AAA: Authentication, Authorization, Accounting (7.1.2)

• Zugangskontrolle auf Netzwerkgeräten
  • Authentication: Legt fest wer zugreifen darf
  • Authorization: Legt fest was gemacht werden darf
  • Accounting: Loggt was gemacht wird
• Beispiel Kreditkarte:
  • Authentication: Prüfziffer und Kartennummer
  • Authorization: Kartenlimit
  • Accounting: Kreditkartenabrechnung

Authentifizierungsmodi (7.1.3)

Local AAA Authentication

• Nutzt lokale Datenbank auf Gerät
• Datenbank enthält Nutzernamen und Passwörter
• Nutzer authentifizieren sich gegen die lokale Datenbank
• Verwendung in kleinen Netzwerken

Server-Based AAA Authentication (7.3)

• Router greift auf AAA-Server zu (RADIUS / TACACS+)
• Server enthält Nutzernamen und Passwörter
• Nützlich für große Netzwerke, da Nutzer an einer zentralen Stelle verwaltet werden können

Authentifizierungsprotokolle (7.3.3)

TACACS+ Authentication (7.3.4)

RADIUS Authentication (7.3.5)

Authorization (7.1.4)

• Automatischer Schritt nach der Authentifizierung
• Regelt was Nutzer dürfen oder nicht dürfen
• Rechte werden vom Router am AAA-Server abgeglichen
• Rechteset würde vom Server an den Router übermittelt

Accounting (7.1.5)

• Sammelt und meldet Datennutzung
• Verwendung für
  • Abrechnung
  • Audits
  • Troubleshooting
• Enthält
  • Start- & Endzeiten einer Verbindung
  • Ausgeführte Befehle
  • Paket- & Byteanzahl
• Netzwerkgerät meldet an Server

VPN: Virtual Private Network (8.1)

Site-to-Site VPN

• Zwei VPN-Gateways bauen einen Tunnel zueinander auf
• Datenverkehr wird nur zwischen den beiden Gateways verschlüsselt
• Meist durch IPsec abgesichert
• Hosts haben keine Kenntnis von der Existenz des VPNs

Remote-Access VPN (8.2.1)

• Wird bei Bedarf dynamisch aufgebaut
• Tunnel besteht zwischen Client und VPN-Gateway
• Z.B. Remoteeinwahl in die Firma

SSL-VPN (8.2.2)

• Client stellt Verbindung mit VPN-Gateway mittels SSL/TLS her
• Setzt PKI und Zertifikate voraus
• Sinnvoll für einfache Bereitstellung und breiten Support (Nicht so sicher wie IPsec)
• IPsec und SSL-VPN schließen sich nicht gegenseitig aus, sondern ergänzen sich

IPsec: IP Security (8.3)

• IETF-Standard, der definiert, wie ein VPN über IP-Netze gesichert werden kann
• Gibt nur ein Framework vor
• Schützt und authentifiziert zwischen Quelle & Ziel
• Kann von Layer 4 – 7 schützen

Sicherheitsfunktionen

• Vertraulichkeit: Verschlüsselung verhindert das Lesen des Inhalts durch Dritte
• Integrität: Hashing-Algorithmen stellen sicher, dass das Paket auf dem Weg nicht verändert, wurde
• Authentifizierung des Ursprungs: Nutzt Internet-Key-Exchange (IKE) um Quelle & Ziel zu authentifizieren (PSK oder Zertifikate)

Framework-Elemente

IPsec-Protokollkapselung

• AH: Authentication Header
  • Wenn keine Vertraulichkeit (Verschlüsselung) erforderlich ist
  • Unverschlüsselt
• ESP: Encapsulation Security Protocol
  • Verschlüsselt IP-Pakete
  • Authentifiziert Datenherkunft und Integrität

Vertraulichkeit

• Wird durch Verschlüsselung erreicht
• Je besser der Algorithmus und die Schlüssellänge, desto höher der Grad der Vertraulichkeit
• Meist symmetrische Verschlüsselung, da schneller

Integrität

• Stellt sicher, dass gesendete Daten mit empfangenen Daten übereinstimmen
• HMAC: Hashed Message Authentication Code – Hashcode des versendeten Pakets
• Wenn Hashcode beim Versenden und Empfangen identisch ist, gilt das Paket als Integer

Authentifizierung

• Gerät am anderen Ende des Tunnels muss authentifiziert werden damit der Tunnel als sicher gilt
• Entweder PSK oder RSA
  • PSK: Authentifizierungsschlüssel und ID werden gehashed
    • Schlüssel wurde zuvor manuell an den VPN-Gateways hinterlegt
    • Stimmt erhaltener und berechneter Hash überein ist die Gegenstelle authentifiziert
  • RSA: Authentifizierung mittels Zertifikats

Schlüsselaustausch

• Verschlüsselungsalgorithmen benötigen gemeinsamen Schlüssel
• Austausch erfolgt nach Diffie-Hellman
• Je höher die DH-Gruppe, desto sicherer

GRE over IPsec (8.2.4)

Problem

GRE: Generic Route Encapsulation

• Unsicheres Site-to-Site VPN Protokoll
• Keine Verschlüsselung
• Kann verschiedene Protokolle der Vermittlungsschicht (Network Layer 3) verschlüsseln
• Unterstützt neben Unicast auch Multicast und Broadcast

Lösung

• Mutlicast / Broadcast wird in GRE gekapselt
• GRE-Paket wird in ein IPsec-Paket eingepackt

• Passenger-Protokoll: Ursprüngliches Paket – Unabhängig welches Protokoll, und ob Uni- / Mutli- / Broadcast
• Carrier-Protokoll: Träger-Protokoll, das das Passenger-Paket einkapselt
• Transportprotokoll: Protokoll, das sich um die tatsächliche Weiterleitung des Pakets handelt

Firewall (9)

• System, das ein Regelwerk zwischen Netzwerken erzwingt
• Resistent gegen Netzwerkangriffe
• Einziger Transitpunkt zwischen internem und externem Netzwerk
• Verhindert unzulässigen Zugriff auf Systeme
• Blockiert bösartigen Netzwerktraffic
• Kann Netzwerkperformance reduzieren
• Getunnelter Traffic kann nicht verhindert werden

Arten (9.1)

Netzwerkdesign (9.2)

Privat & Öffentlich

• Ausgehender Verkehr wird zugelassen
• Eingehender Verkehr wird überprüft
  • Wird zugelassen bei Verbindung mit ausgehendem Traffic
  • Wird in allen anderen Szenarien blockiert

DMZ: Demilitarisierte Zone

• Ausgehender Traffic Richtung DMZ/Öffentlich weitestgehend zugelassen
• Eingehender Traffic von DMZ wird blockiert
• Ausgehender Traffic von der DMZ Richtung Öffentlich entsprechend der Service-Anforderungen zugelassen
• Eingehender Traffic vom Öffentlichen Richtung DMZ wird untersucht und entsprechend der Service-Anforderung zugelassen
• Eingehender Traffic vom Öffentlichen ins private Netz wird blockiert

Zonen basiert

• Regelwerk wird auf Zonen angewandt
• Kommunikation zwischen Mitglieder derselben Zone wird nicht untersucht und immer erlaubt

Layered Defense

Integrität und Authentizität (16.1)

Sichere Kommunikation

• Datenintegrität: Garantiert, dass die Daten auf dem Weg nicht verändert wurden
• Origin Authentifizierung: Garantiert, dass der angegebene Absender auch der tatsächliche ist
• Datenvertraulichkeit: Garantiert, dass nur autorisierte Nutzer das Paket lesen können
• Nichtabstreitbarkeit der Daten: Garantiert, dass der Absender die gesendeten Daten nicht abstreiten kann

Hash-Funktionen

• Verwendet, um Datenintegrität zu gewährleisten
• Input: Variable Daten
• Output: Hash mit immer gleicher Länge
• Wenn die Daten beim Absenden und Empfangen den gleichen Hashwert ergeben, ist die Datenintegrität gewährleistet
• Bekannte Hashfunktionen
  • MD5 (legacy)
  • SHA
• Schützt nicht vor Man-in-the-Middle, da in diesem Fall der Angreifer einfach den mitgesendeten Hashwert, der zum Vergleich beim Empfangen dient, mit abändert.

Origin Authentication (HMAC)

• Um MITM-Attacken zu unterbinden / zu erkennen, wird dem Hashing-Prozess ein PSK hinzugefügt, den nur Absender und Empfänger kennen
  • Das gleiche Hashergebnis kann nur dann entstehen, wenn Daten und Key bei beiden Hashing-Prozessen identisch sind
  • Ein MITM-Angreifer kennt den PSK nicht und kann somit den Hash nicht anpassen
• Datenintegrität UND Authentifizierung des Origins in einem Schritt, da nur der Origin auch den PSK kennt

Digitale Signatur (17.1)

• Nutzt asymmetrische Kryptographie
• Gilt als Beweis, dass Datenaustausch stattgefunden hat
• Eigenschaften einer Signatur
  • Authentisch: Signatur kann nicht gefälscht werden und beweist, dass ausschließlich der Absender das Dokument signiert hat
  • Unveränderlich: Nach der Signierung kann das Dokument nicht mehr geändert werden
  • Nicht transferierbar: Die Signatur kann nicht auf ein anderes Dokument übertragen werden
  • Nicht abstreitbar: Gilt als Beweis, dass das Dokument von einer Person signiert wurde
• Verwendung
  • Code-Signierung: Für Datenintegrität und Authentifizierung bei ausführbaren Dateien
  • Digitale Zertifikate: Authentifiziert die Identität eines Systems und dient zum Aufbaue einer verschlüsselten Kommunikation
• Standards
  • DSA - Digital Signature Algorithm: Ursprünglicher Standard zur Generierung von öffentlichen, privaten Schlüsseln und Generierung und Verifizierung von digitalen Signaturen
  • RSA – Rivest-Shamir-Adelman Algorithm: Asymmetrischer Algorithmus zur Generierung und Verifizierung von digitalen Signaturen
  • ECDSA – Elliptic Curve Digital Signature Algorithm: Neuere effizientere Variante von DSA. Unterstützt Authentifizierung von digitalen Signaturen und Nichtabstreitbarkeit.

Code-Signierung

• Beweist Authentizität des Codes und, dass er tatsächlich aus der angegebenen Quelle stammt
• Beweist, dass der Code nicht auf dem Weg verändert wurde
• Beweist, dass der Code definitiv vom Entwickler veröffentlicht wurde

Digitales Zertifikat

• Authentifiziert und verifiziert die Echtheit einer Nachricht und dessen Absender
• Beispielablauf
  • Bob bestätigt eine Bestellung auf Alices Website
    • Bob erstellt einen Hash seiner Bestätigung
    • Bob verschlüsselt den Hash mit seinem privaten Schlüssel (Digitale Signatur)
      • Nicht wie bei der Asymmetrischen Verschlüsselung mit dem öffentlichen Schlüssel
      • Somit kann jeder, der Bobs öffentlichen Schlüssel hat, den Hash entschlüsseln
      • Damit beweist Bob seine Identität, da nur er im Besitz seines privaten Schlüssels sein kann
    • Bob sendet den verschlüsselten Hash mit seiner Bestätigung an Alice
    • Alice empfängt den verschlüsselten Hash und die Bestätigung
    • Alice entschlüsselt den Hash mit Bobs öffentlichen Schlüssel
    • Alice erstellt ebenfalls einen Hash der Bestätigung von Bob (ohne die Signatur von Bob!)
    • Wenn die beiden Hashes übereinstimmen, ist die Authentizität des Dokuments bewiesen
      • Die Bestätigung wurde von Bob verschickt und unterwegs nicht verändert

PKI: Public Key Infrastructure (17.2)

• Internet-Verkehr immer zwischen zwei Parteien
• Beim Herstellen einer Verbindung werden öffentliche Schlüsselinformationen ausgetauscht
• Beispiel Webserver
  • Webserver brauchen ein SSL-Zertifikat
  • Betreiber des Webserver kaufen ein Zertifikat für die Domain des Webservers bei einer Zertifizierungsstelle
  • Die Zertifizierungsstelle prüft die Zertifikatsanfrage und stellt ein Zertifikat aus
  • Ab diesem Zeitpunkt vertrauen automatisch alle Systeme dem ausgestellten Zertifikat, die der Zertifizierungsstelle vertrauen
• Zertifikatsautorität (CA: Certificate Authority): Organisation, die digitale Zertifikate erstellt, indem sie einen öffentlichen Schlüssel an eine bestätigte Identität bindet
• PKI ist notwendig, um die Verteilung und Identifizierung von öffentlichen Schlüsseln zu unterstützen
• Hoch skalierbar
• IETF X.509 v3 Standard definiert das Format eines Digitalen Zertifikats

Autoritäts-System

• CAs erstellen Zertifikate basierend auf Klassen, die angeben, wie vertrauenswürdig ein Zertifikat ist
  • 0: Für Tests; Keine Überprüfung hat stattgefunden
  • 1: Für Einzelpersonen; Benötigt E-Mail-Bestätigung
  • 2: Für Organisationen; Identitätsbeweis notwendig
  • 3: Server und Code-Signierung; Unabhängige Prüfung der Identität durch die CA
  • 4: Für Transaktionen zwischen Firmen
  • 5: Für private Organisationen oder Staatliche Sicherheit

Topologien

Single-Root PKI

• Simpler Aufbau
• Nur eine einzige CA, die Zertifikate ausstellt
• Single-Point of Failure
• Schwer skalierbar

Cross-Certified CA

• Vertrauensbildung zwischen zwei Cas
• Stellen gegenseitig Zertifikate aus
• Nutzer jeder CA-Domain vertrauen automatisch einander
• Kein Single-Point of Failure mehr

Hierarchical CA

• Eine Root CA stellt Zertifikate für Sub-CAs aus, die Zertifikate für Endnutzer ausstellen
• Gut skalierbar
• Leicht verwaltbar
• Ggf. schwierig die Zertifikatskette zu bestimmen

Verwaltung eines Zertifikats

Ausrollen

• Kopie des öffentlichen Schlüssels der CA erhalten (Self-Signed-Certificate)
  • Verifiziert alle Zertifikate, die von der CA ausgestellt wurden
  • Nur die Root-CA kann ein Self-Signed-Certificate ausstellen.
• Verteilung der CA-Zertifikate meist automatisch

Authentifizierung

• Sobald das Zertifikat von der CA ausgerollt wurde, wird die CA zur Kommunikation zwischen zwei Parteien nicht mehr benötigt

Widerrufen

• Ggf. muss ein Zertifikat widerrufen werden, wenn der Schlüssel kompromittiert ist
  • CRL – Certificate Revocation List: Liste mit Seriennummern von widerrufenen Zertifikaten. PKI-Mitglieder holen sich regelmäßig diese Liste
  • OCSP – Online Certificate Status Protocol: Genutzt, um einen OCSP-Server über den Status eines Zertifikats abzufragen