A Cryptographic Tour of the IPsec Standards

In this article, we provide an overview of cryptography and cryptographic key management as they are specified in IPsec, a popular suite of standards for providing communications security and network access control for Internet communications. We focus on the latest generation of the IPsec standards, recently published as Request for Comments 4301–4309 by the Internet Engineering Task Force, and how they have evolved from earlier versions of the standards

Efficient, DoS-Resistant, Secure Key Exchange for Internet Protocols

We describe JFK, a new key exchange protocol, primarily designed for use in the IP Security Architecture. It is simple, efficient, and secure; we sketch a proof of the latter property. JFK also has a number of novel engineering parameters that permit a variety of trade-offs, most notably the ability to balance the need for perfect forward secrecy against susceptibility to denial-of-service attacks

Étude de mécanismes assurant la continuité de service de protocoles IKEv2 et IPsec

En 2012, le trafic mobile mondial représentait 70% de plus qu'en 2011. L'arrivée de la technologie 4G a multiplié par 19 le volume de trafic non 4G, et en 2013 le nombre de mobiles connectés à l'Internet a dépassé le nombre d'êtres humains sur la planète. Les fournisseurs d'accès Internet (FAI) subissent une forte pression, car ils ont pour obligations d'assurer à leurs clients l'accès au réseau et le maintien de la qualité de service. À court/moyen terme, les opérateurs doivent délester une partie de leur trafic sur des réseaux d'accès alternatifs afin de maintenir les mêmes caractéristiques de performances. Ainsi, pour désengorger les réseaux d'accès radio (RAN), le trafic des clients peut être préférentiellement pris en charge par d'autres réseaux d'accès disponibles. Notons cependant que les réseaux d'accès sans fil offrent des niveaux de sécurité très différents. Pour les femtocells, WiFi ou WiMAX (parmi d'autres technologies sans fil), il doit être prévu des mécanismes permettant de sécuriser les communications. Les opérateurs peuvent s'appuyer sur des protocoles (tels que IPsec) afin d'étendre un domaine de sécurité sur des réseaux non sécurisés. Cela introduit de nouveaux défis en termes de performances et de connectivité pour IPsec. Cette thèse se concentre sur l'étude des mécanismes permettant de garantir et améliorer les performances du protocole IPsec en termes de continuité de service. La continuité de service, aussi connu comme résilience, devient cruciale lorsque le trafic mobile est dévié depuis un réseau d'accès RAN vers d'autres réseaux d'accès alternatifs. C'est pourquoi nous nous concentrons d'abord dans l'ensemble de protocoles assurant une communication IP: IKEv2 et IPsec. Ensuite, nous présentons une étude détaillée des paramètres nécessaires pour maintenir une session VPN, et nous démontrons qu'il est possible de gérer dynamiquement une session VPN entre différentes passerelles de sécurité. L'une des raisons qui justifient la gestion des sessions VPN est d'offrir de la haute disponibilité, le partage de charge ou l'équilibrage de charge pour les connexions IPsec. Ces mécanismes ont pour finalité d'augmenter la continuité de service de sessions IPsec. Certains nouveaux mécanismes ont été récemment mis en oeuvre pour assurer la haute disponibilité sur IPsec. Le projet open source VPN, StrongSwan, a mis en place un mécanisme appelé ClusterIP afin de créer un cluster de passerelles IPsec. Nous avons fusionné cette solution basée sur ClusterIP avec nos propres développements afin de définir deux architectures : une architecture permettant la Haute Disponibilité et une deuxième architecture présentant la gestion dynamique d'un contexte IPsec. Nous avons défini deux environnements : le Mono-LAN où un cluster de noeuds est configuré sous une même adresse IP unique, et le Multi-LAN où chaque passerelle de sécurité dispose d'une adresse IP différente. Les mesures de performance tout au long de la thèse montrent que le transfert d'une session VPN entre différentes passerelles évite les délais supplémentaires liés à la ré-authentification et réduit la consommation CPU, ainsi que les calculs par le matériel cryptographique. D'un point de vue FAI, le transfert de contexte IPsec/IKEv2 pourrait être utilisé pour éviter la surcharge des passerelles, et permettre la redistribution de la charge, de meilleures performances du réseau ainsi que l'amélioration de la qualité de service. L'idée est de permettre à un utilisateur de profiter de la continuité d'un service tout en conservant le même niveau de sécurité que celui initialement proposéDuring 2012, the global mobile traffic represented 70\% more than 2011. The arrival of the 4G technology introduced 19 times more traffic than non-4G sessions, and in 2013 the number of mobile-connected to the Internet exceeded the number of human beings on earth. This scenario introduces great pressure towards the Internet service providers (ISPs), which are called to ensure access to the network and maintain its QoS. At short/middle term, operators will relay on alternative access networks in order to maintain the same performance characteristics. Thus, the traffic of the clients might be offloaded from RANs to some other available access networks. However, the same security level is not ensured by those wireless access networks. Femtocells, WiFi or WiMAX (among other wireless technologies), must rely on some mechanism to secure the communications and avoid untrusted environments. Operators are mainly using IPsec to extend a security domain over untrusted networks. This introduces new challenges in terms of performance and connectivity for IPsec. This thesis concentrates on the study of the mechanism considering improving the IPsec protocol in terms of continuity of service. The continuity of service, also known as resilience, becomes crucial when offloading the traffic from RANs to other access networks. This is why we first concentrate our effort in defining the protocols ensuring an IP communication: IKEv2 and IPsec. Then, we present a detailed study of the parameters needed to keep a VPN session alive, and we demonstrate that it is possible to dynamically manage a VPN session between different gateways. Some of the reasons that justify the management of VPN sessions is to provide high availability, load sharing or load balancing features for IPsec connections. These mechanisms increase the continuity of service of IPsec-based communication. For example, if for some reason a failure occurs to a security gateway, the ISP should be able to overcome this situation and to provide mechanisms to ensure continuity of service to its clients. Some new mechanisms have recently been implemented to provide High Availability over IPsec. The open source VPN project, StrongSwan, implemented a mechanism called ClusterIP in order to create a cluster of IPsec gateways. We merged ClusterIP with our own developments in order to define two architectures: High Availability and Context Management over Mono-LAN and Multi-LAN environments. We called Mono-LAN those architectures where the cluster of security gateways is configured under a single IP address, whereas Multi-LAN concerns those architectures where different security gateways are configured with different IP addresses. Performance measurements throughout the thesis show that transferring a VPN session between different gateways avoids re-authentication delays and reduce the amount of CPU consumption and calculation of cryptographic material. From an ISP point of view, this could be used to avoid overloaded gateways, redistribution of the load, better network performances, improvements of the QoS, etc. The idea is to allow a peer to enjoy the continuity of a service while maintaining the same security level that it was initially proposedEVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF

Security for the signaling plane of the SIP protocol

VOIP protocols are gaining greater acceptance amongst both users and service providers. This thesis will aim to examine aspects related to the security of signaling plane of the SIP protocol, one of the most widely used VOIP protocols. Firstly, I will analyze the critical issues related to SIP, then move on to discuss both current and possible future solutions, and finally an assessment of the impact on the performance of HTTP digest authentication, IPsec and TLS, the three main methods use

A Security Framework for Routing Protocols

With the rise in internet traffic surveillance and monitoring activities, the routing infrastructure has become an obvious target of attack as compromised routers can be used to stage large scale attacks. Routing protocols are also subjected to various threats such as capture and replay of packets that disclose the network information, forged routing control messages that may compromise a connection by deception, disruption of an on-going connection causing DoS attacks and spreading of unauthentic routing information in the network. Presently, strong cryptographic suites and key management mechanisms (IPsec and IKE) are available to secure host-to-host data communication but none of them focus on securing routing protocols. Today's routing protocols use a shared secret to perform mutual authentication and authorization, and depend on manual keying methods. For message integrity, they either rely on some built-in or external security feature that uses the same shared secret. The KARP working group of the IETF identified that the work is required to tighten the security of the routing protocols and demonstrated that automated key management solutions are needed for increasing security. Towards this goal we propose the RPsec framework. RPsec provides a common baseline for development of KMPs for the routing protocols, supports both automated and manual key management, and overcomes the weakness of existing manual key methods