IPSec là một trong những giao thức quan trọng được dùng trong quá trình thiết lập kết nối VPN. Công nghệ đóng vai trò bảo mật và kết nối với thành phần L2TP. Vậy đặc điểm của IPSec là gì? Nguyên lý hoạt động của giao thức như thế nào? Mời bạn cùng FPT Shop khám phá những kiến thức quan trọng dưới đây. 

Định nghĩa IPSec là gì?

IPsec (Internet Protocol Security) là một bộ giao thức và cơ chế được sử dụng để bảo mật truyền thông trên mạng Internet. IPsec cung cấp các phương pháp bảo vệ dữ liệu khi nó được truyền qua mạng. Công nghệ đảm bảo tính toàn vẹn, xác thực và bảo mật thông tin hiệu quả.

IPsec hoạt động ở hai chế độ chính là Chế độ Transport và Chế độ Tunnel. Chế độ Transport chỉ bảo vệ dữ liệu payload của các gói tin IP. Trong khi đó, Chế độ Tunnel bảo vệ cả địa chỉ IP nguồn và đích cùng dữ liệu payload của gói tin IP.

Nền tảng IPsec sử dụng một loạt các phương pháp mật mã như mã hóa symmetrical and asymmetrical. Kèm theo đó là các giao thức như AH (Authentication Header) và ESP (Encapsulating Security Payload) để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

Công nghệ IPsec thường được sử dụng trong các mạng VPN (Virtual Private Networks) để tạo ra kênh kết nối an toàn giữa các thiết bị và mạng. Nền tảng cho phép người dùng truy cập từ xa với yêu cầu an toàn và bảo mật nhất. Bên cạnh đó, IPsec cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mạng và dữ liệu từ các môi trường kinh doanh, doanh nghiệp.

IPsec có những công dụng nào?

Công dụng chính của IPSec là cung cấp tính toàn vẹn, xác thực và bảo mật cho dữ liệu khi truyền qua mạng Internet. Cụ thể, IPSec có các công dụng sau:

• Mã hóa dữ liệu: IPSec sử dụng các phương pháp mã hóa để ngăn chặn việc đọc trộm dữ liệu bằng cách chuyển đổi dữ liệu thành dạng không đọc được mà chỉ người được ủy quyền mới có thể giải mã.
• Xác thực: IPSec sử dụng cơ chế xác thực để đảm bảo rằng chỉ các thiết bị có đủ quyền truy cập mới có thể kết nối và truy cập dữ liệu. Điều này ngăn chặn các cuộc tấn công giả mạo và đảm bảo tính xác thực của người dùng và thiết bị truy cập vào mạng.
• Tính toàn vẹn: IPSec sử dụng các cơ chế để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, ngăn chặn sửa đổi trái phép trong quá trình truyền tải.
• Tạo VPN: IPSec được sử dụng để tạo các mạng VPN (Virtual Private Networks), cung cấp kênh kết nối an toàn giữa các thiết bị và mạng.

IPSec có những thành phần gì?

Encapsulating Security Payload (ESP)

ESP là một trong hai thành phần chính trong bộ giao thức IPSec cùng với Authentication Header (AH). ESP đảm nhận vai trò quan trọng trong việc cung cấp tính toàn vẹn, xác thực và bảo mật của dữ liệu khi truyền qua mạng. Các thành phần chính của giao thức ESP bao gồm:

• Mã hóa: ESP sử dụng các thuật toán mã hóa symmetrical như DES, 3DES, AES để mã hóa (hoặc "encrypt") dữ liệu payload của gói tin IP. Điều này đảm bảo rằng dữ liệu không thể bị đọc trộm khi truyền qua mạng.
• Đóng gói bảo mật (Security encapsulation): ESP thêm các trường dữ liệu vào gói tin IP để bảo vệ dữ liệu payload, đồng thời cũng cung cấp thông tin cần thiết để giải mã dữ liệu khi đến đích.
• Xác thực tùy chọn: Ngoài việc mã hóa dữ liệu, ESP cũng có khả năng thêm tính năng xác thực để đảm bảo rằng dữ liệu không bị sửa đổi trái phép trong quá trình truyền tải.

ESP chủ yếu được sử dụng trong chế độ Tunnel của IPSec để cung cấp tính toàn vẹn và bảo mật cho dữ liệu khi truyền qua mạng. Đây là một yếu tố thiết thực của cơ chế bảo mật IPSec và đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các mạng VPN an toàn.

Authentication Header (AH) 

Authentication Header (AH) là một trong hai thành phần chính của bộ giao thức IPSec đã có Encapsulating Security Payload (ESP). AH chịu trách nhiệm chủ yếu về việc cung cấp tính toàn vẹn và xác thực cho các gói tin trên mạng. Các thành phần chính của AH bao gồm:

• Xác thực: AH sử dụng giải thuật để tính toán và thêm một dấu vết (digest) vào gói tin IP, đảm bảo rằng dữ liệu không bị sửa đổi trong quá trình truyền tải. Điều này có tác dụng xác thực tính nhận diện của bản thân gói tin.
• Đóng gói bảo mật (Security encapsulation): AH thêm trường dữ liệu vào gói tin IP để bảo vệ các thông tin xác thực và tính toàn vẹn của dữ liệu.

AH là một phần quan trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực trong bảo mật truyền thông IP. Tuy nhiên, một số ứng dụng của IPSec chỉ sử dụng ESP mà không sử dụng AH. Lý do bởi công cụ ESP đã bao gồm cả tính toàn vẹn và xác thực trong chính nó.

Internet Key Exchange (IKE)

Internet Key Exchange (IKE) là một phần quan trọng của IPSec, được sử dụng để thiết lập và quản lý các kênh an toàn (Security Associations - SA) giữa các thiết bị trong một mạng VPN. Các thành phần chính của Internet Key Exchange (IKE) bao gồm:

• Chế độ Main Mode vs Aggressive Mode: IKE sử dụng các chế độ này để thiết lập kênh an toàn (SA). Trong chế độ này, thiết bị thiết lập một kênh an toàn thông qua việc trao đổi thông tin xác thực và khóa mã hóa.
• Exchange Method: IKE hỗ trợ sử dụng các phương thức trao đổi khóa như Public Key Infrastructure (PKI) hoặc pre-shared keys để xác thực và thiết lập kênh an toàn.
• Key Management: IKE quản lý việc tạo, trao đổi và quản lý khóa mã hóa trong quá trình thiết lập kênh an toàn.
• Phân phối Policy: IKE cũng có vai trò trong việc phân phối và thiết lập các chính sách an ninh (security policies) cho quá trình mã hóa và giải mã dữ liệu.

Nguyên lý hoạt động của IPSec ra sao?

IPsec hoạt động theo 4 giai đoạn chính khi thiết lập kênh an toàn (SA - Security Association) giữa các thiết bị để bảo vệ truyền thông trên mạng. Các giai đoạn này chính là:

Giai đoạn 1: Xác định các thực thể

Trong giai đoạn này, các thiết bị sử dụng IPsec phải xác định lẫn nhau thông qua việc trao đổi thông tin xác thực và xác định cách thức truyền tải thông tin (các thực thể ở đây có thể là máy tính, router, gateway...).

Giai đoạn 2: Thỏa thuận về các thông số an toàn (SA parameters negotiation)

Các thiết bị sử dụng IPsec phải thỏa thuận về các thông số an toàn như thuật toán mã hóa, thuật toán băm (hashing algorithm) và cách thức xác thực.

Giai đoạn 3: Xác định kênh an toàn (SA establishment)

Sau khi đã thỏa thuận về các thông số an toàn, các thiết bị sẽ thiết lập kênh an toàn (SA) để bảo vệ truyền thông. Kênh an toàn bao gồm thông tin về các thông số an toàn đã thỏa thuận và khóa mã hóa.

Giai đoạn 4: Bảo trì và đảm bảo tính nhất quán của kênh an toàn (SA maintenance)

Khi kênh an toàn đã được thiết lập, các thiết bị sẽ tiếp tục duy trì và đảm bảo tính nhất quán của kênh an toàn thông qua việc quản lý khóa, quản lý phiên và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

Phân tích cách thức vận hành của IPSec

Các chế độ hoạt động 

IPSec hoạt động theo hai chế độ chính: chế độ giao vận (Transport Mode) và chế độ đường hầm (Tunnel Mode).

Chế độ giao vận (Transport Mode)

• Trong chế độ giao vận, IPSec bảo vệ dữ liệu bên trong gói tin IP mà không thay đổi địa chỉ IP nguồn và đích.
• Chế độ này thường được sử dụng để bảo vệ truyền thông điểm-điểm (end-to-end) giữa hai thiết bị trên mạng.

Chế độ đường hầm (Tunnel Mode)

• Trong chế độ đường hầm, toàn bộ gói tin IP, kể cả phần header của gói tin IP, đều được bảo vệ bằng IPSec và gói tin được "đóng gói" (encapsulated) vào một gói tin mới với các header mới thêm vào.
• Chế độ này thường được sử dụng để tạo ra các kênh an toàn giữa các mạng hoặc giữa một thiết bị và một mạng.

Quy trình vận hành

Xác định và kiểm tra gói tin

Máy chủ sử dụng IPSec kiểm tra xem gói tin cần được truyền bằng IPSec hay không và áp dụng phương thức mã hóa thích hợp. Máy chủ cũng kiểm tra các gói tin đến để đảm bảo rằng chúng được mã hóa đúng cách.

Giai đoạn 1 của IKE (Internet Key Exchange)

Các máy chủ sử dụng IPSec tự xác thực với nhau để bắt đầu một kênh an toàn. Kênh này có thể hoạt động ở chế độ chính (Main mode) hoặc chế độ linh hoạt (Aggressive mode) để thiết lập mạch IPsec và trao đổi cách thức mà mạch IP sẽ mã hóa toàn bộ dữ liệu.

Giai đoạn 2 của IKE

Hai máy chủ thương lượng về loại thuật toán mã hóa sẽ sử dụng và trao đổi về khóa bí mật sẽ được sử dụng với các thuật toán đó.

Mã hóa và giải mã dữ liệu

Dữ liệu được trao đổi qua đường hầm mã hóa IPsec mới được tạo và các gói tin được mã hóa và giải mã bởi các máy chủ sử dụng IPSec SA (Security Association).

Kết thúc phiên

Khi quá trình giao tiếp giữa các máy chủ hoàn tất hoặc hết phiên, đường hầm IPsec sẽ được kết thúc bằng cách loại bỏ các khóa của cả hai máy. Điều này đảm bảo việc kết thúc quy trình diễn ra một cách an toàn và đáng tin cậy.

Cách Phân biệt IPSec và SSL

IPSec (Internet Protocol Security) và SSL (Secure Sockets Layer) là hai công nghệ được sử dụng để bảo vệ truyền thông qua mạng. Tuy nhiên, người dùng nên chú ý đến điểm khác biệt của hai nền tảng như sau:

IPSec

• Hoạt động ở mức độ mạng: IPSec hoạt động ở lớp mạng (lớp 3 trong mô hình OSI), bảo vệ toàn bộ kênh truyền thông từ máy tính này đến máy tính khác.
• Yêu cầu cấu hình trên cả hai đầu kết nối: IPSec yêu cầu cấu hình cả ở máy gửi và máy nhận.
• Thông thường được sử dụng trong môi trường doanh nghiệp hoặc kết nối giữa các chi nhánh.

SSL

• Hoạt động ở mức độ ứng dụng: SSL hoạt động ở lớp ứng dụng (lớp 7 trong mô hình OSI), mã hóa dữ liệu trong quá trình gửi và nhận thông tin qua web.
• Có thể được triển khai một cách linh hoạt: SSL không yêu cầu cấu hình phức tạp ở cả hai đầu kết nối và thường được sử dụng trong các ứng dụng web và giao tiếp qua trình duyệt.
• Thường được sử dụng cho việc bảo vệ dữ liệu truyền qua trình duyệt web, chẳng hạn như khi truy cập vào các trang web có yêu cầu bảo mật như các trang thanh toán trực tuyến.

Tạm kết

Qua bài viết trên đã giúp bạn đọc hiểu về đặc điểm và các thành phần của IPSec. Nền tảng có tác dụng bảo vệ tính toàn vẹn, xác thực và bảo mật của dữ liệu khi truyền qua mạng. Đặc biệt trong các môi trường yêu cầu sự bảo mật cao như doanh nghiệp và truy cập từ xa.

Xem thêm:

• Use Case là gì? Tổng hợp các thành phần chính của bản vẽ Use Case
• Pentest là gì? Tất tần tật thông tin về kiểm thử xâm nhập có thể bạn chưa biết

Tại FPT Shop cung cấp nhiều dòng điện thoại thông minh chính hãng với giá thành siêu ưu đãi. Khách hàng sẽ được lựa chọn nhiều dòng smartphone giá tốt với các chương trình khuyến mãi hấp dẫn ngay hôm nay. 

• Điện thoại Apple