IPSec
IPSec
개요
IPSec(Internet Protocol Security)은 인터넷 프로토콜(IP) 계층에서 네트워크 통신의 보안을 제공하기 위해 설계된 일련의 프로토콜과 기술의 집합입니다. 주로 가상 사설망(VPN) 환경에서 사용되며, 데이터의 기밀성, 무결성, 인증 및 방향성 보호를 보장합니다. IPSec는 IPv4와 IPv6 모두에서 작동할 수 있으며, 네트워크 계층에서 동작하기 때문에 상위 계층(예: TCP, UDP, HTTP 등)의 애플리케이션에 영향을 주지 않고 보안을 적용할 수 있는 장점이 있습니다.
IPSec은 1990년대 후반에 IETF(Internet Engineering Task Force)에서 표준화되었으며, 오늘날 기업 네트워크, 원격 근무 환경, 클라우드 인프라 등에서 널리 사용되고 있습니다.
IPSec의 주요 기능
IPSec는 다음과 같은 핵심 보안 서비스를 제공합니다:
- 기밀성(Confidentiality): 데이터를 암호화하여 제3자가 내용을 볼 수 없도록 보호합니다.
- 무결성(Integrity): 데이터가 전송 중에 변경되지 않았음을 보장합니다.
- 인증(Authentication): 통신 상대방의 신원을 확인합니다.
- 재전송 방지(Anti-Replay): 동일한 패킷이 반복 전송되는 것을 방지하여 공격을 차단합니다.
IPSec 아키텍처 구성 요소
IPSec는 여러 프로토콜과 메커니즘으로 구성되며, 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
1. AH (Authentication Header)
- 목적: 데이터의 무결성과 인증을 제공 (기밀성 없음)
- 특징: IP 헤더와 페이로드를 모두 인증하되, 암호화하지 않음
- 사용 위치: 보안이 중요하지만 암호화가 필요 없는 환경
- 프로토콜 번호: IP 프로토콜 51
AH는 IP 헤더의 일부 필드(예: TTL)가 변경될 수 있으므로, 이들 필드는 무결성 검사에서 제외됩니다.
2. ESP (Encapsulating Security Payload)
- 목적: 기밀성, 무결성, 인증을 모두 제공
- 특징: 데이터를 암호화하며, 무결성 검증을 위해 HMAC 등을 사용
- 프로토콜 번호: IP 프로토콜 50
ESP는 AH보다 더 널리 사용되며, 대부분의 IPSec VPN 구현에서 기본으로 선택됩니다.
작동 모드
IPSec는 두 가지 주요 작동 모드를 지원합니다.
전송 모드 (Transport Mode)
- 사용 목적: 호스트 간의 직접 통신 보안
- 적용 범위: IP 페이로드만 보호 (기존 IP 헤더 유지)
- 주요 활용: 서버 간 안전한 통신, 예: 데이터센터 내부
[IP Header][ESP Header][Data]
터널 모드 (Tunnel Mode)
- 사용 목적: 네트워크 간 보안 연결 (예: 사이트 간 VPN)
- 적용 범위: 전체 IP 패킷을 캡슐화하여 보호
- 주요 활용: 기업 지사 연결, 원격 사용자 접속
[New IP Header][ESP Header][Original IP Header][Data]
터널 모드는 기존 IP 패킷을 새로운 IP 헤더로 감싸기 때문에, 송신자와 수신자의 실제 IP 주소를 숨길 수 있어 보안성이 높습니다.
보안 연관 (Security Association, SA)
IPSec는 보안 연관(SA)이라는 단방향 논리적 연결을 기반으로 동작합니다. SA는 다음과 같은 정보를 포함합니다:
- 암호화 알고리즘 (예: AES, 3DES)
- 무결성 알고리즘 (예: SHA-256, HMAC-SHA1)
- 인증 방식 (예: 사전 공유 키, 디지털 인증서)
- SA 수명 (시간 또는 데이터 양 기반)
SA는 수신과 송신에 각각 설정되며, 양방향 통신을 위해서는 두 개의 SA가 필요합니다. SA는 IKE(Internet Key Exchange) 프로토콜을 통해 동적으로 설정됩니다.
IKE (Internet Key Exchange)
IKE는 IPSec의 핵심 키 관리 프로토콜로, 보안 연관을 안전하게 설정하고 주기적으로 키를 갱신합니다. IKE는 두 단계로 나뉩니다:
Phase 1: 보안 채널 설정
- ISAKMP(Security Association and Key Management Protocol)를 사용
- 양측 간에 안전한 통신 채널(관리 채널)을 생성
- 모드: 주 모드(Main Mode) 또는 애그레시브 모드(Aggressive Mode)
Phase 2: IPSec SA 설정
- Phase 1에서 생성된 보안 채널을 이용해 실제 데이터 통신을 위한 SA를 협상
- 모드: 빠른 모드(Fast Mode)
IKE는 Diffie-Hellman 키 교환 알고리즘을 사용하여 중간자 공격(MITM)에 대응하며, 사전 공유 키(PSK) 또는 PKI 기반 인증을 지원합니다.
IPSec의 장점과 단점
| 항목 | 설명 |
|---|---|
| 장점 | - 네트워크 계층에서 동작하므로 애플리케이션에 투명함 - 높은 보안 수준 제공 - 표준화된 프로토콜로 다양한 기기와 호환 |
| 단점 | - 설정 및 관리가 복잡함 - NAT 환경에서 문제 발생 가능 (NAT-Traversal 필요) - 성능 오버헤드 존재 (특히 암호화/복호화 과정) |
관련 기술 및 확장
- NAT-Traversal(NAT-T): NAT를 통과할 수 있도록 UDP 포트 4500을 사용
- MOBIKE: 모바일 환경에서 IPSec 연결을 유지
- IPComp: IP 데이터 압축을 위한 보조 프로토콜
참고 자료
- RFC 4301 - Security Architecture for the Internet Protocol
- RFC 4302 - IP Authentication Header
- RFC 4303 - IP Encapsulating Security Payload
- RFC 7296 - Internet Key Exchange Protocol Version 2 (IKEv2)
관련 문서
IPSec는 현대 네트워크 보안의 핵심 기술 중 하나로, 안정성과 표준화 덕분에 장기간 사용되고 있으며, 클라우드 및 하이브리드 네트워크 환경에서도 지속적으로 활용되고 있습니다.
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