トレンド解説 2023/10/20

IPSecとは？わかりやすく10分で解説

コラム

IPsecとは?

インターネットをはじめとするネットワーク通信において、私たちは日々多くのデータをやりとりしています。これらの通信は、その内容によってはさまざまなリスクを伴う場合があります。ここで注目すべきなのが、IPsecというセキュリティ技術です。

IPsecの定義

IPsecとは、Internet Protocol security の略で、インターネットプロトコル（IP）上での通信を安全に行うための一連のプロトコルを指します。暗号化・認証などの機能を備えており、企業の内部ネットワーク（イントラネット）や、ネットワーク同士の接続（VPN、Virtual Private Network）などに利用されることが一般的です。

IPsecは、パケット単位でのセキュリティを提供します。これは、IPネットワーク上で個々のデータパケットを保護するという意味で、通信経路全体を通じてデータの機密性と完全性を確保しようというものです。

IPsecの必要性と利点

ではどうして、IPsecという技術が必要なのでしょうか。その答えは、ネットワーク通信の安全性を高めることにあります。IPsecを使用すると、データの改ざんや窃取といった脅威からデータを守ることができます。これは、データがネットワークを移動する際に、それが第三者によって読み取られる可能性を軽減するための重要な手段です。

また、特筆すべきIPsecの利点として、柔軟性とスケーラビリティがあります。IPsecは基本的なインターネットプロトコルに組み込まれているため、どの種類のネットワークにも対応することができます。また、VPN接続のセットアップと管理を容易にし、またそれらを自動的に行うことができるようにします。

このように、IPsecはネットワーク通信の安全性を確保し、またそのスペックを向上させるための強力なツールといえるでしょう。

IPsecの基礎知識

あるネットワークから別のネットワークへ、あるいはネットワーク内で情報をやり取りする際に、その情報が安全に伝送されるかを確認するのがネットワークセキュリティの役割です。その役割を果たす一つの手段がIPsecです。

どのように動作するか

IPsecはインターネットプロトコル(IP)のレイヤーで動作し、その通信をセキュリティ対策した形で行うことができます。IPsecは２つの主要なモードがあり、それらはトンネルモードとトランスポートモードです。

トランスポートモードは通信端末間で秘匿な通信を行う際に使用されます。一方、トンネルモードはネットワークの境界、つまりネットワークの端（ゲートウェイ）間で秘匿な通信を行う際に使用されます。これら２つのモードにより、IPsecは通信の秘匿化を実現します。

主な特徴と仕組み

IPsecの主な特徴としては、通信経路全体を通してデータの完全性と秘匿性を保つための仕組みを備えている点が挙げられます。これは、IPsecがデータを送信する前に暗号化し、また受け取ったデータを復号するからです。

そして、IPsecでは認証ヘッダー(AH)と暗号支給ペイロード(ESP)といった技術が用いられ、データの完全性と秘匿性を保証します。AHはパケットの改ざんを防ぐ機能を、ESPはパケットの内容を秘匿する機能を提供します。この２つの技術により、IPsecはネットワークにおけるセキュリティを効果的に実現します。

IPsecのセキュリティ機能

IPsecは、セキュリティ機能に焦点を当てて特にデザインされました。具体的には、主にデータの完全性・オリジナリティ・ユーザー認証・機密保護のための二つの重要なプロトコルを備えています。それらは、認証ヘッダ（AH）と暗号化ペイロード（ESP）です。これらは、IPsecのセキュリティ機能の中心となっています。

認証ヘッダ（AH）

認証ヘッダ（AH）はIPsecのセキュリティメカニズムの一つであり、その主な目的はデータの完全性とオリジナリティを確保し、IPパケットが損なわれたり改ざんされたりするのを防ぐことです。これにより不正なものがネットワークに侵入するのを防ぎます。

AHはIPパケット全体をハッシュ化し、その後、結果のハッシュ値を新しいAHフィールドに添加します。送信者がパケットを送出すると、受信者は同じハッシュアルゴリズムを使用して計算を行い、ハッシュ値が一致することによってパケットが改ざんされていないことを確認します。

暗号化ペイロード（ESP）

一方暗号化ペイロード（ESP）は、ユーザー認証とデータの機密保護のための昨日を提供します。これにより、送信されるデータが暗号化され、第三者からの通信を保護します。

具体的には、ESPはIPパケットのペイロードを暗号化し、そのパケットを送信します。これにより、ペイロードが許可された受信者だけが復号化できます。また、ESPは認証フィールドを持つこともあり、データの完全性と送信者の認証をさらに向上させます。

結論として、これらの機能を組み合わせることで、IPsecは強固なセキュリティを提供することができます。これにより、ネットワーク上のすべての通信が絶対的な安全性を達成することが可能となります。

IPsecのプロトコル

IPsecのプロトコルの通信方式であるトンネルモードとトランスポートモードについて説明します。

通信方式：トンネルモードとトランスポートモード

IPsecプロトコルの通信方式には、大きく分けてトンネルモードとトランスポートモードの2つが存在します。両モードはそれぞれ異なる場面や状況下で使用され、全く違った役割を果たしています。

トンネルモードは、IPパケット全体を暗号化し、新たなIPヘッダを追加するため、通信内容だけでなく送信元や宛先の情報までをも保護します。このモードは主にVPN（Virtual Private Network）などのネットワーク間通信のセキュリティを強化するために使用されます。

一方、トランスポートモードでは、IPパケットのペイロード部分（データ部分）のみを保護し、IPヘッダはそのままとする方式です。エンドユーザー間の通信など、宛先と送信元の間で通信内容が確認できる状況で適用されます。

これらの違いを理解し、適切なモードを選択することは、IPsecを効率的に活用するために重要です。

鍵交換プロトコル：IKE

次に、鍵交換プロトコルであるIKE（Internet Key Exchange）を解説します。

IKEは、IPsecの通信を安全に実行するために必要なセキュリティ関連パラメータ（鍵など）を、通信相手と自動で交換するためのプロトコルです。これにより、強力な暗号技術を用いた通信が可能となります。

IKEでは、まず互いの認証を行い、その後に秘密鍵の交換を行います。この一連の流れをセキュリティアソシエーション（Security Association: SA）といいます。これにより、通信内容が盗聴や改ざんから保護され、通信の安全性が担保されます。

このように、IPsecはトンネルモードとトランスポートモード、そしてIKEといったプロトコルを組み合わせることで、様々な状況下での安全な通信を可能にします。

IPsecの実装と設定

インターネットに接続する際に、そのデータが安全に転送されることは、公共のネットワークを通じて情報を送受信する全ての場面において極めて重要です。IPsecはその中で特に有力な選択肢であり、その実装と設定について理解を深めることは、安全なインターネット通信を実現する上で不可欠です。

IPsecを用いるべき状況

IPsecは普遍的なセキュリティプロトコルであり、その用途は多岐にわたります。しかし特に適している状況とはどのようなものでしょうか。

第一に、企業環境におけるリモートアクセスVPNの利用が挙げられます。従業員が自宅や遠隔地から企業のネットワークに安全に接続したい場合、IPsecは非常に効果的な解決策となり得ます。

また、別の重要な使用例としては、企業が複数のオフィスやサイト間でセキュリティ通信をしたい場合のサイト間VPNの構築があります。IPsecは、これらのサイト間通信を秘匿し、不正アクセスを防ぐ強力な手段です。

その他にも、個々のユーザーが自分のウェブブラウジングを保護したり、データのプライバシーを確保したりする目的で、パーソナルVPNサービスとしてIPsecを利用することも可能です。

基本的な設定方法と手順

ここで、IPsecの一般的な設定方法と手順について見ていきましょう。

まず、IPsecが使用するプロトコル（AHまたはESP）、暗号化アルゴリズム、および認証アルゴリズムを指定する必要があります。これらは、IPsecポリシーと呼ばれる設定の一部です。また、IPsecトンネルを確立するパートナーとなるホストやネットワークの識別（IPアドレスや証明書など）、およびこれらの通信に使用する鍵の交換方法（プレシェアードキーまたはIKE）もこのポリシーで指定します。

例：
- プロトコル：ESP
- 暗号化アルゴリズム：AES
- 認証アルゴリズム：SHA-1
- リモートホストの識別：IPアドレス
- 鍵の交換方法：IKE

次に、IPsecポリシーを適用する対象となるホストやネットワークを指定します。これは一般的にはファイアウォールやルータ、あるいは特定のサーバーなどになります。

最後に、設定が完了したらIPsecポリシーを有効化し、対象のホストやネットワークがIPsecによって保護されるようにします。

以上がIPsecの基本的な設定方法と手順です。詳細な設定は使用する機器やOS、目的により異なりますので、適宜参考資料を確認しながら進めてください。

IPsecと他のセキュリティ技術との比較

これを理解するためには、まず他の主要なセキュリティ技術であるSSL/TLSとVPNとを分析し、それぞれが提供する保護レベルと使用される状況について理解することが重要です。

SSL/TLSとの比較

SSL(Secure Sockets Layer)およびその一層新しいバージョンであるTLS(Transport Layer Security)は、暗号化されたデータをセキュアに送信するためによく使用されるプロトコルです。

SSL/TLSはアプリケーション層のセキュリティを提供し、特定のアプリケーション間での通信を暗号化します。一方、IPsecはネットワーク層で動作し、パケットレベルでの保護を提供します。これは、IPsecがすべてのアプリケーションに対して透明に保護を提供できることを意味します。しかし、その一方で、SSL/TLSが特定のアプリケーションに特化した保護を提供することができるのも利点です。

VPN技術との比較

VPN(Virtual Private Network)は、公開されているインターネット上で仮想的なプライベートネットワークを構築するための技術です。

VPNは、遠隔地のネットワークを安全に接続するための方法としてよく利用されます。主に企業が使用し、従業員が外出先から社内ネットワークに安全にアクセスできるようにします。IPsecは、そのようなVPN接続の際にしばしば用いられるセキュリティプロトコルの一つです。

他のVPN技術と比較して、IPsecはネットワーク層で動作するため、アプリケーションの種類に関係なくすべての通信を保護します。これは、SSL VPNなどのアプリケーション層のVPN技術とは大きく異なります。しかし、その一方で、IPsecを設定と管理するための知識と技術が必要で、これは一部のユーザーにとっては挑戦的かもしれません。

IPsecの限界と対策

セキュリティ技術の学習に関わる限り、完全なセキュリティというものは存在しないという事実を覚えておくことが重要です。IPsecも例外ではなく、多くの長所を持つ一方で、いくつかの限界や脆弱性が存在します。

知られている脆弱性

IPsecを利用したネットワーク通信は、確かに安全な通信を実現しますが、それに対するいくつかの脆弱性が明らかになっています。主要な問題点のひとつは、インターネットキーエクスチェンジ（IKE）プロトコルにあります。IKEはIPsecにおいて非常に重要な役割を果たす一方で、多くの脆弱性が指摘されてきました。

例えば、IKEフェーズ1では、通信パートナー間で事前共有キー（PSK）を使って認証が行われます。しかし、PSKが弱いと、外部の攻撃者により総当たり攻撃によってクラック可能となります。同様に、キーペアの交換では、マン・イン・ザ・ミドル（MITM）攻撃の恐れがあります。

一方で、IPsec自体においては、全てのインターネットプロトコルレベルの攻撃に対して保護を提供するとは限りません。その結果、IPレベルの攻撃手段やスキャン手法に対する警戒が必要となります。