IPsecとは何ですか？

インターネットプロトコルセキュリティ（IPsec）は、IPパケットの認証と暗号化を行い、信頼できないネットワーク上で安全なトンネルを構築する、標準規格に基づくプロトコルスイートです。これは、Versaのものを含め、ほとんどのサイト間VPN、リモートアクセストンネル、およびSD-WANオーバーレイを支える中核技術となっています。

主なポイント

• IPsecは、IP層において機密性、完全性、および認証を提供します。
• ESPは暗号化と認証を行い、IKEは鍵とセキュリティアソシエーションのネゴシエーションを行います。
• トンネルモードではパケット全体が保護されますが、トランスポートモードではペイロードのみが保護されます。
• 最近の導入環境では、AES-GCM および強力なディフィー・ヘルマン群を用いた IKEv2 が使用されています。
• Versa同社の暗号化されたSD-WANファブリックおよびサイト間トンネルは、IPsec上で動作します。

このページの内容： その重要性 ・ 仕組み ・ 種類 · IPsec およびVersa · よくある質問

IPsecはなぜ重要なのでしょうか？

パブリックインターネットを経由するほぼすべてのプライベート接続は、IPsecに依存しています。支社はIPsecトンネルを介してデータセンターに接続し、クラウドVPCはIPsecゲートウェイを介してオンプレミスネットワークとピアリングし、SD-WANファブリックはすべての経路をIPsecで暗号化します。IPsecはIP層で動作するため、アプリケーションを変更することなく、その上のすべてのトラフィック（あらゆるアプリケーションやトランスポートプロトコル）を保護します。

その重要性は、オープンスタンダードである点にも由来しています。異なるベンダーのIPsecエンドポイントは相互運用が可能であり、そのため、支社デバイスをクラウドプロバイダーのVPNゲートウェイ、パートナーのファイアウォール、あるいは通信事業者のサービスに接続する際の共通基盤として、今もなおIPsecが定着しています。アーキテクトが、ベンダーに依存せず、監査可能で、かつほとんどのプラットフォームでハードウェアアクセラレーションが可能な暗号化通信を必要とする場合、最初のRFCが発行されてから30年が経過した今でも、IPsecは依然としてデフォルトの選択肢となっています。

IPsecとは何ですか？

IPsecは、相互に連携して機能するプロトコルのファミリーです。ESP（Encapsulating Security Payload）は日常的な処理を担当します。パケットの内容を暗号化し、転送中に改ざんされていないことを検証します。IKE（Internet Key Exchange）は制御チャネルとして機能します。2つのエンドポイントは、証明書または事前共有鍵を用いて相互認証を行い、暗号化アルゴリズムをネゴシエートし、セッションキーを確立します。このセッションキーは、トラフィックを遮断することなく、スケジュールに従って定期的に更新されます。

2つのエンドポイント間で交渉された状態は、セキュリティアソシエーション（SA）と呼ばれます。これは、アルゴリズム、鍵、および有効期間に関する合意のことです。データは、SAが確立されて初めてトンネルを通って送信され、パーフェクト・フォワード・シークレシー（PFS）などの機能により、将来鍵が漏洩したとしても、過去のセッションのデータを復号することはできません。

IPsecの種類

カプセル化モードには2種類あります。トンネルモードでは、元のパケット全体を新しい暗号化されたパケットで包み込みます。これは、内部のアドレス情報を隠蔽できるため、サイト間VPNの標準となっています。一方、トランスポートモードでは、ペイロードのみを暗号化し、元のヘッダーはそのまま保持します。これは主に、ホスト間通信の保護に使用されます。

現在、2つの鍵交換方式が実環境で利用されています。IKEv1はレガシーですが広く普及しており、IKEv2は最新の標準規格です。接続確立が速く、ネットワークの変化に対する耐性が高く、新規導入における適切なデフォルト設定となります。暗号方式の選択が全体像を決定づけます。GCMモードのAES（1回のパスで暗号化と完全性検証を同時に行う）は、ハッシュ処理を別途行うAES-CBCにほぼ取って代わり、ディフィー・ヘルマンのグループ選択が鍵交換の強度を決定します。

IPsec およびVersa

IPsecは、Versa 導入における暗号化基盤です。 ブランチ、ハブ、およびコントローラーノード間のSD-WANオーバーレイはIPsecパス上で動作し、暗号化設定はブランチのSD-WANプロファイルによって定義されます。サイト間IPsecトンネルは、VOSデバイスをサードパーティ製ゲートウェイやクラウドプロバイダーに接続します（Concerto内のIPsec VPNプロファイルまたはサイト間トンネルインターフェースを通じて設定されます）。また、リモートユーザーは、IPsecで保護されたSASE クライアントセッションを通じてネットワークにアクセスします。 VOSは、IKEv1およびIKEv2、証明書認証および事前共有鍵認証、AES-CBCおよびAES-GCM変換、パーフェクト・フォワード・シークレシー（PFS）をサポートしており、トンネルごとのSA状態の監視機能も備えています。

よくある質問

IPsecとTLS/SSL VPNの違いは何ですか？

IPsecはIP層で動作し、2つのネットワークエンドポイント間のすべてのトラフィックを保護するため、サイト間接続やフルトンネル方式での利用に適しています。TLS VPNはセッション層で接続ごとに動作するため、アプリケーションごとのアクセスに適しています。SD-WANファブリックではIPsecが使用され、ZTNAサービスでは通常TLSが使用されます。

IKEv1とIKEv2の違いは何ですか？

IKEv2は、より少ないメッセージ数でトンネルを確立し、NATやネットワークの変更にもより円滑に対応し、最新の認証方式をサポートしており、鍵の更新時にも安定性が高い。IKEv1は、旧式のピアとの互換性を維持するためだけに存続しており、新しいトンネルはデフォルトでIKEv2を使用すべきである。

IPsecセキュリティアソシエーションとは何ですか？

セキュリティアソシエーション（SA）とは、2つのエンドポイント間で交渉された契約であり、使用するアルゴリズム、鍵、および有効期間などが定められています。各トンネルは双方向でSAを維持しており、IKEは有効期限が切れる前にSAを更新するため、トラフィックが中断されることはありません。

IPsecでは、なぜAES-CBCではなくAES-GCMを使用するのですか？

AES-GCMは、1回のパスで暗号化と完全性検証を同時に行うため、処理が高速であり、CBCで必要とされる別途のハッシュ処理が不要となります。最近のハードウェアの多くはGCMを高速化しているため、同等またはそれ以上のセキュリティレベルを維持しつつ、より高いスループットを実現します。

IPsecにおける「完全前方秘匿性（Perfect Forward Secrecy）」とは何ですか？

完全前方秘匿性（Perfect Forward Secrecy）では、新たなディフィー・ヘルマン交換を通じて、各セッションキーを個別に導出します。たとえ長期キーが漏洩したとしても、過去のセッションは依然として復号できないため、キー漏洩による影響範囲は現在のセッションに限定されます。

IPsecに関する詳細

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