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、保護されたトラフィックがトンネルを通過できるようになる前に、2つのIPsecピア間で合意される、暗号化アルゴリズム、認証方式、鍵、有効期間といったセキュリティパラメータのセットのことです。IPsecトンネルの各方向にはそれぞれ独自のSAが維持され、IKEがスケジュールに従ってそれらを再ネゴシエーションするため、暗号化されたトラフィックの送信が中断されることはありません。

主なポイント

• SAは、トンネルの1方向について、鍵、アルゴリズム、および有効期間を定義します。
• IKEはSAをネゴシエートし、有効期限が切れる前に自動的に鍵を更新します。
• 各IPsecトンネルは、着信用と発信用のSAペアをそれぞれ個別に維持します。
• セキュリティパラメータインデックス（SPI）は、デバイス上の各セキュリティアソシエーション（SA）を識別します。
• VOSは、リアルタイム監視のために、トンネルごとのIKEおよびIPsec SAの状態を公開します。

このページの内容： その重要性 ・ 仕組み ・ 種類 ・ セキュリティアソシエーションとVersa · よくある質問

セキュリティアソシエーションはなぜ重要なのでしょうか？

トラフィックを実際に保護しているのはセキュリティアソシエーション（SA）です。トンネル設定そのものではなく、各エンドポイントがすべてのパケットに対して適用するリアルタイムの合意が保護の役割を果たしています。有効なSAがなければ、ピアは適用すべき鍵やアルゴリズムを持たないため、保護されたトラフィックは通過できません。 すべてのSAには有効期限があり、継続的に更新されなければなりません。IKEは有効期限が切れる前に再ネゴシエーションを行うため、正常に動作しているトンネルは決して停止することはありません。リキーに失敗すると、設定上は正しく見えていてもトンネルはトラフィックの通過を停止してしまいます。これが、障害の診断において、運用担当者が真っ先にSAの状態を確認する理由の一つです。

また、このモデルでは、各方向およびピアペアごとにセキュリティ範囲を個別に設定するため、あるトンネルが侵害されても他のトンネルが影響を受けることはありません。この分離性があるからこそ、数百もの支店拠点（各拠点が独自のトンネルを持つ）からなる大規模な展開においても、1つの障害がファブリック全体に波及することなく運用が可能となるのです。

セキュリティアソシエーションとは何ですか？

SAとは、各エンドポイントが1つのトンネルのトラフィックの一方向について保持する記録のことです。これには、使用する暗号化アルゴリズム（AES-GCMまたはAES-CBC）、整合性を検証するアルゴリズム、現在のセッションキー、および再ネゴシエーションが行われるまでの合意の有効期間などが含まれます。2つのSA（1つはインバウンド用、もう1つはアウトバウンド用）によって、トンネルの双方向のトラフィックがカバーされます。

各SAは、送信者がすべてのパケットに付与する32ビットの値であるセキュリティパラメータインデックス（SPI）と、宛先アドレスおよびセキュリティプロトコル（AHまたはESP）を組み合わせることで、一意に識別されます。受信側は、この3つの要素を用いて一致するSAを特定し、その鍵とアルゴリズムを適用します。

SAは直接設定されるものではなく、IKEによってネゴシエーションが行われます。フェーズ1では、ピア間で保護された制御チャネルが確立されます（このチャネル自体もIKE SAによって管理されます）。フェーズ2では、そのチャネルを使用して、実際のデータトラフィックを保護するIPsec SAのネゴシエーションが行われます。

セキュリティアソシエーションの種類

すべてのIPsecセッションは、2つのSAによって管理されます。フェーズ1で確立されるIKE SAは、ネゴシエーションチャネルを保護します。つまり、ピア同士が相互に認証を行い、その後のすべての処理に関するパラメータについて合意します。フェーズ2で確立されるIPsec SAは、通信方向ごとに1つずつ存在し、データトラフィックの実際の暗号化と認証を行います。このSAは、それを生成したIKE SAに比べて存続期間が短く、鍵の更新頻度も高くなります。

SAはプロトコルによっても異なります。ESP SAは、カプセル化セキュリティペイロード（ESP）トラフィック（暗号化と認証の両方）および導入されているIPsecの大部分をカバーしますが、AH SAは認証ヘッダー（AH）トラフィックをカバーし、パケットを暗号化せずに認証を行います。AH SAはNATを通過できないため、現在ではほとんど使用されていません。

ごく一部の導入事例では、IKEネゴシエーションの代わりに静的鍵を使用した手動設定のSAが採用されています。手動設定のSAは制御プレーンを完全に省略するため、ラボ環境でのトラブルシューティングが簡素化されますが、鍵の更新や完全前方秘匿性（PFS）が犠牲となるため、本番環境での導入では避けられています。

セキュリティ・アソシエーションとVersa

VOSデバイスは、運用状況の可視化のためにSAの状態を公開します。Directorの「Monitor」タブにある「Services」ビューには、専用のIPsecセクションがあり、そこに「IKE Security Association」タブと「IPsec Security Association」タブが含まれています。これにより、オペレーターは、トンネルのSAの稼働状況だけでなく、その現在の鍵、アルゴリズム、および残存有効期間についても詳細に確認することができます。同様のビューは、Titan ポータルのリアルタイム監視ダッシュボードからも利用可能です。

SAの可視化も、統合の検証の一環です。VOSブランチをサイト間IPsecトンネル経由でNetskope Security Cloudに接続する場合、Versaのドキュメントに記載された手順では、IKE履歴、IKEセキュリティアソシエーション、IPsec履歴、IPsecセキュリティアソシエーションを順に確認し、双方向で有効なSAが存在することを確認します。

よくある質問

IKE SAとIPsec SAの違いは何ですか？

IKE SAは、ピア間がネゴシエーションを行う際に使用する制御チャネルを保護します。具体的には、ピアの認証を行い、その後のネゴシエーションを保護します。そのチャネル内でネゴシエーションされるIPsec SAは、実際にデータトラフィックの暗号化と認証を行います。すべてのトンネルには、1つのIKE SAと、少なくとも2つのIPsec SA（方向ごとに1つずつ）が存在します。

1つのIPsecトンネルには、SAがいくつ必要ですか？

少なくとも3つ必要です。制御チャネル用のIKE SAが1つ、さらにデータトラフィック用のインバウンドおよびアウトバウンドのIPsec SAがそれぞれ1つずつです。これは、各SAが単方向であるためです。ESPトラフィックとAHトラフィックの両方を伝送するトンネルでは、この最小数に加えて、さらに多くのSAペアを維持することができます。

セキュリティアソシエーションの有効期限が切れると、どうなるのでしょうか？

そのSAによって保護されているトラフィックは、転送されなくなります。実際には、このような事態はほとんど発生しません。IKEは各SAの残存有効期間を追跡し、期限切れになるかなり前に代替のSAを再ネゴシエーションするため、正常なトンネルでは、トラフィックに目に見える中断が生じることなく、バックグラウンドで継続的に鍵の更新が行われます。

セキュリティ・パラメータ・インデックス（SPI）とは何ですか？

特定のSAを識別する32ビットの値。送信エンドポイントは、すべてのパケットに自身のSPIを付加します。受信側は、そのSPIを宛先アドレスおよびセキュリティプロトコルと組み合わせて、一致するSAを検索し、適切な鍵とアルゴリズムを適用します。

セキュリティアソシエーションは、ネゴシエーションではなく手動で設定することはできますか？

はい。手動でキーを設定するSAは、IKEネゴシエーションの代わりに管理者が設定した静的キーを使用し、コントロールプレーンを完全に省略します。これは実験室でのテストやトラブルシューティングで時折使用されますが、本番環境での導入では避けられます。なぜなら、手動のSAは自動的にキーを更新できず、完全前方秘匿性（Perfect Forward Secrecy）も提供できないからです。

セキュリティアソシエーションの詳細

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