túnel VPN.

Clave manual

Mediante las claves manuales, los administradores en ambos extremos de un túnel configuran todos los parámetros de seguridad. Se trata de una técnica viable para redes pequeñas y estáticas en las cuales la distribución, el mantenimiento y el seguimiento de claves no son aspectos difíciles. Sin embargo, la distribución segura de configuraciones de clave manual a grandes distancias plantea problemas de seguridad. Aparte de pasar las claves cara a cara, no puede estar completamente seguro de que las claves no hubieran estado comprometidas durante la transmisión. Además, cada vez que desee cambiar la clave, enfrentará los mismos problemas de seguridad que cuando la distribuyó inicialmente.

IKE de clave automática

Cuando necesite crear y administrar varios túneles, necesitará un método que no exija configurar cada elemento manualmente. IPsec admite la generación y negociación automatizadas de claves y asociaciones de seguridad mediante el protocolo de Intercambio de claves por red (IKE). Junos OS se refiere a esta negociación automatizada de túnel como IKE de clave automática y admite IKE de clave automática con claves previamente compartidas e IKE de clave automática con certificados.

• AutoKey IKE con claves previamente compartidas: mediante AutoKey IKE con claves previamente compartidas para autenticar a los participantes en una sesión IKE, cada lado debe configurar e intercambiar de forma segura la clave previamente compartida por adelantado. En este sentido, el problema de la distribución segura de claves es el mismo que con las claves manuales. Sin embargo, a diferencia de una clave manual, una vez que se distribuye una clave automática, esta puede cambiar automáticamente sus claves a intervalos predeterminados mediante el protocolo IKE. El uso de claves que cambian frecuentemente mejora en gran medida la seguridad y, al hacerlo automáticamente, reduce considerablemente las responsabilidades de administración de claves. Sin embargo, el cambio de claves aumenta la sobrecarga del tráfico; por lo tanto, cambiar las claves con demasiada frecuencia puede reducir la eficiencia de transmisión de datos.

  Una clave previamente compartida es una clave para el cifrado y el descifrado, la cual deben tener ambos participantes antes de iniciar la comunicación.

• IKE de clave automática con certificados: cuando se utilizan certificados para autenticar a los participantes durante una negociación de IKE de clave automática, cada lado genera un par de claves pública y privada y adquiere un certificado. Mientras la autoridad de certificación (CA) emisora sea de confianza para ambos lados, los participantes pueden recuperar la clave pública del par y comprobar la firma del par. No es necesario hacer un seguimiento de las claves y las SA; IKE lo hace automáticamente.

Intercambio Diffie-Hellman

Un intercambio Diffie-Hellman (DH) permite que los participantes generen un valor secreto compartido. La ventaja de la técnica es que permite a los participantes crear el valor secreto mediante un medio no seguro sin enviar el valor secreto a través de la red. El tamaño del módulo primo utilizado en el cálculo de cada grupo difiere como se muestra en la tabla siguiente. Las operaciones de intercambio de Diffie Hellman (DH) se pueden realizar tanto en software como en hardware. A continuación se enumeran Tabla 1 diferentes grupos Diffie Hellman (DH) y se especifica si la operación realizada para ese grupo se realiza en el hardware o en el software.

Tabla 1: Grupos Diffie Hellman (DH) y sus operaciones de intercambio realizadas

Grupo Diffie-Hellman (DH)	Tamaño del módulo Prime
Grupo DH 1	768 bits
Grupo DH 2	102 bits
Grupo DH 5	1536 bits
Grupo DH 14	2048 bits
Grupo DH 15	3072 bits
Grupo DH 16	4096 bits
Grupo DH 19	Curva elíptica de 256 bits
Grupo DH 20	Curva elíptica de 384 bits
Grupo DH 21	Curva elíptica de 521 bits
Grupo DH 24	2048 bits con subgrupo de orden principal de 256 bits

A partir de Junos OS versión 19.1R1, los firewalls de la serie SRX (excepto los firewalls SRX300, SRX320, SRX340, SRX345, SRX380 SRX550HM Series) admiten los grupos DH 15, 16 y 21.

A partir de Junos OS versión 20.3R1, las instancias de firewall virtual vSRX (vSRX 3.0) con el paquete junos-ike instalado admiten los grupos DH 15, 16 y 21.

No recomendamos el uso de los grupos DH 1, 2 y 5.

Dado que el módulo para cada grupo DH tiene un tamaño diferente, los participantes deben acceder a utilizar el mismo grupo.

Algoritmos de autenticación IPsec (protocolo AH)

El protocolo de encabezado de autenticación (AH) proporciona un medio para comprobar la autenticidad e integridad del contenido y el origen de un paquete. Puede autenticar el paquete mediante la suma de comprobación calculada a través de un código de autenticación de mensajes hash (HMAC) mediante una clave secreta y las funciones hash MD5 o SHA.

• Síntesis del mensaje 5 (MD5): algoritmo que genera un hash de 128 bits (también denominado firma digital o síntesis de mensaje) a partir de un mensaje de longitud arbitraria y una clave de 16 bytes. El hash resultante se utiliza como una huella digital de la entrada para comprobar la autenticidad e integridad del contenido y el origen.

• Algoritmo de hash seguro (SHA): algoritmo que genera un hash de 160 bits a partir de un mensaje de longitud arbitraria y una clave de 20 bytes. Generalmente se considera más seguro que MD5 debido a los hash de mayor tamaño que produce. Dado que el procesamiento computacional se realiza en los circuitos ASIC, el costo de rendimiento es insignificante.

Para obtener más información acerca de los algoritmos hash MD5, consulte RFC 1321 y RFC 2403. Para obtener más información acerca de los algoritmos hash SHA, consulte RFC 2404. Para obtener más información acerca de HMAC, consulte RFC 2104.

Algoritmos de cifrado IPsec (protocolo ESP)

El protocolo carga de seguridad encapsuladora (ESP) proporciona un medio para garantizar la privacidad (cifrado) y la autenticación de origen e integridad del contenido (autenticación). ESP en modo de túnel encapsula todo el paquete IP (encabezado y carga) y, luego, anexa un nuevo encabezado IP al paquete que está ahora cifrado. Este nuevo encabezado de IP contiene la dirección de destino necesaria para enrutar los datos protegidos a través de la red. (Consulte Procesamiento de paquetes en modo de túnel.)

Con ESP, puede cifrar y autenticar, únicamente cifrar o únicamente autenticar. Para el cifrado, puede elegir uno de los siguientes algoritmos de cifrado:

• Estándar de cifrado de datos (DES): algoritmo de bloque criptográfico con una clave de 56 bits.

• Triple DES (3DES): una versión más potente de DES en la que el algoritmo DES original se aplica en tres rondas, utilizando una clave de 168 bits. DES proporciona ahorros significativos de rendimiento, pero se considera inaceptable para varias transferencias de material clasificado o confidencial.

• Estándar de cifrado avanzado (AES): un estándar de cifrado que ofrece una mayor interoperabilidad con otros dispositivos. Junos OS admite AES con claves de 128 bits, 192 bits y 256 bits.

• Cifrado autenticado con datos asociados ChaCha20-Poly1305: cifrado de flujo ChaCha20 que admite el cifrado autenticado con datos asociados (AEAD) mediante el autenticador Poly1305.

Para fines de autenticación, puede utilizar algoritmos MD5 o SHA.

Aunque es posible seleccionar NULL para el cifrado, se demostró que IPsec puede ser vulnerable a ataques en tales circunstancias. Por lo tanto, sugerimos que elija un algoritmo de cifrado para obtener la máxima seguridad.