Transcript 資料(江) - 東京大学情報基盤センター

情報の暗号化
－必要性とその原理－
江崎浩、中山雅哉
東京大学 情報基盤センター
[email protected]
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はじめに
• セキュリティについて
– システムセキュリティ対策
– ネットワークセキュリティ対策
• セキュリティ対策としての情報の暗号化
– いくつかの動作原理
– アプリケーションでの対応策の実際
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What is “Security” ?
• 研究社 新英和大辞典より
–
–
–
–
–
–
–
安全、大丈夫、無事 (safety)
安心 (ease)、心丈夫 (confidence)
油断 (overconfidence)
防衛、防護 (defence)、保護 (protection)
[法] 保証 (guarantee)
有価証券 (stocks and bonds)
(公務員の信頼性や所属官庁などに対する) 秘密監
視団
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What is “Security” ?
• 研究社 新英和大辞典より
–
–
–
–
–
–
–
安全、大丈夫、無事 (safety)
安心 (ease)、心丈夫 (confidence)
油断 (overconfidence)
防衛、防護 (defence)、保護 (protection)
[法] 保証 (guarantee)
有価証券 (stocks and bonds)
(公務員の信頼性や所属官庁などに対する) 秘密監
視団
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セキュリティとは何か？
• 「守るべきものを守ること」
↓
• 「守るべきもの」について
– 「計算機と計算機ネットワーク」に限定
• 「守ること」について
– 何から保護するのか？
– セキュリティ対策のためにどれだけの時間、
労力、予算を充てるか？
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「守るべきもの」 （類別）
• 計算機
– システムセキュリティ
• 計算機ネットワーク
– ネットワークセキュリティ
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セキュリティ対策の必要性
• システムに対する脅威
– ユーザのデータが改竄される危険性がある
• Webページの改竄, データの消去など
– 計算機資源が不正利用される危険性がある
• SPAM relay, DDoS 攻撃の一翼など
• ネットワークに対する脅威
– １つでもセキュリティ・レベルの低い計算機が
あると、他の計算機も危険に晒される
• 踏み台アタック, sniffer など
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システムセキュリティ対策（１）
• 不要な計算機の停止
• 不必要なサービスの停止
– OSインストール時から動くサービスの見直し
• UNIX: Sendmail, rpc関連サービス, NIS等
• Windows: NetBEUI等
• Macintosh: AppleShare等
– システム起動時に動くサービスの見直し
• /etc/rc等で起動されるサービス
• /etc/inetd.conf 等で指定されるサービス
– 計算機やサービスへのアクセス制限の実施
• Tcpwrapperなどの活用
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システムセキュリティ対策（２）
• OS等へのセキュリティ対策
– 日頃からセキュリティ対策情報を入手
• ベンダーからのセキュリティ関連情報
• CERT/CC, JPCERT 等のアドバイザリ
– 稼動サービスに関するログ監視
• 不正アクセスなどに関する状況把握
– 定期的なバックアップ
• 問題発生時の早急な復旧のために
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システムセキュリティ対策（３）
• 共用ホストでのアカウント管理
– 複数人で共有するアカウントを作らない
– ユーザが管理できないアカウントの整理
• 利用者の行うアカウント管理
– 簡単に類推できるパスワードにしない
– 定期的なパスワード変更
– パスワードを他人に知られない様に管理する
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悪いパスワードとは
• 6文字以下の短い文字列
• 自分、配偶者、両親、子ども、ペットの名前やあ
だ名
• 友人、上司の名前やあだ名
• 自宅や会社の電話番号
• 誰かの誕生日
• 英語、日本語、外国語の辞書にある単語
• 地名、固有名詞
• 単純な文字列 (aaaaaaaa, 12345678 など)
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良いパスワードとは
•
•
•
•
長い
憶えやすく、書き留める必要がない
素早く入力できる
大文字、小文字、数字、記号などを織り交
ぜている
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システムセキュリティ対策（４）
• クライアントホストにおける管理
–
–
–
–
OS等へのセキュリティー対策情報の入手
ファイル共有時のアクセス権限をチェック
ウィルスチェックプログラムによる予防措置
定期的なバックアップ
• 利用者が行う注意事項
– 不用意なソフトウェア導入を避ける
– 電子メイルの添付ファイルにも注意を払う
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システムセキュリティ対策のまとめ
• どういう対策が必要かを調べる方法は？
– セキュリティ診断サービス
• 対策が済んだか確認する方法は？
– 電子メイルの不正中継テスト
• コンピュータウィルスへの予防方法は？
– コンピュータウィルス対策ソフトウェアの配布
• セキュリティ関連情報を調べる方法は？
– セキュリティ・リンク
http://www.nc.u-tokyo.ac.jp/security/
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システムセキュリティ対策で万
全？
• NO!!
• ネットワークを流れる情報の危険性
– telnet, ftp, pop などの実例
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簡単な通信モデル
Ａ
盗聴可
X
Ｒ
Ｂ
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ネットワーク構成（１）
Router
ＨＵＢ
A
ＨＵＢ
B
X
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ネットワーク構成（２）
Router
ＨＵＢ
S/W Hub
A
X
S/W HUB
B
研究室
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システムセキュリティ対策で万
全？
• NO!!
• ネットワークを流れる情報の危険性
– telnet, ftp, pop などの実例
• 何が必要？
• ネットワーク上の情報を守る方法
– パスワードの暗号化 → OTP、apop
– 通信自身の暗号化 → ssh、SSL, （Ipsec）
– 情報の正当性保証 → PGP等
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ネットワークセキュリティ
実世界の“価値ある”情報がネットワーク上に存在し
交換されている。
→ 情報の保護、利用者の認証、不正アクセスの防止
保護対象；
(1) データ
(a) 機密性(他人に知られたくない情報)
(b) 保全性(他人に変更されたくない情報)
(c) 可用性(管理を必要とする情報)
(2) 資源 (CPU、メモリなど)
(3) 評判
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ネットワークセキュリティ
1. セキュリティーポリシーを決める
2. ユーザーの認証(パスワード管理)
3. ファイルの保護
4. Secureなホストへの アクセスの方法
5. アクセス制御(xinetd， TCP wrappers)
6. 暗号化 (IPsec)
7. Firewall (e.g., socks)
8. 電子メイルシステム
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ネットワークセキュリティ
1. セキュリティーポリシーを決める
2. ユーザーの認証(パスワード管理)
3. ファイルの保護
4. Secureなホストへの アクセスの方法
5. アクセス制御(xinetd， TCP wrappers)
6. 暗号化 (IPsec)
7. Firewall (e.g., socks)
8. 電子メイルシステム
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ユーザの認証(アカウント管理)
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ユーザの認証(アカウント管理)
1. 想像しにくいパスワードの使用
-すべて小文字、すべて大文字とか、、、、
2. パスワードファイル(/etc/passwd)の保護
- Shadow Password File ； /etc/master.passwd
3. 使い捨てパスワード(OTP； One Time Password)
- Challenge & Response 型 with 共有鍵
4. ssh ； Secure Shell
- 暗号化された Remote Login with 公開鍵+秘密鍵
5. RADIUS (Remote Authentication Dial In User Services)
- ダイアルアップユーザに対する認証処理
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使い捨てパスワード ； OTP
・毎回異なるパスワードを利用する。
・Challenge & Response 型の認証
・同一の鍵をサーバーとクライアント間で共有する。
・例えば、
ftp://ftp.nrl.navy.mil/pub/security/opie/opie-2.3.tar.gz
・Windows95 上でのクライアントソフトもある。
19462
19462
28472
f(19462,28472)
= JOB ARTS WERE FEAT TITLE
JOB ARTS WERE FEAT TITLE
OK
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使い捨てパスワード ； OTP
1. 共有鍵の生成 ： 必ずコンソールから行うこと !
$ opiepasswd -c
Using MD5 to compute response:
Enter old secret pass phrase: 3J5Wd6PaWP
Enter new secret pass phrase: 9WA11WSfW95/NT
Again new secret pass phrase: 9WA11WSfW95/NT
ID tyler OPIE key is 498 wi01309
CITE JAN GORY BELA GET ABED
2. OPIE Keyの生成
$ opiekey -n 5 495 wi01309
Enter secret pass phase: 9WA11WSfW95/NT
491: HOST VET FOWL SEEK IOWA YAP
492: JOB ARTS WERE FEAT TILE IBIS
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使い捨てパスワード ； OTP
3. Login
$ telnet sh.wide.ad.jp
login: tyler
otp-md5 492 wi01309
response or password: JOB ARTS WERE FEAT TILE IBIS
OTPでできること：
パスワード盗聴の防止
OTPでできないこと：
login許可の後のデータは盗聴可能
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電子メイルシステムでの
セキュリティ技術
• 電子メイルシステムの概要
• メイル関連のセキュリティ的な問題・対策
–
–
–
–
–
ファイルアクセス権
パスワード保護; APOP
不正使用; SMTPサーバ アクセス制御
メイル改竄; 暗号メイル、ヘッダチェック
SPAMメイル
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パスワード保護
－ APOP －
• POP3の問題点
– パスワード情報が定期的に平文で交換される
– telnet(1キャラクタ/パケット)よりも危険
• 使い捨てパスワード(OTP)の利用
– パスワード＝
MD5(PROCESS_ID、TIME_STAMP、
HOSTNAME、APOP_PASSWORD)
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パスワード保護
－ APOP ; qpopper2.2－
・ APOPサーバ
(1) ディレクトリー作成
# mkdir /usr/local/bin/etc/popper
# chown pop.bin /usr/local/bin/etc/popper
# chmod 700 /usr/local/etc/popper
(2) APOPユーザDB作成
# /usr/local/bin/popauth -init
→ /usr/local/etc/popper/pop.auth.db
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パスワード保護
－ APOP ; qpopper2.2－
・ APOPサーバ
(3) APOPユーザの登録
# /usr/local/bin/popauth -usr hiroshi
Changing POP password for hiroshi
New password: *******
Retype new password: ********
(4) APOPユーザの削除
# /usr/local/bin/popauth -delete hiroshi
・ APOPクライアント
POP→APOP、 APOPパスワード設定
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APOP; Authenticated POP
IP address of esaki.nc.u-tokyo.ac.jp is 130.69.251.25
Socket 140 connection with port number 110 established
S: +OK QPOP (version 2.2-krb-IV) at esaki.nc.u-tokyo.ac.jp
starting. <[email protected]>
C:
APOP hiroshi dda5d5b82f4f6ac1d25adea125e170fa
S:
+OK hiroshi has 2 message(s) (4553 octets).
C:
LIST
S:
+OK 2 messages (4553 octets)
S:
1 4553
S:
.
C:
RETR 1
S:
+OK 4553 octets
Receiving #1...
C:
DELE 1
S:
+OK Message 1 has been deleted.
C:
QUIT
Remote host closed socket
S:
+OK Pop server at esaki.nc.u-tokyo.ac.jp signing off.
Socket closed successfully
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暗号化・認証アルゴリズム
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暗号化・認証アルゴリズム
[1] 平文の認証 (一般には、 N bits(入力) → m bits(出力), N>m)
(1) メッセージダイジェスト(圧縮暗号化)
- MD5 (Message Digest 5); RFC1321, RCC1828
→ POP3などでの認証に利用されている。
(2) HMAC (Keyed-Hashing for Authentication); RFC2104
- RFC1826(AH)などでのメッセージ認証
[2] 平文の暗号化
(3) 暗号化
① DES(Data Encryption Standard) ; 秘密鍵方式
② RSA(Rivest, Shamir, Adleman) ; 公開鍵方式
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秘密鍵暗号方式
・ DES (56bit鍵)
・ トリプルDES (112bits鍵)
・ RC2, RC4 (1024bits以下鍵)
・ IDEA (128bits鍵) ; PGPで使用されている
出典: http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
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公開鍵暗号方式
例； ssh (Secured Shelll)
出典: http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
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安全なRemote Shell
- ssh ； secure shell ・公開鍵暗号方式； 公開鍵＋秘密鍵
・フィンランド ヘルシンキ大学で開発
・RSA、 IDEA、 DES 方式による暗号化
・例えば； http://www.cs.hut.fi/ssh
・Windows95版クライアントもあります(Teraterm)
・sshd (secure shell daemon)
・ssh (rlogin)、scp (rcp)、ssh-keygen
・鍵情報ファイル
.ssh/identity
.ssh/identity.pub (client) => .ssh/authorized_keys (server)
.ssh/ssh_known_hosts, /etc/ssh_known_hosts
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安全なRemote Shell
- ssh ； secure shell 1. 公開鍵(Public key)の交換とチェック
/etc/ssh_known_hosts、 ..ssh/known_hosts
2. クライアントは秘密鍵を使って Session Keyを送る
(*) Session keyは毎回変わる。
3. サーバは公開鍵を使って Session Key を平文化する
4. Session Keyを用いて暗号化・平文化
公開鍵A
セッション鍵
with 公開鍵A
サーバー
秘密鍵B 公開鍵A
公開鍵A
f (セッション鍵，秘密鍵B)
セッション鍵での暗号通信
クライアント38
安全なRemote Shell
- ssh ； secure shell 1. 鍵ファイルの生成; ssh-keygen
> ssh-keygen
Initializing random number generator....
Generating p: ...............++(distance 616)
Generating q: ........++(distance 244)
Computing keys...
Testing keys....
Key generation complete.
Enter file in which to save the key ($home/.ssh/identity)
Enter passphrase: Pdky&tiaj
Enter the same passphrase again: Pdky&tiaj
Your identification has been saved in $home/.ssh/identity.
Your public key is:
1024 35 1589082636485498264829464945374846384739274
home@pecan
Your public key has been saved in $home/.ssh/identity.pub
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安全なRemote Shell
- ssh ； secure shell [注意]
・ リモートからの ｒｏｏｔ でのログインは禁止するべき。
ファイル /etc/sshd_config に
PermitRootLogin no
を付け加える。
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電子メイルシステムでの
セキュリティ技術
• 電子メイルシステムの概要
• メイル関連のセキュリティ的な問題・対策
–
–
–
–
–
ファイルアクセス権
パスワード保護; APOP
不正使用; SMTPサーバ アクセス制御
メイル改竄; 暗号メイル、ヘッダチェック
SPAMメイル
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メイルの改竄への対策
• 暗号・署名メイル
– PGP、S/MIME、PEM、MOSS、KPS
– トランスポート(End-to-End)モード 、トンネル
(GW)モード
• メイルヘッダのチェック
– Received： 行
– Message-Id： 行
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電子署名方式
・ MD5 (128 bits)
・ SHA (160 bits)
出典: http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
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PGP署名メイル
[ 署名したいメイル ]
７月３０日午前１０時に天満橋で会いましょう。
[ 署名されたメイル]
-----BEGIN PGP SIGNED MESSAGE-----
７月３０日午前１０時に天満橋で会いましょう。
-----BEGIN PGP SIGNATURE----Version: 2.6.3ia
Charset: noconv
iQCVAwUBMey8R6UtC+xzFETZAQEnUAP+N30di02slY+rRYa2gBJ2u2ImWofjeyks
1AkvsN9errDk4N/VcFmc3d6F4heDkiy87u3XAVoulz2orb9xZ3qFveoEZp3QLLa6
Pkzs6/N1nmJZFZFlf1M8yUR5WZTbyaVHQmC1AuSZhJsM8+8S/+IbpXVPJJ68M4JE
cDYBT86eekM=
=UE6f
-----END PGP SIGNATURE----出典: http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
44
PGP暗号化メイル
公開鍵暗号化方式(暗号化方式； RSA+IDEA)
出典: http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
45
PGP暗号化メイル
[ 暗号化したいメイル ]
７月３０日午前１０時に天満橋で会いましょう。
[ 暗号化されたメイル ]
-----BEGIN PGP MESSAGE----Version: 2.6.3ia
hIwDpS0L7HMURNkBA/4qk4BDXaiLag9tOS8srdd09IP4Pbocw8ERnYZKc8BJZHRq
bmePoSNRpv8QwRPttwB3pkUhPH9ET5BbGiyuw36hLvIet5z5ot3RS+XnfSz1Tyxw
xkXT+nNDCE6Gntb6JqBUym2/FRowwMNOc1bnKD6eIqZfekDUWBuHKSRduH6BfqYA
AAA3YBJcBDcrQtcIuA5R+bvivZ8gc8Fx3JCcUtW4yH+embVTTSUw+xTt0JSUoo93
u5+LHGrrzBESSg==
=00WV
-----END PGP MESSAGE-----
出典: http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
46
鍵の証明と配布
・証明した人のリストをつける
例； PGP暗号化メール
出典: http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
47
鍵の証明と配布
・証明を発行する機関・組織を利用
例； Netscape Webサーバ 暗号化情報交換
出典: http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
48
参考文献
[参照文献]
・ W. Stevens, “TCP/IP Illustrated”, Addison-Wesley,
ISBN 0-201-63346-9, 1994.
・ 亀田 久和, “sendmail manual & reference”,
秀和システム, ISBN4-87966-796-X、1998年.
・ C.Hunt, “TCP/IP Network Administration”,
O’Reilly, ISBN 1-56592-322-7, 1998年
・ “インターネットRFC事典”, 笠野英松監修、
アスキー出版、ISBN4-7561-1888-7、 1998年
・ http://www.psn.or.jp/TROUBLE/security.html
49
参考文献（続き）
• ＵＮＩＸセキュリティ
– Sinmpson Garfinkel, Gene Spafford 著
– 山口英監訳、アスキー、1993年
• カッコウはコンピュータに卵を産む
– Clifford Stoll 著
– 池央耿訳、草思社、1991年
• ころばぬ先のセキュリティ
– 山本和彦、UNIX magazine、アスキー
– 1994/5-1995/3
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参考文献 （続き）
• ＵＮＩＸシステムセキュリティと管理
– クリストフ・ブラウン著
– 石橋、草刈、横川、松井訳、アジソンウェスレ
イ、1996年
• Firewalls and Internet Security
– William R. Cheswick, Steven M. Bellovin 著
– Addison-wesley, 1994年
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参考文献（続き）
• 公開鍵暗号系
– アルト・サロマー著
– 足立暁生訳、東京電機大学出版局、1992年
• インターネット世紀のコンピュータネットワーク暗
号システム
– 菊池豊彦著、NECクリエイティブ、1995年
• 現代暗号
– 岡本龍明、山本博資著
– 産業図書、1997年
52
参考文献（続き）
• PGP 暗号メールと電子署名
– Simson Garfinkel 著
– 山本和彦監訳、オライリージャパン、1996年
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アクセス制御
1. セキュリティーポリシーを決める
2. ユーザーの認証(パスワード管理)
3. ファイルの保護
4. Secureなホストへの アクセスの方法
5. アクセス制御(xinetd，TCP wrappers)
→ 6. 暗号化 (IPsec)
(1) 暗号メール
(2) トランスポート層での暗号化
(3) IPsec
7. Firewall
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暗号化・ＩＰｓｅｃ
1.暗号メール
- PEM, MOSS
- S/MIME
- PGP (Pretty Good Privacy)
2. トランスポート層での暗号化
- SOCKS (http://www.socks.nec.com/)
3. IPsec
- 認証ヘッダ(AH: Authentication Header)
- 暗号ペイロード(Encapsulating Security Payload)
- 鍵交換プロトコル(Internet Key Exchange)
56
ＩＰｓｅｃ
1. 認証ヘッダ(AH: Authentication Header)
- 送信者の認証
- データの改竄の検出
→ 一方向性ハッシュ関数の利用
(HMAC-MD5, HMAC-SHA-1)
IP
AH
Payload
Next Header Payload Len.
Reserved
Security Parameters Index (SPI)
Sequence Number
Authentication Data (ICV)
57
暗号化・ＩＰｓｅｃ
2. 暗号ペイロード(Encapsulating Security Payload)
IPペイロードの暗号化
- DES-CBC、 (3DES-CBC)、 HMAC-MD5、
HMAC-SHA-1、NULL-Auth、 NULL-Enc
IP
ESP
Security Parameters Index (SPI)
Sequence Number
Payload Data
padding
Pad Length Next Header
Authentication Data (ICV)
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暗号化・ＩＰｓｅｃ
・ AH、ESPに関する2つの動作運用形態
(1) トランスポートモード； End-to-End
IP
Payload
IP
ESP
(2) トンネルモード; Gateway-to-Gateway
IP1
IP2
Payload
ESP
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暗号化・ＩＰｓｅｃ
- トランスポートモード Internet
IP
Payload
IP
Payload
IP
ESP
IP
ESP
60
暗号化・ＩＰｓｅｃ
- トンネルポートモード Internet
IPsec-GW
IP1
IPsec-GW
Payload
IP2 IP1
IP1
ESP
IP2 IP1
Payload
ESP
61
暗号化・ＩＰｓｅｃ
3. 鍵交換プロトコル(Internet Key Exchange)
IKE
- 旧 ISAKMP/Oakley
- 共有鍵の動的交換
- セキュリティーアソシエーションの更新
- Deffie-Hellman 鍵配送方式
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ネットワークセキュリティ
- IETFでの議論 RFC2196 : Site Security Handbook
RFC2084 : WWW Transaction Security
RFC1948 : TCP Sequence Number攻撃への対処
RFC1457 : Security Labelのフレームワーク
RFC1335 : NISデータベース
RFC1281 : 安全運用のガイドライン
RFC1135 : 1998年11月2日のワーム対策
RFC1108 : IP Security Options
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ネットワークセキュリティ
- IETFでの議論 (1) Application/プロトコル単位での個別機能
(2) Applicationレベルでの共通機能
(3) IPレベルでの認証機能
- IPsec
- AH(Authentication Header) ; RFC1826
- ESP(Encapsulating Security Payload)； RFC1827
(4) IPデータグラムのカブセル化
- PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol)
- L2F (Layer 2 Forwarding)
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