Implementación de Redes Privadas Virtuales (VPN) utilizando el protocolo IPSec

 

 

 

Curso de Especialista Universitario en

Seguridad Informática y Servicios Electrónicos.

Trabajo final.

 

 

 

 

 

 

Vicente José Aguilar Roselló

Ricardo Domínguez Jover

Ignacio Sánchez Medina

 

Septiembre de 2002

 

 

 

	"Un sistema se vuelve inseguro simplemente con el mero hecho de encenderlo. El único sistema totalmente seguro sería uno que estuviese apagado, desconectado de cualquier red, metido dentro de una caja fuerte de titanio, rodeado de gas y vigilado por unos guardias armados insobornables. Aún así yo no apostaría mi vida por él "   Gene Spafford, experto en seguridad

1. Introducción

 

En la actualidad, las organizaciones son cada vez más dependientes de sus redes informáticas y un problema que las afecte, por mínimo que sea, puede llegar a comprometer la continuidad de las operaciones.

 

La falta de medidas de seguridad en las redes es un problema que está en crecimiento. Cada vez es mayor el número de atacantes y cada vez están más organizados, por lo que van adquiriendo día a día habilidades más especializadas que les permiten obtener mayores beneficios. Tampoco deben subestimarse las fallas de seguridad provenientes del interior mismo de la organización.

 

La propia complejidad de la red es una dificultad para la detección y corrección de los múltiples y variados problemas de seguridad que van apareciendo. En medio de esta variedad, han ido aumentando las acciones poco respetuosas de la privacidad y de la propiedad de recursos y sistemas. “Hackers”, “crakers”, entre otros, han hecho aparición en el vocabulario ordinario de los usuarios y de los administradores de las redes.

 

Además de las técnicas y herramientas criptográficas, es importante recalcar que un componente muy importante para la protección de los sistemas consiste en la atención y vigilancia continua y sistemática por parte de los responsables de la red. A la hora de plantearse en qué elementos del sistema se deben de ubicar los servicios de seguridad podrían distinguirse dos tendencias principales:

 

Protección de los sistemas de transferencia o transporte. En este caso, el administrador de un servicio asume la responsabilidad de garantizar la transferencia segura al usuario final de la información de forma lo más transparente posible. Ejemplos de este tipo de planteamientos serían el establecimiento de un nivel de transporte seguro, de un servicio de mensajería con MTAs (Mail Transport Agents) seguras, o la instalación de un firewall, que defiende el acceso a una parte protegida de una red.

 

Aplicaciones seguras extremo a extremo. Si pensamos, por ejemplo, en el correo electrónico, consistiría en construir un mensaje en el cual el contenido ha sido asegurado mediante un procedimiento de encapsulado previo al envío. De esta forma, el mensaje puede atravesar sistemas heterogéneos y poco fiables sin por ello perder la validez de los servicios de seguridad provistos. Aunque el acto de asegurar el mensaje cae bajo la responsabilidad del usuario final, es razonable pensar que dicho usuario deberá usar una herramienta amigable proporcionada por el responsable de seguridad de su organización. Esta misma operatoria, puede usarse para abordar el problema de la seguridad en otras aplicaciones tales como videoconferencia, acceso a bases de datos, etc.

 

En ambos casos, un problema de capital importancia es la gestión de passwords. Este problema es inherente al uso de la criptografía y debe estar resuelto antes de que el usuario esté en condiciones de enviar un solo bit seguro. Otro no menos importante es el nivel de implicación de los usuarios con respecto a la seguridad de los datos que están manejando, que en la mayoría de los casos suele ser nulo.

 

Aunque en nuestro trabajo nos vamos a centrar en la seguridad en redes de comunicaciones, a continuación destacamos las principales áreas que un sistema de seguridad completo debería contemplar:

• Seguridad física. Es la que tiene que ver con la protección física y por ello de la ubicación del sistema y de los datos. Podemos distinguir entre:

• Pasiva, que protege de eventos como puedan ser variaciones ambientales de temperatura, humedad, caídas en el suministro eléctrico, desastres naturales, choques, inundaciones, explosiones, etc.
• Activa, que pueden ser ataques terroristas, robos de información o del propio sistema, accesos no autorizados.

• Seguridad en las comunicaciones, que evita las escuchas de información no autorizadas y que tienen mucho que ver con el espionaje cuya contramedida suele ser la protección, cifrado y/o criptografía. En el caso de las comunicaciones es especialmente importante comprobar la seguridad en tres puntos vitales:

o       La autentificación, para comprobar que tanto el usuario del servicio y el prestador del servicio son realmente quienes dicen ser.

o       La confidencialidad para garantizar que los datos que se envían sólo serán conocidos por usuario y servidor; que nadie, en un paso intermedio podrá tener acceso a dicha información.

o       La integridad de los datos enviados. El servidor ha de estar seguro de que los datos recibidos son idénticos a los enviados, es decir, que no han sido modificados por el camino.

• Seguridad en el acceso al servicio, que también podemos desdoblar en dos tipos:

• Activa, no permitiendo el acceso a usuarios que no estén identificados e incluso prohibiendo el acceso a usuarios identificados que lo hagan desde direcciones de red no autorizadas.
• Pasiva mediante el empleo de sistemas cortafuegos, proxies y enmascaradores de red, que son barreras más o menos sofisticadas de tipo software o hardware que se interponen entre la red y el sistema.

• Seguridad y protección de los datos, que engloba básicamente la salvaguarda y custodia de éstos. Para ello se emplean los muy conocidos sistemas redundantes o RAID, copias de seguridad y técnicas similares. Aquí tenemos una parte importante y especialmente sensible, en temas de seguridad, por todos conocida como es el ataque por virus a nuestro sistema. Tampoco podemos olvidarnos de los errores, más conocidos por bugs, de los sistemas operativos, las aplicaciones comerciales o los errores en el desarrollo de los sistemas.

• Seguridad en la prestación del servicio en servicios críticos que implica la duplicidad de máquinas, software y naturalmente todo lo comentado hasta ahora. Este tipo de seguridad se soslaya con las técnicas de alta disponibilidad.

Así pues un sistema de seguridad completo debe contar con la selección y diseño previo de las herramientas adecuadas. Lo que se pretende es tener un nivel de seguridad que sea capaz de responder favorablemente ante posibles negligencias de los usuarios, ataques malintencionados, y posibles catástrofes naturales.

 

Para esta labor es necesario que la organización que desee implantar un sistema de seguridad deberá seguir metodología y contar con un grupo de trabajo formada tanto por personal interno de la organización, como externo si así fuese requerido o la empresa no cuenta con personal cualificado.

 

La metodología para implantar el plan de seguridad debería desarrollar en profundidad los siguientes puntos:

 

·         Comité de seguridad y gestión de red.

·         Evaluación de la red

·         Administración de la red y métodos de control de acceso

·         Sistemas de control de acceso.

·         Análisis del tráfico de la red

·         Seguridad en las aplicaciones informáticas

·         Auditoría de seguridad y detección de intrusiones

·         Política de seguridad de red

·         Política de control de virus

·         Plan de contingencia y recuperación ante catástrofes

 

Comité de seguridad y gestión de red:

Una primera reunión es necesaria para establecer tareas, actividades y responsabilidades. El propósito es formar un equipo que se encargue de definir los objetivos. Debería incluir representantes de cada área funcional de la organización.

 

Evaluación de la red. Arquitectura:

Es el proceso de identificar y documentar toda la red, su topología, elementos y recursos. Este proceso generará las herramientas necesarias para establecer una política de seguridad efectiva.

 

Administración de la red y métodos de control de acceso:

En este punto se pretende verificar como son tratadas las cuentas de usuarios y sus permisos. Esto nos revelará no sólo como están configurados los permisos de acceso, sino también saber si hay uno o varios administradores para cada tarea en particular. También es necesario conocer como trabajan los controles de acceso desde los sistemas del usuario, incluyendo que servicios se han activado después de identificarse en la red.

 

Sistemas de control de acceso:

Una vez introducidos en la red Firewalls, dispositivos de control de acceso, sistemas de detección de intrusos... es necesario validar su configuración y funcionalidad. Las diferentes configuraciones y mecanismos de los sistemas de control de acceso forman la base de la seguridad de la red.

 

Análisis del tráfico de la red:

Un analizador de redes nos revelará que tipo de tráfico hay en nuestra red. Esto nos puede indicar, no sólo si las contraseñas pueden ser fácilmente robadas, sino que también nos ayudará a conocer el rendimiento y comportamiento de la red.

 

Seguridad en las aplicaciones informáticas

Debemos saber exactamente cuales son las aplicaciones informáticas utilizadas en la organización y las vulnerabilidades de cada una de ellas.

 

 

 

 

Auditoría de seguridad y detección de intrusiones:

 

Una auditoría de seguridad junto con los sistemas de detección de intrusos nos permitirá identificar vulnerabilidades en nuestros sistemas. En este punto nos podemos encontrar con diversas maneras en las que nuestros datos confidenciales podrían ser sustraídos. También se pueden detectar posibles errores de diseño de la red. Para esto se deben usar las últimas herramientas de análisis de vulnerabilidades, cuyos resultados deberán tenerse en cuenta a la hora de reestructurar la red.

 

Política de seguridad de red

La política de seguridad nos ayudará a saber como de preocupada e interesada está la organización acerca de la seguridad e integridad de sus datos. También puede clarificar objetivos organizacionales. Deberá ser la base para implementar los controles de seguridad que reduzcan las vulnerabilidades y riesgos. Nosotros la estamos desarrollando en paralelo con el resto de actividades.

 

Política de control de virus

Una política antivirus ayudará a prevenir perdida de datos como consecuencia de infecciones de virus informáticos.

 

Plan de contingencia y recuperación ante catástrofes

Bien redactados y con los pasos y actuaciones bien claros, un Plan de Recuperación de datos minimizará el tiempo de malfuncionamiento de la red en caso de caida de los servidores, caída de la pasarela a Internet u otros dispositivos críticos.

 

Nuestro trabajo es un punto concreto de un dispositivo de seguridad que se empezó a desarrollar en Septiembre de 2.001 y que forma parte de un proyecto de red en el que se pretende comunicar de manera segura diferentes sedes de una misma organización, separadas geográficamente.

 

Este sistema consiste en diseñar una máquina cortafuegos, que permita de manera sencilla filtrar paquetes tomando como referencia las direcciones y puertos IP origen y destino y otras opciones de filtrado avanzadas. Además del filtrado, incluye, para el adecuado nivel de seguridad y comprensión del comportamiento de la red, una herramienta que nos permita analizar el tráfico de la red, analizador de protocolos y sistema de detección de intrusiones.

 

La máquina diseñada deberá ser el bastión de seguridad de la red, y por ella circulará todo el tráfico entre la organización e Internet. Por este motivo es imprescindible que proporcione un rendimiento óptimo y que en ningún caso ralentice las comunicaciones. Así pues se debería auditar periódicamente su comportamiento conforme vaya creciendo el tráfico extranet y si se da el caso, liberar a la máquina de ciertas tareas.

 

Además el proyecto de red que se está implementando exige seguridad en la transmisión de los datos, puesto que estos se transmiten sobre una red IP inherentemente insegura. Así, otra herramienta que se incluye en el sistema, y que es el punto que vamos a desarrollar en este trabajo, es la de cifrado de los datos sobre IPSec para la comunicación entre las distintas sedes, y para el acceso a la red corporativa de usuarios remotos, de manera que tengan acceso seguro a los recursos de la organización a través de Internet (IP-VPN).

2. VPN o Redes Privadas Virtuales

 

Es de noche. La calle está llena de gente. Estamos esperando a cruzar la acera, cuando de repente vemos pasar una limusina. Tiene los cristales tintados, que reflejan las luces del neón, pero no podemos ver quién hay dentro ni lo que está haciendo. Estamos acostumbrado a ver otro tipo de coches, así que nos preguntamos ¿quién viajará ahí dentro? ¿Un político? ¿un actor?. De repente las luces del semáforo cambian y nos vemos arrastrados por la multitud al otro lado de la calle. La limusina se desvanece en la noche, dejando atrás todas nuestras especulaciones.

 

Si trasladamos esta experiencia al mundo IP , nos daremos cuenta de las ventajas de las VPN  (Virtual Private Network). La analogía reside en que al igual que la limusina viaja por la calle sin mostrar que ocurre en su interior, la comunicación en una VPN viaja a través de Internet, pero está encapsulada y encriptada por lo que su contenido es secreto. Sólo el emisor y el receptor legítimo del mensaje pueden verla en su estado normal. Así el camino de un mensaje a través de una VPN tiene luz en los extremos, y oscuridad entre ellos, por lo que también se le llama, metafóricamente hablando, un túnel VPN.

 

Hablando en un lenguaje algo más técnico, básicamente una VPN  es una unión de redes dispersas en Internet con una relación de confianza (configurable) entre las mismas, y niveles de autenticación y cifrado. Como indica su nombre, es una red privada, puesto que brinda autenticación y cifrado (privacidad en definitiva) y virtual porque se implementa sobre las redes públicas existentes y que no tienen los niveles de seguridad adecuados.

 

A pesar del retroceso que atraviesan las inversiones en tecnología, el mundo empresarial continúa viendo a Internet una manera de hacer negocios. La tecnología VPN está pasando de ser una nueva palabra de moda, a ser esencial para las empresas que quieren estar intercomunicadas. De hecho, mientras que las redes privadas están únicamente al alcance de grandes corporaciones que pueden costear su propia red, la tecnología VPN permite prácticamente a cualquier persona que tenga un ordenador y una línea telefónica usar datos de manera confidencial.

 

A continuación vamos a ver escenarios típicos de una VPN, que objetivos se persiguen al implantarla, y la tecnología más adecuada a la hora de implementarla.

 

 

Escenarios típicos donde usar VPNs

 

Hay algunos modelos de empresa en los que la tecnología VPN proporciona notables beneficios.

 

Branch offices o delegaciones.

 

En este supuesto, se trata de localizaciones de una misma empresa separadas geográficamente. y que necesitan intercambiar datos entre ellas, acceder a una misma base de datos, aplicación...  La VPN permite conexiones confidenciales de una red a otra.

 

 

 

Extranets.

 

Empresas diferentes, pero que trabajan conjuntamente (p ej, proveedor y fabricante), pueden compartir información de manera eficiente y segura entre sus respectivos negocios sin que terceras personas tengan acceso a los datos compartidos. En este caso también se interconectan las redes corporativas, aunque sólo se da acceso a un segmento de cada red.

 

Usuarios móviles.

 

Ahora hablamos de trabajadores que pasan gran parte del tiempo fuera de la empresa, como teletrabajadores o los llamados “road warriors”, personas que necesitan acceder a la red de la empresa pero que están constantemente cambiando de ubicación. Ahora lo que se permite es a un ordenador personal o portátil el acceso a la red corporativa, manteniendo la privacidad.

 

 

Objetivos de implantación de una VPN

 

Los objetivos básicos que persigue una empresa cuando decide instalar un servidor de VPN en una o varias de sus sedes son los siguientes:

 

1º. Proporcionar movilidad a los empleados.

2º. Acceso a la base de datos central sin utilización de operadores telefónicos .

3º. Interconexión total a la red de todos los comerciales (empleados), de forma segura a través   de una infraestructura pública.

4º. Intercambio de información en tiempo real.

5º.Correo electrónico corporativo

6º.Acceso remoto a la información corporativa

7º. Teletrabajo.

8º. Flexibilidad y facilidad de uso.

9º. Obtención de la máxima velocidad de transferencia de datos usando con eficiencia los recursos empleados.

10º. Fácil adaptación a las nuevas tecnologías.

 

Tecnología de implementación escogida

 

Obviamente existen diferentes tecnologías sobre las que una VPN puede estar implementada. A continuación destacamos las más importantes. Resaltar que se mencionan según su momento de aparición.

 

PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol).

 

Encapsulado de tramas PPP en datagramas IP, utilizando una versión extendida del GRE (Generic Routing Encapsulation, protocolo IP 47). La conexión de control se realiza sobre TCP, puerto 1723.

Actualmente este protocolo, aunque muy popular en el mundo Microsoft, está siendo sustituido por el L2TP. La implementación de Microsoft, además, sufre de varios importantísimos errores de diseño que hacen que su protección criptográfica sea inefectiva para alguien más motivado que un simple observador casual. Por lo tanto, está opción será descartada.

 

L2TP (Layer 2 Tunnelling Protocol).

 

Encapsulado de tramas PPP sobre cualquier medio, no necesariamente redes IP. En el caso IP se usa UDP, puerto 1701. Tras un largo proceso como borrador, L2TP pasa a ser una propuesta de estándar en Agosto de 1.999. Aporta grandes ventajas y es sencillo de configurar, aunque debido a su falta de seguridad e incompatibilidades está opción también será descartada

 

IPSEC.

 

IPSec es el nuevo marco de seguridad IP, definido con el advenimiento del IPv6. Aunque IPv6 está muy poco difundido en este momento, la tecnología marco IPSec se está utilizando ya, lo que asegura, entre otras cosas, la interoperatividad entre sistemas de diversos fabricantes y sistemas operativos, como Linux, windows macintosh, firewalls y routers comerciales. IPSec integra confidencialidad, integridad y autentificación en un mismo marco interoperante por lo que esta será la opción escogida para la implementación de las VPN. Además, como trabaja a nivel IP, es transparente a la aplicación, ya que esta no necesita modificación alguna, y ni siquiera se entera de la existencia de criptografía intermedia, a diferencia de protocolos de nivel de transporte, como son los túneles sobre TCP (SSL, SSH).

3. IPSec

 

Ipsec es una tecnología que protege los paquetes IP de la capa de red, así se forma una capa segura de un nodo de la red a otro.

 

IPsec utiliza dos protocolos para la protección de los paquetes IP: “Cabecera de Autenticación” (AH: Authentication Header) y “Cargo de Seguridad Encapsulado” (ESP: Encapsulated Security Payload). AH provee autenticación, integridad y protección a la réplica, mientras que ESP provee además confidencialidad (mediante cifrado).

 

Una Asociación de Seguridad (SA: Security Association) es un enlace seguro de IPsec definido por un único flujo unidireccional de datos desde un único punto hasta otro. Consiste en el acuerdo de las dos partes comunicantes en el método utilizado para la comunicación segura. Todo el flujo de tráfico sobre un SA se trata del mismo modo. El tráfico puede ser entre dos hosts, entre un host y una pasarela de seguridad (Security Gateway) o entre dos pasarelas de seguridad.

 

Si el enlace es entre dos hosts, la SA es de modo transporte. En este modo de funcionamiento de SA, las cabeceras de seguridad se añaden entre la cabecera de la capa de red IP y la cabecera de transporte (TCP o UDP), garantizando la seguridad al paquete IP sin cabecera.

 

AH en modo transporte:

 

 

ESP en modo transporte:

 

 

Si alguno de los extremos del enlace es una pasarela de seguridad, se utiliza el modo túnel de SA. En este caso, las cabeceras de seguridad engloban también a la cabecera IP original del paquete IP, teniendo que añadir una nueva cabecera IP que cubre solamente el salto al otro extremo de la conexión segura.

 

AH en modo túnel:

 

ESP en modo túnel:

 

 

Cada paquete IP se asigna a una SA mediante tres campos: Dirección IP del Destino, Índice del Parámetro de Seguridad (SPI: Security Parameter Index) y Protocolo de Seguridad (AH o ESP).

 

Sin embargo, el protocolo no estipula cómo se han de autentificar los pares ni cómo se intercambian las claves de sesión. Estas tareas son gestionadas por el protocolo de intercambio de claves de Internet IKE (Internet Key Exchange). IKE permite que dos puntos extremos puedan establecer conexiones seguras, utilizando la infraestructura de llaves precompartidas o llaves públicas (PKI), certificados digitales administrados por una autoridad certificadora---un servicio externo o interno que registra las llaves públicas. IKE permite también que una red privada virtual (VPN) pueda ampliarse a cientos de puntos extremos, mediante el uso del equivalente a una tarjeta de identificación digital que identifica cada punto extremo.

 

IPSec y NAT

 

NAT (Network Ardes Traslation), es un método de asignar direcciones IP dinámicamente, sobre todo en circunstancias donde el número total de máquinas que necesitan acceso a Internet sobrepasa el número de direcciones IP públicas disponibles.

 

Cualquier intento de realizar traslación de direcciones (NAT) en paquetes IPSec, entre gateways IPSec creará un conflicto, por otro parte lógico:

 

·         IPSec autentifica paquetes y comprueba que no han sido alterados en su camino entre los dos gateways

·         NAT reescribe la cabecera del paquete (cambiar la dirección/puerto IP fuente u origen) y los encamina.

·         IPSec falla si los paquetes comprobados han sido reescritos en cualquier punto entre los dos gateways.

 

Para AH, que autentifica partes de la cabecera del paquete incluyendo direcciones IP origen y destino, esto es fatal. Si el NAT cambia alguno de estos campos, AH falla.

 

Para IKE y ESP no resulta tan catastrófico, pero si es una complicación añadida.

 

         NAT en o  detrás de los gateways

 

         Este problema se puede solucionar si hacemos el NAT en el gateway o detrás del gateway IPSec:

 

Subred-----NAT-----IPSec-----Internet-----IPSec---xxx

 

o

 

Subred-----NAT/IPSec-----Internet-----IPSec---xxx

 

 

         Con cualquiera de estas configuraciones no existe el mencionado problema, puesto que el cambio en la cabecera del paquete se produce después de haber verificado la seguridad de los paquetes IP.

Certificados de clave pública

 

Transmisión de claves públicas

 

En la criptografía simétrica la transmisión de la clave es un problema importante ya que si se descubre todo el sistema se rompe. La solución adoptada ha sido enviarla cifrada con un sistema asimétrico. Pero, ¿cuál es el problema de la transmisión de las claves públicas?

 

La clave privada no se transmite nunca y, por lo tanto, es segura. El conocimiento de la clave pública no pone en peligro la seguridad del sistema. Pero el problema cuando se recibe una clave pública es ¿cómo saber que la identidad del propietario de esta clave no es falsa? Si una persona se hace pasar por otra y envía claves públicas a los receptores podrá realizar:

 

• Firmar en nombre de otro.
• Realizar transmisiones confidenciales mediante claves de sesión donde el interlocutor se piensa que se comunica con otra persona.

 

Este problema es conocido como suplantación de personalidad. La solución no es transmitir la clave pública por un canal secreto ya que así perdería sus propiedades de pública. La solución son los certificados de clave pública.

 

En los certificados de clave pública hay los siguientes datos:

 

• El nombre de un usuario.
• La clave pública de un usuario.
• Datos e informaciones generales.
• La firma de una tercera persona de confianza.

 

Así la firma de esta tercera persona asegura que la clave pública pertenece al nombre del usuario. Toda la confianza se basa en la autenticidad de la firma y, por lo tanto, de la clave pública de la tercera persona. Actualmente todas las claves públicas se envían en certificados excepto las primeras de confianza que sirven para firmarlos. Aceptar o rechazar una clave pública depende de la firma que la avala en el certificado. Todos los programas navegadores y de correo actuales están preparados para recibir certificados, comprobarlos y dar un mensaje al

usuario de auténtico o no.

 

Con los certificados, el problema de la suplantación de personalidad se ha trasladado de la recepción de claves públicas a la confianza en las claves de terceras personas. Para resolver este problema el método más utilizados son:

 

• Niveles de confianza
• Autoridades de certificación.

 

Autoridades de certificación (CA)

 

El sistema de PGP sirve para grupos pequeños de usuarios donde siempre hay un enlace entre ellos, aunque sea por una cadena de confianzas de muchas personas. Pero tiene dos inconvenientes:

 

• No es útil para los millones de usuarios de Internet, no pueden certificarse todos entre si.
• No es útil para sistemas judiciales. Si se tiene que comprobar la procedencia de una firma y, por lo tanto, de la clave pública, con PGP se han de seguir largas cadenas de usuarios.

 

Para solucionar estos problemas se han creado las Autoridades de Certificación (CA). Son entidades públicas o privadas cuya función es ofrecer confianza en los certificados que firman. Generan claves públicas y certificados para usuarios bajo demanda, además de dar a conocer sus claves públicas para las comprobaciones. Los usuarios se deben identificar personalmente para pedir un certificado a una CA. Es un sistema parecido al carnet de identidad, donde el estado, como entidad de confianza, genera un documento que los bancos y las empresas consideran fiable. Para descentralizar la gestión de CAs está previsto crear una estructura jerárquica a nivel mundial. Las CAs locales son certificadas por otras de nivel superior hasta llegar a la principal que es de confianza en todo el mundo. Así se consigue que la confianza sea mundial, para la red Internet sin fronteras, y que la gestión pueda ser local, para los procesos judiciales y facilitar el proceso de identificación personal.

 

Las CA de orden superior certifican las inferiores y se pueden anidar certificados desde la CA principal hasta la clave del usuario. Esto permite comunicar de manera segura dos personas dispersas por el mundo con la única condición de que conozcan la clave pública de la CA principal que obtendrán de su CA local.

 

Actualmente la CA más conocida es la empresa privada americana VeriSign, además de las empresas de tarjetas de crédito Visa, Mastercard y American Express. En España los CA más conocidos son FESTE y ACE que gestionan los certificados a través de bancos, notarios o agentes de comercio. Muchas empresas crean sus propias CA privadas para el sistema de correo interno.

 

Protocolo X.509

 

El protocolo X.509 es el sistema de certificados de clave pública más utilizado. Su origen es el directorio X.500, inventado por la UIT para dar servicio al correo electrónico X.400. Actualmente se utiliza en los protocolos seguros y en los sistemas de correo Internet más conocidos, excepto el PGP. Permite trabajar con CA y anidar certificados para crear estructuras jerárquicas.El formato de los certificados X.509 tiene los siguientes campos con sus respectivos contenidos:

 

• Versión. La versión de protocolo X.509.
• Número de serie. Identificador único del certificado, asignado por el CA.
• Algoritmo de la firma del certificado (Signature). X.509 permite utilizar
• diferentes algoritmos para firmar el certificado, este campo lleva el identificador del algoritmo.
• Autoridad de certificación (Issuer). Nombre de la CA.
• Fechas de inicio y final (Validity). El certificado sólo tiene validez entre estas dos fechas. Es conveniente no permitir un período de validez largo y así obligar a renovar certificados y claves con asiduidad.
• Usuario (Subject). Nombre del usuario.
• Clave pública (SubjectPublicInfo). La clave pública del usuario
• Identificador único de la CA (IssuerUniqueID). Las CA tienen un número de identificación único en el mundo.
• Identificador único del usuario (SubjectUniqueID). Los usuarios tienen un identificador único en la CA para todos sus certificados.
• Extensiones. Posibles extensiones de la información.
• Firma del CA. El CA firma con su clave privada todos los campos anteriores.

 

4. Implementación de VPN’s con IPSec y FreeS/WAN

 

         FreeS/WAN es una implementación libre distribuida bajo licencia GPL[1] del protocolo IPsec para sistemas operativos GNU/Linux[2]. IPsec proporciona servicios de cifrado y autentificación en red a nivel IP, protegiendo de esta forma todo el tráfico IP entre los dos equipos que hayan establecido una sesión IPsec, en lugar de cifrar sólo el tráfico de un determinado protocolo como es el caso con los servidores seguros tipo SSH, HTTPS, etc. De esta forma se consigue un nivel de seguridad mucho mayor entre los dos hosts que intervienen en la conversación.

 

         El protocolo IPsec (y, por lo tanto, FreeS/WAN) se puede utilizar en cualquier equipo en una red IP, ya sea su papel el de cliente, servidor, router, etc. El caso más común que nos podremos encontrar es el de un router de una red corporativa que se conecta a través de Internet (una red insegura) utilizando IPsec al router de la red corporativa de otra sede de la misma empresa, estableciendo así una VPN (Virtual Private Network, Red Privada Virtual) entre ambas sedes. FreeS/WAN es la solución perfecta en el caso de que el router que realiza la conexión IPsec sea un PC con Linux.

 

         Otro caso común de uso de IPsec y/o FreeS/WAN es el del denominado “Road Warrior” o Guerrero de Carretera. Bajo este nombre que nos recuerda a la película Mad Max se esconde el escenario en el que una persona quiere conectar un único equipo (su equipo de sobremesa) a una red corporativa desde fuera de esta. Sería el caso de un trabajador que quiere conectar con su empresa desde casa, un representante en viaje de negocios que necesita conectarse al servidor de BD desde la habitación de su hotel, etc. FreeS/WAN también contempla este caso, y es capaz de operar tanto en modo cliente (en el ordenador del trabajador remoto) como servidor (en el router de entrada a la red corporativa) para dar conexión a los road warriors.

 

         La importancia de IPsec sobre otros tipos de VPNs radica en que ha sido establecido como el estandard de encriptación IP de obligada adopción para todas las implementaciones de la nueva versión del protocolo IP, IP versión 6 (Ipv6). FreeS/WAN provee hoy por hoy del protocolo IPsec a la implementación IPv4 (la actual versión de IP) del núcleo de Linux, y ya se está trabajando en la integración de FreeS/WAN en la pila IPv6 de Linux, por lo que con toda probabilidad será la implementación oficial del estandard IPsec para Linux.

 

Protocolos IPsec en FreeS/WAN

 

         Como ya se vió en el capítulo anterior, IPsec se compone de tres protocolos:

 

·         AH (Authentication Header, Encabezado de Autentificación), que proporciona autentificación a nivel de paquetes.

·         ESP (Encapsulating Security Payload, Encapsulación Segura de Datos), que proporciona tanto autentificación como cifrado a una conexión.

·         IKE (Internet Key Exchange, Intercambio de Llaves por Internet), que gestiona la configuración de los parámetros de la conexión, incluyendo el intercambio de llaves criptográficas para el cifrado y autentificación.

         FreeS/WAN se compone de varias partes, que entre todas colaboran para implementar todos los protocolos de IPsec:

 

·         KLIPS (Kernel IPsec, IPsec en el Núcleo), una serie de rutinas en el núcleo del sistema operativo Linux que implementan los protocolos AH y ESP, y todas las funcionalidades necesarias para manejar estos tipos de paquetes en la red.

·         Pluto (demonio IKE), un servicio que se ejecuta ya fuera del kernel, en espacio de usuario, que gestiona la totalidad del protocolo IKE.

·         Varios scripts y utilidades en espacio de usuario, para configurar y gestionar IPsec.

 

 

Instalación

 

         Para instalar FreeS/WAN en nuestro equipo deberemos disponer del código fuente del núcleo (kernel) de Linux, así como del de FreeS/WAN, para posteriormente compilarlo todo. Según la distribución de Linux que usemos, puede que parte de (o todo) este trabajo nos lo podamos ahorrar porque ya haya sido hecho por nosotros. Como veremos, utilizando Debian GNU/Linux nos ahorraremos gran parte del trabajo.

 

         El código de la última versión de Linux se puede descargar de http://www.kernel.org, y el de FreeS/WAN de http://www.freeswan.org. Siguiendo las directrices del Linux Standard Base (LSB), descomprimiremos ambos paquetes en /usr/src.

 

         El primer paso será parchear el kernel para añadir KLIPS, la parte de FreeS/WAN que maneja los protocolos AH y ESP. Esto en una Debian con el paquete freeswan-kernel-patch instalado lo haríamos siguiendo las instrucciones en /usr/doc/freeswan/README.Debian y continuaríamos con la configuración normal del kernel (p.ej., make menuconfig). En cualquier otro sistema iríamos a /usr/src/freeswan-x.xx y haríamos make menugo, tras lo que tendríamos que seleccionar todas las opciones relevantes para FreeS/WAN (en “Networking Options”, abajo del todo):

 

         Tras esto, tendríamos que continuar con la configuración, compilación e instalación del nuevo núcleo. Explicar este proceso queda fuera del alcance de este trabajo, por lo que se remite al lector a la documentación disponible en el proyecto LDP (Linux Documentation Project) y Proyecto Lucas[3].

 

         Una vez reiniciado el sistema, ya tenemos un núcleo capaz de “hablar” ESP y AH. Si tenemos un sistema Debian instalando el paquete freeswan ya podemos pasar a configurar el sistema, ya que el demonio Pluto (encargado de IKE) y el resto de utilidades son instaladas por nosotros y se nos generará una clave criptográfica. En cualquier otro sistema conviene leer la documentación y revisar que con los pasos anteriores todo se haya instalado de forma adecuada en nuestro sistema.

 

Configuración y puesta en marcha

 

         Lo primero que tendremos que hacer para configurar nuestra conexión IPsec es generar un par de claves pública/privada para el cifrado y autentificación de la conexión. Esto se realizaría mediante el siguiente comando:

 

 

         Esto almacenará en el fichero /etc/ipsec.secrets toda la información criptográfica sobre nuestras llaves. Este fichero tendrá este aspecto (algunas líneas se han acortado por brevedad):

 

 

         Los parámetros Modulus, PublicExponent, PrivateExponent, Prime 1 y 2, Exponent 1 y 2 y Coefficient son los datos a partir de los cuales se pueden calcular nuestras llaves pública y privada RSA. En cualquier documentación sobre RSA puede encontrar más información sobre el proceso. El parámetro pubkey (aparece comentado) será nuestra clave pública, que habrá que intercambiar con los hosts con los que nos queramos comunicar.

 

         Tan sólo nos queda configurar lo que será la conexión IPsec en sí. Esto se realiza en el fichero /etc/ipsec.conf, que tiene este aspecto:

 

 

 

         Este es el archivo de configuración de ejemplo que viene con la distribución de FreeS/WAN, y contiene valores generales razonables y ejemplos de configuraciones. El campo “config setup” contiene la configuración global, aplicable a todas las conexiones definidas, mientras que cada campo “conn ...” define una conexión a parte.

 

         Veamos en detalle la conexión “sample”:

 

·         left y right son los dos hosts que intervienen en la conexión. Da igual a quién llamemos left y a quién right, pero estos nombres se deben mantener a ambos lados de la conexión.

·         leftsubnet y rightsubnet son las direcciónes de red (en formato direccion/bits_máscara) de las subredes que hay tras cada uno de los hosts. Son las redes que interconectaremos de forma segura a través de una VPN IPsec.

·         leftnexthop y rightnexthop son las direcciones de los siguientes equipos en dirección a Internet de cada uno de los hosts, es decir, sus gateways.

·         auto (aparece comentado) indica si la conexión se debe establecer de forma automática cuando se arranque el sistema.

 

         El siguiente esquema clarifica un poco el significado de left, leftsubnet, leftnexthop y sus equivalentes con right:

 

   Red A-----Host A----Router A---INTERNET---Router B----Host B---Red B

leftsubnet     left     leftnetxthop                    rightnexthop    right  rightsubnet

 

         Existen más parámetros para definir las conexiones. Le remitimos a la documentación de FreeS/WAN o al siguiente capítulo, donde analizaremos en detalle un caso particular de conexión entre dos subredes.

 

Consideraciones adicionales

 

         En este apartado vamos a tratar un par de asuntos relacionados con FreeS/WAN: la posibilidad de usar certificados X.509 y la configuración de un firewall para su correcto funcionamiento con IPsec.

 

  Soporte X.509

 

         FreeS/WAN no soporta de serie los certificados X.509 de los que se ha hablado en el capítulo anterior, pero existe un parche para poder utilizarlos y así poder conectarse a otros equipos que utilicen IPsec con certificados X.509 y OpenPGP.

 

         El parche se puede descargar de la dirección http://www.strongsec.com/freeswan/ y es de fácil instalación: tan sólo habrá que parchear el código de FreeS/WAN con el fichero freeswan.diff antes de compilar e instalarlo todo. Este parche únicamente afecta a las utilidades de usuario, no al código del kernel, ya que como se ha comentado anteriormente quien se encarga del intercambio y gestión de llaves es el demonio Pluto. En este caso, se le está añadiendo a Pluto la capacidad de trabajar con certificados X.509.

 

         Una vez aplicado el parche e instalada la nueva versión parcheada de FreeS/WAN, dispondremos de una serie de nuevos comandos y parámetros para poder trabjar con certificados X.509 de forma sencilla, similar a cómo generábamos y manejábamos las llaves RSA en el apartado anterior.

 

         Los paquetes de FreeS/WAN de Debian (freeswan y freeswan-kernel-patch) ya incorporan este parche, y por defecto generan un certificado X.509 para nuestro equipo. También incluyen parches con protocolos de cifrado adicionales, entre otros para utilizar el algoritmo AES (Advanced Encrytion Standard), futuro sustituto del DES.

 

         Para más información sobre el asunto, le remitimos a la documentación del parche.

 

  FreeS/WAN con un firewall

 

         Una vez que tenemos instalado FreeS/WAN y conectadas dos redes a través del protocolo seguro IPsec, no podemos olvidar otros importantes aspectos de la seguridad de redes y sistemas: la máquina haciendo de router FreeS/WAN está conectada a Internet, expuesta a ataques de todo tipo, que podrían poner en peligro tanto ese propio equipo como a toda la red corporativa que tiene detrás. Es por esto que resulta áltamente recomendable instalar un firewall en el propio equipo. En versiones actuales del kernel Linux (2.4.x) esto se realiza activando netfilter en el núcleo y mediante la utilidad iptables.

 

         Analicemos qué tráfico queremos que atraviese el firewall:

 

·         Tráfico ESP (protocolo IP 50)

·         Tráfico AH (protocolo IP 51)

·         Tráfico IKE (UDP, puerto 500)

·         Cualquier otro servicio que se ofrezca en esa misma máquina (p.ej., si hay un servidor HTTP) o si ese mismo equipo da salida a Internet a la red mediante NAT/masquerading.

 

         Por ejemplo, el siguiente archivo de configuración para iptables que puede ser cargado en el sistema con la utilidad iptables-restore, permitiría el uso de IPsec (ESP, AH e IKE), de un servidor HTTP (puerto TCP 80 abierto) y HTTPS (puerto TCP 443), y que además de acceso al exterior a toda la red mediante IP masquerading. El resto del tráfico entrante es bloqueado, salvo el relacionado con una conexión ya autorizada.

 

         En el ejemplo, eth0 es la interfaz pública (en internet) y eth1 la privada:

 

5. Trabajo desarrollado

 

         Nuestro trabajo se ha centrado en la implementación de VPNs para conexión entre delegaciones de una gran empresa. Para ello se han realizado pruebas de interconexión entre dos servidores de VPNs con Linux, concretamente con FreeS/WAN.

 

         También se ha contemplado la posibilidad de interconexión entre Linux y Windows 2000/XP utilizando certificados X.509.

 

Esquema de la red

 

         Se ha montado una red para realizar las pruebas, que consta de:

 

·         Dos servidores de VPNs, uno en cada extremo de la conexión.

·         Dos subredes independientes, una tras cada uno de los servidores de VPN, que tras el correcto establecimiento de la conexión mediante IPSec, quedarán “unidas” de forma segura.

·         Un equipo intermedio programado como router, que une los dos servidores de IPSec. La función de este equipo es la de simular de alguna forma toda la gran maraña de routers y redes (Internet) que debe atravesar nuestra VPN para llegar de un equipo pa otro. Además, en este equipo podremos instalar algún sniffer para analizar el tráfico de red.

 

         El esquema de la red tendría este aspecto:

 

 

Hardware utilizado

 

         Todos los equipos utilizados son PCs clónicos de gama media, con procesadores Pentium III o Celeron, velocidades de 1 a 1.5Ghz, y 128 ó 256 Mb de RAM.

 

         El equipo router central y los dos servidores de VPNs necesitan tener dos tarjetas de red para poder interconectar los dos extremos de las redes.

 

 

Software utilizado

 

         En los dos servidores de VPN se ha instalado Debian Woody, una versión actual del kernel de Linux (2.4.19), y la versión de FreeS/WAN incluida con la Debian que, como mencionamos en el capítulo anterior, incluye los parches para soporte de certificados X.509.

 

         El servidor router central también tiene Debian Woody, esta vez con una instalación mucho más sencilla ya que no necesita IPSec, tan sólo ser configurado para que haga forwarding entre sus dos interfaces de red (ip_forward=yes en /etc/network/options).

 

 

Instalación de FreeS/WAN

 

         Tras instalar el sistema en los dos servidores Linux, instalamos los fuentes del kernel y los paquetes con el soporte para FreeS/WAN. Parcheamos el kernel siguiendo las instrucciones en /usr/doc/freeswan/README.Debian y recompilamos, añadiendo soporte para IPSec y varios algoritmos de cifrado. Una vez compilado el kernel, reiniciamos la máquina para utilizarlo.

 

         Ya con el nuevo kernel, generamos un par de claves RSA en cada equipo y configuramos el fichero /etc/ipsec.conf tal y como se vió en el capítulo anterior. Una vez hecho esto en ambas máquinas, en teoría ya están preparadas para interconectarse entre sí de forma segura. Reiniciando IPSec (/etc/init.d/ipsec restart) y activando alguna conexión que hayamos definido (ipsec auto –up <nombre-conexión>) ya tendremos una sesión IP cifrada entre los dos equipos.

 

 

Traza

 

         Vamos a realizar una pequeña traza del protocolo IPSec para comprender mejor su funcionamiento. Para esto hemos instalado un sniffer (tcpdump) en el equipo que hace de router.

 

         En primer lugar, y antes de establecer la conexión segura, vamos a realizar un ping entre las dos máquinas para ver un ejemplo de tráfico “normal” (sin cifrar) y para habituarnos al formato de salida del tcpdump:

 

 

         Podemos ver los paquetes de petición eco ICMP de ida, y los de respuesta al eco de vuelta.

 

         Con la opción -X de tcpdump podemos ver el contenido de los paquetes, y con la opción -p de ping, indicar dos bytes de la carga del ping que se repetirán en todo el contenido del paquete enviado. De esta forma podemos ver que, efectivamente, la información se envía “en claro”. P.ej., con ping -p ae IP_destino obtenemos esto, donde en el volcado hexadecimal podemos ver que la información no va cifrada:

 

 

         Ejecutando ipsec look obtenemos información sobre el estado de IPSec en cualquier momento. Si lo ejecutamos ahora que no hay establecida ninguna conexión, esta es la información que nos ofrece:

 

 

         Si hubiera alguna sesión establecida, nos lo diría y también indicaría parámetros de las llaves.

 

         Ahora iniciamos IPSec con ipsec auto –up <nombre-conexión>. Esto negociará los parámetros de la conexión y se intercambian las claves:

 

 

         Como se puede ver en la traza, se está utilizando el puerto 500 UDP, tal y como ya habíamos visto.

 

         En este momento ya está establecida la conexión segura IPSec. Podemos comprobarlo de nuevo haciendo un ping con la opción -p ae para asignar un contenido conocido al paquete. En este caso, no podremos descifrar su contenido:

 

 

         Además, podemos ver que el propio tcpdump nos indica que se trata de paquetes ESP, el protocolo IP de conexión cifrada/autentificada de IPSec.

 

         Ejecutando ahora ipsec look, obtenemos toda esta información sobre la sesión IPSec entre las dos máquinas:

 

 

 

         En estos momentos podemos estar seguros de disponer de una sesión cifrada entre las dos subredes.

 

 

El cliente windows

 

         La implementación en windows se ha realizado para el sistema operativo windows 2000 profesional, aunque ésta es igualmente válida para el windows XP profesional. Dado que este tipo de sistemas se van a utilizar básicamente en el mundo empresarial se ha elegido estas versiones del sistema de Microsoft en detrimento de otras más destinadas al mundo doméstico como el windows 98 y el Millenium.

 

         Nuestro trabajo se ha basado en la utilidad de Marcus Müller que se puede encontrar en http://vpn.ebootis.de. Esta utilidad está diseñada y optimizada para la interconexión entre windows 2000 y el FreeS/WAN utilizado en nuestro servidor Linux.

 

 

Software instalado

 

         Lo primero que hay que hacer es instalar FreeS/WAN en el servidor, según vimos en el apartado específico. Es muy importante realizar la instalación del parche X.509 para permitir al FreeS/WAN trabajar con el cliente windows 2000.

 

         Por otra parte, en lo referente al windows 2000 y con el fin de que éste pueda negociar con el Linux, debe “fortificarse”, ya que windows solo soporta DES simple como algoritmo de cifrado. Este algoritmo se considera “poco seguro” por los desarrolladores de FreeS/WAN y de muchos otros paquetes Linux. Por tanto, el algoritmo de cifrado común debe ser 3DES. Para “fortificar” windows 2000 es necesario instalar el “High Encryption Pack”, que puede encontrarse en la dirección  http://www.microsoft.com/WINDOWS2000/downloads/recommended/encrytion/default.asp

 

 

Configuración del software

 

         Los pasos a realizar en la máquina windows son los siguientes: 

 

·         El primer paso a realizar conseguir un certificado exportándolo desde la máquina Linux. Este fichero debe ser copiado a la máquina windows en una sesión segura (con alguna utilidad tipo “scp” o mediante un disquete). ¡ NO debe usarse FTP ¡

·         Descomprimir la utilidad de Marcus Müller ipsec.exe en algún directorio de la máquina windows (por ejemplo, C:\ipsec)

·         Crear una asociación IPSEC + Certificado MMC. Para ello hay que seguir los siguientes pasos:

 

·        Start/Run/MMC

·        File (or Console) – Add/Remove Snap-in

·        Click on “Add”

·        Click on “Certificates” y “add”

·        Seleccionar “cuenta del equipo” y “next”

·        Seleccionar “local computer” y “finish”

·        Click on “IP Security Policy Management” y “add”

·        Seleccionar “local computer” y “finish”

·        Click “Cerrar” y “OK”

 

·         Añadir el certificado. Para ello hay que seguir los siguientes pasos:

 

·        Colocar el puntero del ratón sobre “certificados (ordenador local)”

·        Pinchar con el botón derecho en “Personal” y luego en las opciones “todas las tareas” y en “Importar”

·        Pinchar en “Siguiente”

·        Escribir la ruta del fichero .p12 y pinchar en “siguiente”

·        Escribir la clave secreta y pinchar en “siguiente”

·        Seleccionar “Selección automática del almacén de certificados según el tipo de certificado” y pinchar en “siguiente”

·        Pinchar en “finalizar” y decir “si”  a cualquier ventana emergente de windows

·        Salir de la consola MMC y grabarla como un fichero.

 

 

Iniciando IPSec en Windows

 

Una vez se han dado todos los pasos anteriores, lo único que resta por hacer es lanzar el servicio IPSec mediante la ejecución del comando ipsec.exe del paquete de Marcus Müller. La salida del comando es la que podemos ver en la siguiente figura:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ahora, al hacer un ping al gateway de la máquina, dirá “Negociando la seguridad IP” unas cuantas veces, mientras se realiza el intercambio de claves. Una vez inicializada la conexión el ping responderá, viajando ya a través de la conexión segura.

 

 

 

Índice

 

 

1.    Introducción........................................................................3

2.    Redes Privadas Virtuales......................................................7

3.    IPSec..................................................................................10

4.    Implementación de VPN’s con IPSec y FreeS/WAN.............14

5.    Trabajo desarrollado............................................................21