資訊與網路安全技術：第 十二章 虛擬私有網路 - IPSec 上一頁  下一頁

 

 

12-6 IPSec AH 認證欄位

內容：

12-6-1 產生完整性檢查值

AH 認證欄位是傳送端選擇原來 IP 封包標頭上某些欄位的值，並將這些值經過 MAC 演算法計算，產生一個『完整性檢查值』（Integrity Check Value, ICV），再將此 ICV 值存放於 AH 標頭的認證資料欄位（如圖 12-7 所示）上；接收端收到 IPSec AH 封包後，選擇同樣欄位計算出 ICV，如果該 ICV 與 AH 標頭上 ICV 相同的話，則表示該封包是正確的，但必須滿足下列三個需求：

  • 必須協調出針對 ICV 加密的秘密金鑰；

  • 必須協調出採用何種認證演算法（如 HMAC-SHA-1）；

  • 必須協調出選擇哪些欄位來計算 ICV 的值。

基本上，這三個需求都必須在通訊之前，透過 SA 連線協議而成。但就第三個需求而言，除了雙方可協議出採用哪些欄位外，我們同時必須了解選擇欄位的原因。有些欄位的內容會隨時改變，並不適合做 AH 認證使用，否則會發生許多無謂的困擾。如以 TTL 與 Header Checksum 欄位為例，IP 封包每經過一個路徑（或路由器），則 TTL 的值便會被減一，之後路由器會再重新計算標頭檢查值（Header Checksum），因此這兩個欄位隨時會遭受修改其內容。如果傳送端將隨時變更欄位的值加入計算的話，接收端在做認證檢查時，將很困難去辨別是正常變更或是遭受破壞。因此，我們必須先了解 IP 封包標頭上有哪些欄位容易變更、以及哪些欄位較不容易變更。在協調雙方通訊參數時（SA 連線），便可參照這些訊息來決定哪些欄位可加入認證範圍。當然，加入愈多的欄位則認證的安全性愈高，但這必須視通訊雙方的需要而定。

12-6-2 IPv4 易變更的欄位

以下列出 IPv4 封包標頭較容易變更的欄位：

  • 服務類別（Type of Service, TOS）：此欄位是說明該封包所要求的服務等級，此服務等級是由延遲時間、效能或可靠度的要求程度來分級。一般 IP 網路都將此欄位視為不易變更的，但是 IPSec 網路還是將它視為易變更欄位，因為還是有一些路由器會去更改它的內容。

  • 旗號（Flags）：IP 封包標頭有三個位元的旗號，分別是DF、MF 和另一個未使用的位元（0DM）。如 DF（Don’t Fragment）旗號被設定（DF=1），則表示此封包是禁止被分段的；如 MF（More Fragment）旗號被設定（MF=1）的話，則表示該封包還有其他分段會緊接著送過來；如 MF=0，則表示本封包是最後的分段封包（或未分段封包）。基本上 IPSec AH 是不允許 IP 封包再被分段，因此此欄位的值必須都是零。

  • 存活時間（Time To Live, TTL）：此欄位是用來限制封包的存活時間，以避免封包在網路無窮的環繞。傳送中的封包每經過一個路由器，該路由器自動將 TTL 值減一，再存回欄位上，如果該欄位的值等於零，則拋棄封包。因此，TTL 的值隨時會改變，多半不適合納入計算 ICV 的範圍。

  • 分段偏移位址（Fragment Offset）：此欄位（13 位元）是說明本封包是原來 IP 封包經由分段後的位址。基本上 IPSec AH 是不允許 IP 封包再被分段，因此此欄位的值必須都是零。

  • 標頭檢查碼（Header Checksum）：此欄位是計算 IP 封包標頭的檢查值。如果封包在傳送當中，有任何欄位被修改時，則此欄位的值將會隨之改變，因此計算 ICV 值時，都將此欄位設定為零。

  • 選項（Options）：此欄位是不定長度，也許會攜帶某些選擇性的訊息，但目前路由器大多忽略該欄位上的訊息，所以大部份的 IPSec 也都不會將該欄位加入 ICV 計算。

12-6-3 IPv4 不易變更的欄位

IPv4 封包標頭在傳輸當中，不容易被變更欄位有：

  • 版本（Version）：IP 封包版本，應該為 4。

  • Internet 標頭長度（Internet Header Length, IHL）：封包標頭的長度（包含 Options 與 Padding 欄位）

  • 總長度（Total Length）：封包的總長度，其中包含封包標頭與承載資料（Data 欄位）。

  • 識別（Identification）：如果所承載的資料（如 TCP 封包）有經過分段後，再分別由不同的 IP 封包承載，則此欄位登錄該資料的分段號碼。

  • 通訊協定（Protocol）：表示封包所承載資料是屬於何種通訊協定，譬如 TCP、UDP、或 ICMP 等等。

  • 來源位址（Source Address）：封包的來源位址。

  • 目的位址（Destination Address）：封包的目的位址。

基本上，選擇那些欄位計算 ICV，是由雙方協議的 SA 來決定，我們將 IPv4 的封包標頭顯示於圖 12-12，其中有底色的欄位表示有可能被選取的機會。如果沒有被選取的欄位，在計算 ICV 時都會被設定為零。

圖 12-12 IPv4 標頭可參與計算 ICV欄位（有陰影部份）

我們用兩個簡單的範例，說明選擇那些欄位計算 ICV，可能會對 AH 認證能力產生影響。一者將總長度欄位加入計算，倘若傳輸當中封包所承載資料遭受替換，雖然攻擊者也可以修改總長度欄位的內容，來蒙騙接收者；但接收端還是可以由 ICV 計算出認證封包長度是否被變更，如此一來，表示 IPSec AH 不但可以保護封包標頭，也可認證整個 IP 封包，此即稱為『非連接導向的完整性』功能。另一者，倘若將來源位址加入 ICV 計算，則可以避免中間人攻擊，其原因是中間人將封包接收後，再發送新的封包給接收端，則新的封包的來源位址勢必遭受變更，接收端便可依此驗證出該封包的正確性，此即稱為『資料來源認證』功能。

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