20.3. Automatischer Schlüssel-Austausch (IKE)

IPsec benötigt einen Schlüsselaustausch mit einem ”Geheimnis”. Dieser Vorgang wird meistens automatisch durch sogenannte IKE-Daemons durchgeführt. Diese führen ebenso die Authentifizierung der Partner durch, entweder durch ein gemeinsam bekanntes Geheimnis (auch ”pre-shared secret” genannt) oder bei RSA-Schlüssel (z.B. aus X.509 Zertifikaten).

Momentan stehen (für Linux) zwei verschiedene IKE-Daemons zur Verfügung, die aber sich ziemlich in Konfiguration und Benutzung unterscheiden.

Ich präferiere ”pluto” von der *S/WAN Implementierung, wei dieser eine überschaubare (und nur eine) Konfiguration.

20.3.1. IKE-Daemon ”racoon”

Der IKE-Daemon ”racoon” ist vom KAME-Project und auf Linux portiert worden. Aktuelle Linux-Distributionen beinhalten diesen Daemon im Paket ”ipsec-tools”. Zwei Programme sind für ein funktionierendes IPsec-Setup notwendig. Siehe dazu auch das Linux Advanced Routing & Traffic Control HOWTO / IPSEC.

20.3.1.1. Manipulation der IPsec SA/SP Datenbank mit dem Werkzeug ”setkey”

”setkey” ist für die Definition der Security Policy (SP) im Kernel wichtig.

Datei: /etc/racoon/setkey.sh

  • Beispiel für eine Ende-zu-Ende verschlüsselte Verbindung im Transport-Modus

#!/sbin/setkey -f
flush;
spdflush;
spdadd 2001:db8:1:1::1 2001:db8:2:2::2 any -P out ipsec esp/transport//require;
spdadd 2001:db8:2:2::2 2001:db8:1:1::1 any -P in  ipsec esp/transport//require;

  • Beispiel für eine Ende-zu-Ende verschlüsselte Verbindung im Tunnel-Modus

#!/sbin/setkey -f
flush;
spdflush;
spdadd 2001:db8:1:1::1 2001:db8:2:2::2 any -P out ipsec
¬ esp/tunnel/2001:db8:1:1::1-2001:db8:2:2::2/require;
spdadd 2001:db8:2:2::2 2001:db8:1:1::1 any -P in  ipsec
¬ esp/tunnel/2001:db8:2:2::2-2001:db8:1:1::1/require;

Beim anderen Partner ist ”in” mit ”out” zu vertauschen.

20.3.1.2. Konfiguration des IKE-Daemon ”racoon”

”racoon” benötigt eine Konfigurationsdatei zur Ausführung. Es beinhaltet zu der Security Policy entprechenden Einstellungen, welche vorher mit ”setkey” definiert wurde.

Datei: /etc/racoon/racoon.conf

# Racoon IKE daemon configuration file.
# See 'man racoon.conf' for a description of the format and entries.
path include "/etc/racoon";
path pre_shared_key "/etc/racoon/psk.txt";

listen
{
        isakmp 2001:db8:1:1::1;
}

remote 2001:db8:2:2::2
{
        exchange_mode main;
        lifetime time 24 hour;
        proposal
        {
                encryption_algorithm 3des;
                hash_algorithm md5;
                authentication_method pre_shared_key;
                dh_group 2;
        }
}

# gateway-to-gateway
sainfo address 2001:db8:1:1::1 any address 2001:db8:2:2::2 any
{
        lifetime time 1 hour;
        encryption_algorithm 3des;
        authentication_algorithm hmac_md5;
        compression_algorithm deflate;
}

sainfo address 2001:db8:2:2::2 any address 2001:db8:1:1::1 any
{
        lifetime time 1 hour;
        encryption_algorithm 3des;
        authentication_algorithm hmac_md5;
        compression_algorithm deflate;
} 

Zudem muss das gemeinsame Geheimnis definiert werden:

Datei: /etc/racoon/psk.txt

# file for pre-shared keys used for IKE authentication
# format is: 'identifier' 'key'

2001:db8:2:2::2 verysecret 

20.3.1.3. IPsec mit IKE-Daemon ”racoon” starten

Zum Schluss muss der Daemon gestartet werden. Beim ersten Mal sollte Debug- & Vordergrund-Modus aktiviert werden. Das folgende Beispiel zeigt eine erfolgreiche Aushandlung von IKE-Phase 1 (ISAKMP-SA) und 2 (IPsec-SA):

# racoon -F -v -f /etc/racoon/racoon.conf
Foreground mode. 
2005-01-01 20:30:15: INFO: @(#)ipsec-tools 0.3.3 (http://ipsec-tools.sourceforge.net)
2005-01-01 20:30:15: INFO: @(#)This product linked
¬ OpenSSL 0.9.7a Feb 19 2003 (http://www.openssl.org/)
2005-01-01 20:30:15: INFO: 2001:db8:1:1::1[500] used as isakmp port (fd=7)
2005-01-01 20:31:06: INFO: IPsec-SA request for 2001:db8:2:2::2
¬ queued due to no phase1 found.
2005-01-01 20:31:06: INFO: initiate new phase 1 negotiation:
¬ 2001:db8:1:1::1[500]<=>2001:db8:2:2::2[500]
2005-01-01 20:31:06: INFO: begin Identity Protection mode.
2005-01-01 20:31:09: INFO: ISAKMP-SA established
¬ 2001:db8:1:1::1[500]-2001:db8:2:2::2[500] spi:da3d3693289c9698:ac039a402b2db401
2005-01-01 20:31:09: INFO: initiate new phase 2 negotiation:
¬ 2001:6f8:900:94::2[0]<=>2001:db8:2:2::2[0]
2005-01-01 20:31:10: INFO: IPsec-SA established:
¬ ESP/Tunnel 2001:db8:2:2::2->2001:db8:1:1::1 spi=253935531(0xf22bfab) 
2005-01-01 20:31:10: INFO: IPsec-SA established:
¬ ESP/Tunnel 2001:db8:1:1::1->2001:db8:2:2::2 spi=175002564(0xa6e53c4) 

Jede Richtung bekommt einen eigenen SPI (wie im IPsec-Standard definiert). Mit ”tcpdump” kann an der entprechenden Schnittstelle dann das Ergebnis eines IPv6-pings gesehen werden:

20:35:55.305707 2001:db8:1:1::1 > 2001:db8:2:2::2: ESP(spi=0x0a6e53c4,seq=0x3)
20:35:55.537522 2001:db8:2:2::2 > 2001:db8:1:1::1: ESP(spi=0x0f22bfab,seq=0x3)

Wie erwartet, werden die ausgehandelten SPIs angezeigt.

Mit ”setkey” werden die aktiven Parameter angezeigt:

# setkey -D
2001:db8:1:1::1 2001:db8:2:2::2
        esp mode=tunnel spi=175002564(0x0a6e53c4) reqid=0(0x00000000)
        E: 3des-cbc  bd26bc45 aea0d249 ef9c6b89 7056080f 5d9fa49c 924e2edd
        A: hmac-md5  60c2c505 517dd8b7 c9609128 a5efc2db
        seq=0x00000000 replay=4 flags=0x00000000 state=mature
        created: Jan  1 20:31:10 2005   current: Jan  1 20:40:47 2005
        diff: 577(s)    hard: 3600(s)   soft: 2880(s)
        last: Jan  1 20:35:05 2005      hard: 0(s)      soft: 0(s)
        current: 540(bytes)     hard: 0(bytes)  soft: 0(bytes)
        allocated: 3    hard: 0 soft: 0
        sadb_seq=1 pid=22358 refcnt=0
2001:db8:2:2::2 2001:db8:1:1::1
        esp mode=tunnel spi=253935531(0x0f22bfab) reqid=0(0x00000000)
        E: 3des-cbc  c1ddba65 83debd62 3f6683c1 20e747ac 933d203f 4777a7ce
        A: hmac-md5  3f957db9 9adddc8c 44e5739d 3f53ca0e
        seq=0x00000000 replay=4 flags=0x00000000 state=mature
        created: Jan  1 20:31:10 2005   current: Jan  1 20:40:47 2005
        diff: 577(s)    hard: 3600(s)   soft: 2880(s)
        last: Jan  1 20:35:05 2005      hard: 0(s)      soft: 0(s)
        current: 312(bytes)     hard: 0(bytes)  soft: 0(bytes)
        allocated: 3    hard: 0 soft: 0
        sadb_seq=0 pid=22358 refcnt=0 

20.3.2. IKE-Daemon ”pluto”

Der IKE-Daemon ”pluto” ist in den Paketen der *S/WAN-Projekte beinhaltet. Das *S/WAN-Projekt startete zu Anfags als FreeS/WAN. Leider wurde die Weiterentwicklung von FreeS/WAN in 2004 eingestellt. Aufgrund der langsamen Entwicklungsgeschwindigkeit in der Vergangenheit entstanden zwei Spin-Offs: strongSwan und Openswan. Heutzutage stehen installationsfertige Pakete bereit, u.a. von Openswan (in Fedora Core 3 beinhaltet).

Ein großer Unterschied zu ”racoon” ist, dass nur eine Konfigurationsdatei notwendig ist. Zudem steht ein initscript für automatisches Starten beim Booten zur Verfügung.

20.3.2.1. Konfiguration des IKE-Daemon ”pluto”

Die Konfiguration ist der zu IPv4 sehr ähnlich, nur eine wichtige Option ist notwendig.

Datei: /etc/ipsec.conf

# /etc/ipsec.conf - Openswan IPsec configuration file
#
# Manual:     ipsec.conf.5
version 2.0     # conforms to second version of ipsec.conf specification

# basic configuration
config setup
        # Debug-logging controls:  "none" for (almost) none, "all" for lots.
        # klipsdebug=none
        # plutodebug="control parsing"

#Disable Opportunistic Encryption
include /etc/ipsec.d/examples/no_oe.conf

conn ipv6-p1-p2
        connaddrfamily=ipv6       # Important for IPv6, but no longer needed since StrongSwan 4
        left=2001:db8:1:1::1
        right=2001:db8:2:2::2
        authby=secret
        esp=aes128-sha1
        ike=aes128-sha-modp1024
        type=transport
        #type=tunnel
        compress=no
        #compress=yes
        auto=add
        #auto=up

Zudem muss das gemeinsame Geheimnis definiert werden:

Datei: /etc/ipsec.secrets

2001:db8:1:1::1 2001:db8:2:2::2 : PSK      "verysecret"

20.3.2.2. IPsec mit IKE daemon ”pluto” starten

Wenn die Installation von Openswan erfolgreich war, sollte ein initscript zum Starten von IPsec zur Verfügung stehen. Dann einfach auf jedem Partner folgendes ausführen:

# /etc/rc.d/init.d/ipsec start

Danach kann die Verbindung auf einem Partner gestartet werden. Wenn im folgenden die Zeile ”IPsec SA established” erscheint, hat die Aushandlung funktioniert.

# ipsec auto --up ipv6-peer1-peer2
104 "ipv6-p1-p2" #1: STATE_MAIN_I1: initiate
106 "ipv6-p1-p2" #1: STATE_MAIN_I2: sent MI2, expecting MR2
108 "ipv6-p1-p2" #1: STATE_MAIN_I3: sent MI3, expecting MR3
004 "ipv6-p1-p2" #1: STATE_MAIN_I4: ISAKMP SA established
112 "ipv6-p1-p2" #2: STATE_QUICK_I1: initiate
004 "ipv6-p1-p2" #2: STATE_QUICK_I2: sent QI2,
¬ IPsec SA established {ESP=>0xa98b7710 <0xa51e1f22} 

Weil *S/WAN und setkey/racoon die gleiche IPsec-Implementation im Linux kernel 2.6.x benutzen, zeigt ”setkey” auch hier die aktiven Parameter:

# setkey -D
2001:db8:1:1::1 2001:db8:2:2::2
        esp mode=transport spi=2844489488(0xa98b7710) reqid=16385(0x00004001)
        E: aes-cbc  082ee274 2744bae5 7451da37 1162b483
        A: hmac-sha1  b7803753 757417da 477b1c1a 64070455 ab79082c
        seq=0x00000000 replay=64 flags=0x00000000 state=mature
        created: Jan  1 21:16:32 2005   current: Jan  1 21:22:20 2005
        diff: 348(s)    hard: 0(s)      soft: 0(s)
        last:                           hard: 0(s)      soft: 0(s)
        current: 0(bytes)       hard: 0(bytes)  soft: 0(bytes)
        allocated: 0    hard: 0 soft: 0
        sadb_seq=1 pid=23825 refcnt=0
2001:db8:2:2::2 2001:db8:1:1::1
        esp mode=transport spi=2770214690(0xa51e1f22) reqid=16385(0x00004001)
        E: aes-cbc  6f59cc30 8d856056 65e07b76 552cac18
        A: hmac-sha1  c7c7d82b abfca8b1 5440021f e0c3b335 975b508b
        seq=0x00000000 replay=64 flags=0x00000000 state=mature
        created: Jan  1 21:16:31 2005   current: Jan  1 21:22:20 2005
        diff: 349(s)    hard: 0(s)      soft: 0(s)
        last:                           hard: 0(s)      soft: 0(s)
        current: 0(bytes)       hard: 0(bytes)  soft: 0(bytes)
        allocated: 0    hard: 0 soft: 0
        sadb_seq=0 pid=23825 refcnt=0 


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