Protocolos de Seguridad en Internet

Protocolos de Seguridad

• Tema 8 aborda los protocolos que permiten el intercambio seguro de información por Internet.
• Todos estos protocolos se basan en una fuerte base criptográfica.

Introducción y Objetivos

• Los protocolos de seguridad ofrecen uno o varios servicios de seguridad, como confidencialidad y autenticación.
• La autenticación del emisor/receptor es importante para verificar su identidad, crucial en el comercio electrónico para evitar fraudes como el phishing.
• Protocolos como IPSec y SSL/TLS, estudiados en este tema, permiten establecer canales de comunicación seguros mediante algoritmos criptográficos.

IPSec

• IPsec [RFC4301] es un estándar que incorpora servicios de seguridad a nivel de red, proporcionando confidencialidad, integridad y autenticación.
• El uso de IPsec en IPv4 es opcional, mientras que en IPv6, aunque inicialmente obligatorio, se ha flexibilizado para casos concretos.

Asociación de Seguridad

• Una Asociación de Seguridad (SA) es una relación entre dos o más entidades que define cómo utilizarán los servicios de seguridad para comunicarse de forma segura.
• Se trata de un acuerdo que establece algoritmos de cifrado, duración de la asociación y métodos de autenticación.
• Los protocolos de seguridad requieren la negociación de parámetros para su empleo adecuado y la SA es la unidad básica de negociación.

Protocolos de la Arquitectura de Seguridad IP

• Cabecera de Autenticación (AH): [RFC4302] proporciona integridad y autenticación a los datagramas IP, permitiendo al receptor detectar manipulaciones y verificar la identidad del autor.
• Protocolo de Encapsulación Segura del Campo de Carga (ESP): [RFC 4303] además de integridad y autenticación, proporciona confidencialidad a los datagramas IP, restringiendo el acceso a entidades autorizadas.

Cabecera de Autenticación (AH)

• Protocolo que proporciona mecanismos de autenticación e integridad a los datagramas IP.
• Los datos de autenticación se colocan tras la cabecera original del datagrama IP, permitiendo a los sistemas no participantes ignorarlos.
• El rendimiento de la comunicación se ve afectado debido a la verificación de cada datagrama IP con cabecera AH.
• Los datos de autenticación se calculan sobre todo el paquete, excepto los campos modificados en el camino, como el TTL.
• Los extremos de la comunicación deben acordar las características de seguridad mediante una asociación de seguridad unidireccional.

Formato de la Cabecera de Autenticación

• Next Header: tipo de cabecera a continuación.
• Payload Length: tamaño de la cabecera en palabras de 32 bits.
• Reserved: espacio reservado para usos futuros.
• Security Parameter Index (SPI): número pseudoaleatorio de 32 bits que identifica una Asociación de Seguridad (SA).
• Sequence Number: previene ataques de reenvío.
• Authentication Data: código de autenticación del contenido, generalmente mediante un algoritmo de función resumen con clave.
• El remitente debe identificar la SA apropiada e insertar la información de autenticación en el campo de carga, mientras que el destinatario localiza la SA y verifica la consistencia de los datos de autenticación.

Encapsulación Segura del Campo de Carga: Protocolo ESP

• Permite dotar de confidencialidad en la capa de red (nivel IP), además de integridad y autenticación.
• Soporta encryption-only y authentication-only para elegir un servicio de seguridad particular.

Importancia de Acuerdos en la Comunicación Segura

• Es esencial que ambos extremos de la comunicación acuerden características para una comunicación segura.
• Al igual que en AH, deben establecer al menos una asociación de seguridad para cada sentido de la comunicación, renovable a lo largo de la conexión.
• El coste computacional del cifrado y descifrado puede afectar el rendimiento en ciertos sistemas.

Formato de la Cabecera ESP

• Security Parameter Index (SPI): Número pseudoaleatorio de 32 bits que identifica una asociación de seguridad.
• Sequence Number: Previene ataques de reenvío.
• Encrypted Data and Parameters: Incluye un vector de inicialización e información cifrada de protocolos superiores.
• Authentication Data: Permite la comprobación de la autenticación e integridad del paquete ESP, incluyendo ESP trailer, ESP payload y la cabecera ESP, pero sin considerar cabecera IP ni el propio campo Authentication Data.
• El SPI y el sequence number van en la cabecera ESP; el ESP tráiler contiene el padding, la longitud del paquete, el protocolo siguiente y los datos de autenticación de ESP.
• El ESP payload y el ESP tráiler van cifrados, y la autenticación incluye la Cabecera ESP.

Protocolos ISAKMP e IKE

• ISAKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol): Propuesto por el IETF, define un marco seguro para el desarrollo de protocolos de seguridad, permitiendo la gestión y establecimiento de asociaciones de seguridad en la arquitectura IPSec.
• Protocolo IKE (Internet Key Exchange): implementacion concreta de ISAKMP, se ocupa de la negociación y gestión de los parámetros de seguridad especificos; su version mejorada es IKEv2, descrita en RFC4306 y RFC4307.
• El protocolo IKE establece un acuerdo inicial entre extremos del canal seguro IPSec, proveyendo los elementos necesarios para su establecimiento seguro y protegiendo el flujo de información en Internet.

Fases del Protocolo IKE

• IKE Fase 1: Establece una clave de sesión (clave de sesión IKE, SA ISAKMP) a partir de un secreto maestro y autentica mutuamente los extremos.
• IKE Fase 2: Establece una nueva negociación de asociaciones de seguridad mediante propuesta-selección (asociación de seguridad IPSec), con una clave de sesión que protege la comunicación.

Detalles de la Fase 1 de IKE

• Negociación de parámetros IKE propuesta-selección: Se acuerda una asociación de seguridad (SA ISAKMP).
• Intercambio de material clave mediante algoritmos Diffie-Hellman.
• Derivación de claves de sesión IKE a partir del secreto maestro obtenido del material criptográfico anterior.
• Autenticación mutua de los extremos, protegida mediante el cifrado con la Clave de Sesión IKE.

Modos de Funcionamiento en la Fase 1 de IKE

• Modo principal (main): Requiere la identificación protegida de ambas partes, resultando más seguro.
• Modo agresivo (aggressive): Obvia la identificación protegida, menos recomendado en escenarios críticos.

Detalles de la Fase 2 de IKE

• Se establece una negociación de asociaciones de seguridad mediante propuesta-selección (Asociación de Seguridad IPSec) con una clave de sesión que protege la comunicación.
• No se produce la autenticación de las partes, ya que fueron autenticadas en la fase anterior.
• Se le llama fase rápida (Quick).

Proceso al Concluir la Fase 2 de IKE

• El canal seguro IPSec se establece.
• Todo el tráfico de datos entre los extremos de la comunicación se transmite de forma segura a través de Internet.

Modos IPSec

• IPSec se puede usar para establecer un canal de comunicación seguro entre dos gateways o entre dos hosts.
• Existen dos modos: modo túnel y modo transporte.

Modo Túnel

• No es exclusivo de la tecnología IPSec y puede darse en distintos niveles de la pila de protocolos.
• Se utiliza para asegurar una zona de una red, donde los dispositivos que aseguran la comunicación no son los dispositivos finales.
• Consiste en encapsular el paquete IP con cabeceras IPSec.

Modo Transporte

• Consiste en proteger la cabecera del nivel de transporte mediante los protocolos IPSec AH y ESP.
• Es utilizado para asegurar las comunicaciones extremo a extremo.

SSL/TLS

• Secure Socket Layer (SSL) fue desarrollado por Netscape.
• La Internet Engineering Task Force (IETF) estandarizó el protocolo.
• Transport Layer Security (TLS) es la primera versión del protocolo SSLv3 con algunas mejoras.
• Las versiones actuales que se utilizan son la 1.2 y 1.3.

Arquitectura SSL

• Autenticación, integridad y confidencialidad de la información mediante mecanismos criptográficos.
• Autenticación del servidor, y mediante esta autenticación, se establece un canal confidencial, mientras que el cliente se mantiene sin autenticar.

SSL Proporciona

• Autenticaciones mutuas.
• Algoritmos criptográficos anónimos que permiten que el servidor no sea autenticado.

Fases Principales de SSL

• Autenticación del servidor: Se realiza al inicio del protocolo mediante el envío de la clave pública del servidor en el certificado X.509.
• Confidencialidad e integridad de los datos: El usuario recibe la clave pública del servidor y la usa para enviar de forma segura el material criptográfico necesario para generar la clave de sesión.
• Autenticación del usuario: Firma digital generada por el usuario con su clave privada y envío de su clave pública mediante un certificado X.509.

Conceptos Importantes en SSL

• Sesión: Creada por el protocolo handshake entre cliente y servidor, define los parámetros criptográficos de seguridad para múltiples conexiones.
• Conexión: Transporte que ofrece algún servicio y que está asociado a una sesión.

Estructura del Protocolo SSL

• Es un protocolo de dos niveles sustentado en TCP y ubicado entre la capa de transporte y la capa de aplicación.
• Proporciona seguridad a protocolos de servicio como HTTP, FTP, POP3, IMAP, entre otros.
• La capa SSL Record Protocol encapsula los protocolos de nivel superior.
• La segunda capa está compuesta por los protocolos de SSL: Handshake, Change Cipher Spec y Alert.

Protocolos SSL

• SSL Record Protocol: Proporciona confidencialidad mediante el cifrado de datos y autenticación e integridad del mensaje a partir de una clave generada en el Handshake.
• SSL Handshake Protocol: Permite la autenticación de servidor y cliente, negocia el algoritmo de cifrado y calcula las claves.
• SSL Change Cipher Spec Protocol: Indica al otro extremo de la conexión que se está listo para empezar a utilizar el material generado.
• SSL Alert Protocol: Permite enviar mensajes de alerta al otro extremo.

SSL Handshake Protocol

• Protocolo que permite la autenticación de servidor y cliente, negociación de algoritmos de cifrado y cálculo de claves.
• Consiste en mensajes intercambiados entre servidor y cliente, con campos de tipo, longitud y contenido.

Fases del Intercambio de Mensajes en SSL

• Primera fase: Inicio de la conexión y establecimiento de las capacidades de cada extremo.
• Segunda fase: Se lleva a cabo la autenticación del servidor y el intercambio de clave.
• Tercera fase: Se lleva a cabo la autenticación del cliente y el intercambio de clave.
• Cuarta fase: Finaliza la negociación de parámetros.

Datagrama TLS (DTLS)

• Extensión del protocolo TLS que provee los mismos servicios de seguridad sobre UDP.
• Se caracteriza por negociación de claves sin conexión, realización sobre la misma conexión UDP, implementación de controles de TCP y establecimiento de una sesión fiable.

Diferencias Principales entre DTLS y TLS

• Los registros no se fragmentan.
• Control de retransmisiones con tiempo y secuencia; además, DTLS contiene una ventana de antirrepetición.
• Modos de cifrado emplean CBC con vector de iniciación explícito.
• Timeout y retransmisiones dependen del RTT establecido.
• Empleo de cookies para evitar ataques de denegación de servicio (DoS).