پروتکل IPsec و نحوه کارکرد آن

امنیت در تبادل اطلاعات، ستون فقرات هر شبکه سازمانی و زیرساخت‌های میزبانی است. هنگامی که صحبت از انتقال داده‌ها در بستری ناامن مانند اینترنت به میان می‌آید، باید از راهکارهایی استفاده کرد که محرمانگی و تمامیت داده‌ها را تضمین کنند. در این میان، یکی از کلیدی‌ترین مفاهیم در امنیت شبکه، درک این مطلب است که IPsec چیست و چگونه می‌تواند یک لایه حفاظتی نفوذناپذیر روی پروتکل‌های استاندارد اینترنت ایجاد کند.

مفهوم و فلسفه وجودی IPsec

پروتکل IPsec مجموعه‌ای از پروتکل‌های شبکه است که برای ایجاد ارتباطات رمزنگاری شده (Encrypted) بین دستگاه‌های مختلف طراحی شده است. این مجموعه پروتکل به ایمن نگه داشتن داده‌های ارسال شده از طریق شبکه‌های عمومی کمک شایانی می‌کند. وظیفه اصلی آن، امنیت دادن به فرآیند انتقال اطلاعات در یک شبکه عمومی یا Public است. IPsec با رمزگذاری پکت‌های IP و اعتبارسنجی منبع اصلی، از دسترسی‌های غیرمجاز و شنود اطلاعات جلوگیری می‌کند.

در نام‌گذاری این فناوری، IP مخفف Internet Protocol و Sec کوتاه شده کلمه Secure است. پروتکل اینترنت، پروتکل اصلی مسیریابی در فضای وب است که بر اساس یافتن مقصد داده‌ها از طریق آی‌پی آدرس‌ها کار می‌کند. پروتکل IPsec با اضافه کردن فرآیندهای ریاضی پیچیده به این لایه، پکت‌های استاندارد را به محتوایی غیرقابل فهم برای مهاجمان تبدیل می‌کند.

پروتکل های زیرمجموعه و ساختار فنی

باید به این نکته توجه داشت که IPsec یک پروتکل واحد نیست، بلکه مجموعه‌ای از چندین پروتکل مختلف است که در کنار هم عمل می‌کنند. برای درک بهتر انواع سیستم عامل لینوکس یا تجهیزات سخت‌افزاری که از این تکنولوژی پشتیبانی می‌کنند، باید با اجزای داخلی آن آشنا شد:

• پروتکل Authentication Header (AH): این پروتکل تضمین می‌کند که پکت‌های داده از یک منبع قابل اعتماد ارسال شده‌اند و در طول مسیر دستکاری نشده‌اند. نکته مهم این است که AH عملیات رمزگذاری را انجام نمی‌دهد و فقط برای احراز هویت استفاده می‌شود.
• پروتکل Encapsulating Security Protocol (ESP): وظیفه اصلی رمزنگاری آی‌پی هدر و Payload (بار مفید) هر پکت بر عهده این بخش است. ESP هدر و تریلر مخصوص خود را به هر پکت اضافه کرده و امنیت محتوا را تضمین می‌کند.
• پروتکل Security Association (SA): این بخش به مجموعه‌ای از قوانین اشاره دارد که برای مذاکره بر سر کلیدهای رمزگذاری و الگوریتم‌ها استفاده می‌شود. پروتکل IKE یا Internet Key Exchange یکی از رایج‌ترین ابزارهای این بخش است.

کاربرد در شبکه‌های خصوصی مجازی و IPsec VPN

یکی از متداول‌ترین کاربردهای این مجموعه پروتکل، ایجاد تونل‌های امن برای ارتباطات راه دور است. در واقع ipsec vpn یک اتصال رمزگذاری شده بین دو یا چند کامپیوتر یا شبکه است که از طریق اینترنت برقرار می‌شود. اگرچه اتصالات VPN از طریق شبکه‌های عمومی انجام می‌گردد، اما داده‌های مبادله شده کاملا خصوصی باقی می‌مانند.

بسیاری از سرویس‌های تجاری و سازمانی از IPsec برای اجرای این اتصالات استفاده می‌کنند. البته پروتکل‌های دیگری مانند پروتکل SSL/TLS نیز وجود دارند، اما تفاوت عمده در این است که IPsec در لایه شبکه (Network Layer) مدل OSI عمل می‌کند، در حالی که SSL در لایه‌های بالاتر فعال است. این تفاوت باعث می‌شود IPsec برای اتصال کل شبکه یک دفتر به دفتر مرکزی (Site-to-Site) بسیار کارآمدتر باشد.

شناسه IPsec چیست و چه نقشی در احراز هویت دارد؟

در فرآیند برقراری ارتباط، دستگاه‌ها نیاز دارند تا هویت یکدیگر را تایید کنند. در پاسخ به این سوال که شناسه ipsec چیست باید گفت این شناسه (ID) به عنوان یک نام کاربری یا نشانه منحصر‌به‌فرد عمل می‌کند که در تنظیمات IKE استفاده می‌شود. این شناسه می‌تواند یک آدرس IP، یک نام دامنه (FQDN) یا یک آدرس ایمیل باشد. بدون تطابق این شناسه‌ها در دو طرف تونل، فاز احراز هویت با شکست مواجه شده و ارتباط برقرار نمی‌گردد.

نحوه عملکرد و گام‌های اجرایی IPsec

فرآیند برقراری یک ارتباط امن توسط IPsec شامل مراحل دقیقی است که به ترتیب زیر اجرا می‌شوند:

• تبادل کلید (Key Exchange): کلیدهای رمزنگاری رشته‌هایی از کاراکترهای تصادفی هستند که برای قفل کردن و باز کردن پیام‌ها به کار می‌روند. دستگاه‌ها در ابتدا کلیدهای مشترکی را برای رمزگذاری و رمزگشایی توافق می‌کنند.
• سربرگ‌های پکت (Packet headers): تمامی داده‌ها به قطعات کوچکی به نام پکت تقسیم می‌شوند. IPsec چندین هدر حاوی اطلاعات احراز هویت و رمزگذاری به این پکت‌ها اضافه می‌کند.
• اعتبارسنجی و رمزنگاری: مانند یک مهر تایید، IPsec اطمینان حاصل می‌کند که پکت از منبع معتبر ارسال شده است. سپس Payload و هدر اصلی رمزگذاری می‌شوند تا حریم خصوصی حفظ گردد.
• انتقال با پروتکل UDP: در مرحله انتقال، ترافیک IPsec به جای استفاده از TCP، معمولا از پروتکل UDP استفاده می‌کند. این کار به پکت‌ها اجازه می‌دهد به راحتی از فایروال‌ها عبور کنند. پورت استاندارد برای این ارتباطات معمولا پورت 500 است. دقت داشته باشید که در تنظیمات فایروال سرور ابری خود، باید این پورت را باز کنید تا اتصال به درستی انجام شود.

تفاوت حالت‌های Tunnel و Transport

در پیاده‌سازی و تنظیمات ipsec vpn، دو حالت اصلی وجود دارد که بسته به نیاز شبکه انتخاب می‌شوند:

1. حالت Tunnel: این مدل معمولا بین دو روتر اختصاصی استفاده می‌شود. در این حالت، تمام پکت (شامل هدر اصلی و محتوا) رمزگذاری شده و یک هدر IP جدید به آن اضافه می‌شود. این کار باعث می‌شود مقصد نهایی پکت در طول مسیر مخفی بماند.

2. حالت Transport: در این مدل فقط بخش محتوای پکت (Payload) رمزگذاری می‌شود و هدر IP اصلی بدون تغییر باقی می‌ماند. این حالت بیشتر برای ارتباطات مستقیم بین دو کلاینت (End-to-End) کاربرد دارد و روترهای واسطه می‌توانند مقصد نهایی پکت را مشاهده کنند.

تاثیر بر عملکرد شبکه (MTU و MSS)

استفاده از پروتکل‌های امنیتی همواره هزینه‌ای در عملکرد دارد. هدرهای اضافه شده توسط IPsec باعث افزایش اندازه پکت‌ها می‌شوند. معمولا MTU استاندارد یک شبکه 1500 بایت است. با اضافه شدن هدرهای AH و ESP (که حدود 50 تا 60 بایت فضا اشغال می‌کنند)، فضای باقی‌مانده برای داده‌های واقعی (MSS) کاهش می‌یابد.

اگر اندازه کل پکت از MTU شبکه فراتر رود، پکت‌ها دچار شکستگی یا Fragmentation می‌شوند که می‌تواند باعث کاهش سرعت و تاخیر در شبکه گردد. بنابراین در زمان پیکربندی، بهینه‌سازی این مقادیر برای جلوگیری از حذف پکت‌ها بسیار حیاتی است.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

پروتکل IPsec با بهره‌گیری از مفاهیم پیشرفته رمزنگاری و احراز هویت، یکی از مطمئن‌ترین راهکارها برای ایمن‌سازی ترافیک اینترنتی است. فرقی نمی‌کند که به دنبال راه‌اندازی یک دفتر دورکار هستید یا می‌خواهید امنیت سرورهای خود را ارتقا دهید؛ درک دقیق ساختار این پروتکل و تنظیمات صحیح آن، اولین قدم برای مقابله با تهدیدات سایبری است. با توجه به افزایش حملات شنود و جعل هویت، استفاده از راهکارهایی نظیر IPsec VPN دیگر یک انتخاب نیست، بلکه یک ضرورت برای هر کسب‌وکار آنلاین محسوب می‌شود.