Das ist IPsec: Das Sicherheitsprotokoll-Suite für Netzwerke

Wussten Sie, dass es eine Internet Engineering Task Force (IETF) gibt? Das klingt nach einer militärischen Einheit, mit der man es nicht zu tun bekommen möchte, tatsächlich ist es jedoch die führende Internetstandardisierungsorganisation, die die Übertragung von Daten regelt. Erkunden Sie gemeinsam mit uns IPsec, das Sicherheitsprotokoll, das gewissermaßen die „Waffe“ der Task Force darstellt. Wie trägt es zum Schutz der Netzwerkkommunikation bei – und wie funktioniert es überhaupt? Wenn Sie auf Ihre Privatsphäre bedacht sind, empfehlen wir Ihnen, Avira Phantom VPN zu verwenden, wann immer Sie online gehen, um Ihre digitale Identität und Kommunikation zu schützen und zu verbergen.  

Was ist IPsec, und warum ist es so wichtig? 

IPsec (Internet Protocol Security) ist ein weitverbreiteter Sicherheitsstandard, der Daten verschlüsselt, um sie während der Übertragung in Netzwerken und zwischen Geräten zu schützen. Er ist unverzichtbar für die Sicherung unserer Internetkommunikation und hilft sicherzustellen, dass Daten während der Übertragung über öffentliche Netzwerke authentisch und vertraulich bleiben. Aber was genau ist ein „Internetprotokoll“? Damit ist der Satz von Regeln gemeint, denen Router folgen, um Datenpakete zu identifizieren und sie entlang des Netzwerkpfades weiterzuleiten (oder zu „routen“). Jetzt wissen Sie auch, warum diese Geräte Router genannt werden. Stellen Sie sich ein gigantisches Postamt vor, das mit höchster Effizienz Datenpakete über die digitale Datenautobahn an Milliarden von Empfängern rund um den Globus versendet. Im Idealfall kommen die Pakete ungeöffnet und unbeschädigt an ihren vorgesehenen Adressen an.  

Die Internet Engineering Task Force entwickelte IPsec in den 1990er Jahren, um die Vertraulichkeit, Integrität und Authentizität der Daten beim Transport über öffentliche Netzwerke zu gewährleisten (und nebenbei zu beweisen, dass Superhelden der Neuzeit keine Umhänge benötigen). Anders ausgedrückt, es hat zum Ziel, unsere digitale Welt vertraulich und geschützt zu halten. Es ist wichtig, folgenden Hinweis der IETF zu beachten: „ … (die IETF)) erstellt freiwillige Standards, die häufig von Internet-Nutzern, Netzbetreibern und Geräteherstellern übernommen werden und trägt somit dazu bei, den Entwicklungsverlauf des Internets zu gestalten. Jedoch übt die IETF keinerlei Kontrolle oder Aufsicht über das Internet aus. (Informationen zur IETF, Stand Oktober 2024).  

Stellen Sie sich das Internet ohne IPsec vor … Wir wären nicht in der Lage, Daten vor unbefugtem Zugriff und Manipulation zu schützen, und hätten keine Garantie, dass das, was wir gesendet haben, wirklich das ist, was den Empfänger erreicht. Das Protokoll spielt eine entscheidende Rolle für den Datenschutz und die Datenintegrität, da Netzwerkmethoden eine eklatante Achillesferse haben: Standardmäßig erfolgt keine Verschlüsselung, wodurch die Nachrichten ungeschützt sind und prinzipiell von jedermann gelesen werden könnten. Stellen Sie sich Milliarden Briefe ohne Umschläge vor! IPsec sehen Sie beispielsweise dann in Aktion, wenn Benutzer aus der Ferne auf Unternehmensdateien zugreifen, indem sie sich über ein virtuelles privates Netzwerk mit IPsec mit dem Internet verbinden. 

Was ist ein IPsec-VPN (und … Moment mal … was ist überhaupt ein VPN)? 

Ein VPN, oder virtuelles privates Netzwerk, ist ein Internet-Sicherheitsdienst, der Daten verschlüsselt und IP-Adressen maskiert und dadurch zum Schutz der Privatsphäre und Sicherheit der Benutzer beiträgt. Es funktioniert auf zwei Arten: Zum Einen verschlüsselt es die Daten, bevor sie ein Gerät verlassen. Anschließend sendet es diese Daten durch einen sicheren Tunnel an einen VPN-Server, wo die Daten entschlüsselt und an die von Ihnen besuchte Website weitergeleitet werden. Ein VPN verbirgt außerdem Ihre IP-Adresse (Internet-Protokoll-Adresse) – eine eindeutige Nummer, die Ihr Gerät im Internet identifiziert, ähnlich wie die Post Ihre Heimatadresse verwendet, um Ihnen Pakete zuzustellen. Falls Sie neugierig sind: Hier erfahren Sie, wie Sie Ihre IP-Adresse finden. Ihre IP-Adresse wird normalerweise von Ihrem Internetdienstanbieter (ISP) zugewiesen; ein VPN ersetzt Ihre IP jedoch durch seine eigene Adresse, sodass der tatsächliche Standort und die digitale Identität Ihres Geräts verborgen bleiben. Wenn Sie mit einem VPN im Internet surfen, sind Sie normalerweise anonym unterwegs. Der Name Avira Phantom VPN ist also höchst treffend gewählt. Im Idealfall hilft es Ihnen, im Internet unerkannt zu bleiben und weniger digitale Spuren zu hinterlassen.  

Die im Internet für alle sichtbaren IP-Adressen nennt man öffentliche IPs. Es gibt auch private IP-Adressen, die nur innerhalb privater Netzwerke zum Einsatz kommen. (Informationen zu den Unterschieden zwischen öffentlichen und privaten IPs finden Sie hier). Private IP-Adressen sind ausschließlich für andere Geräte im selben Netzwerk auffindbar, was eine geschützte „Enklave“ verbundener Geräte schafft, die nicht unmittelbar externen Bedrohungen und Online-Überwachung ausgesetzt sind. Es überrascht nicht, dass private IP-Adressen in zahlreichen Organisationen zum Einsatz kommen – VPNs sind allerdings ein ebenso wichtiges Instrument im Unternehmensalltag.  

Mitarbeiter, die remote statt im Büro arbeiten, nutzen üblicherweise VPNs für den privaten und sichereren Zugriff auf Unternehmensdateien und -anwendungen. Viele VPNs nutzen die IPsec-Protokollsuite zum Aufbau und Betrieb verschlüsselter Verbindungen, einige andere setzen hingegen ein anderes Sicherheitsprotokoll namens SSL/TLS ein.  Dies steht für Secure Sockets Layer und Transport Layer Security – kryptografische Protokolle, die es einem Webbrowser ermöglichen, eine Website zu identifizieren und eine verschlüsselte Verbindung zu ihr aufzubauen. Wenn Sie eine Website besuchen, die kein gültiges SSL-Zertifikat hat, zeigt Ihr Browser die Meldung „Ihre Verbindung ist nicht privat“ an. 

Hat bei solch ausgefeilten Datenschutzoptionen die einfache Firewall überhaupt noch eine Daseinsberechtigung? Ja. Schreiben Sie sie daher nicht einfach ab. Firewalls überwachen und kontrollieren den eingehenden und ausgehenden Netzwerkverkehr, um unberechtigten Zugriff zu verhindern – Sie können sich ihre Aufgabe wie die eines Türstehers in einem Nachtclub vorstellen. Sie sind eine vertrauenswürdige Barriere, die den Datenverkehr reguliert, und ohne sie könnte alles nur Erdenkliche (einschließlich Schadsoftware) in ein System gelangen. VPNs hingegen verschlüsseln Daten und helfen, die Privatsphäre zu gewährleisten. VPNs und Firewalls sind ein starkes Team und können einen mehrschichtigen Ansatz zur Netzwerksicherheit bieten, solange sie zusammenarbeiten! Einige Firewalls sind so eingestellt, dass sie die Nutzung eines VPNs verhindern, was einmal mehr beweist, dass das Leben selten einfach und harmonisch ist.  

Was ist IPsec-Verschlüsselung? 

IPsec nutzt einen Chiffrierschlüssel, um Daten derart zu verschlüsseln, dass sie willkürlich zusammengestellt und unlesbar erscheinen. Es überprüft außerdem, woher die Datenpakete stammen. IT-Profis nennen diesen Überprüfungsvorgang mit einer gewissen Feierlichkeit „Authentifizierung der Quelle“. IPsec setzt verschiedene Verschlüsselungsverfahren ein, darunter AES, Blowfish, Triple DES, ChaCha und DES-CBC. Die Angelegenheit wird noch komplizierter dadurch, dass IPsec sowohl asymmetrische als auch symmetrische Verschlüsselungsverfahren kombiniert einsetzt. Bei der asymmetrischen Verschlüsselung kommen ein öffentlicher Verschlüsselungs- und ein privater Dechiffrierungsschlüssel zum Einsatz. Symmetrische Verschlüsselung verwendet denselben Schlüssel sowohl zum Chiffrieren als auch zum Entschlüsseln von Daten.  

Die Verschlüsselung ist nur ein Teil dessen, was IPsec leistet – es gibt tatsächlich mehrere Phasen beim sicheren Versenden von Daten.  

Wie funktioniert IPsec? 

IPsec-Verbindungen umfassen die folgenden Schritte. Betrachten wir sie im Einzelnen: 

Schritt 1: Schlüsselaustausch 

Kryptografische Schlüssel verwandeln Daten in willkürlich generierte Zeichen, um sie zu „sperren“ (verschlüsseln), und nur jemand, der über den Schlüssel verfügt, kann diese Daten „aufschließen“ (entschlüsseln). IPsec richtet einen Schlüsselaustausch zwischen verbundenen Geräten ein, sodass sie die Nachrichten des jeweils anderen entschlüsseln können.  

Schritt 2: Paket-Header und -Trailer 

Wenn Daten über ein Netzwerk gesendet werden, dann werden sie in kleinere Einheiten namens „Pakete“ aufgeteilt, die aus verschiedenen Teilen bestehen: Die Payload (die zu übertragenden Daten) und die Header (Informationen über die Datenpakete, damit die empfangenden Geräte wissen, wie sie damit verfahren sollen). IPsec fügt verschiedene Header hinzu, die Authentifizierungs- und Verschlüsselungsinformationen enthalten. IPsec hat noch eine weitere Aufgabe. Es verschickt Trailer, die zusätzliche Informationen liefern und nach der Payload jedes Pakets folgen.  

Schritt 3: Authentifzierung 

IPsec authentifiziert jedes Paket mit einer eindeutigen ID. Dies hilft sicherzustellen, dass Datenpakete aus einer vertrauenswürdigen Quelle stammen und nicht von einem Cyberkriminellen kommen. 

Schritt 4: Verschlüsselung 

IPsec verschlüsselt den Inhalt der Datenpakete und den IP-Header, was dazu beiträgt, dass die Daten sicher und privat bleiben. 

Schritt 5: Übertragung 

Verschlüsselte IPsec-Pakete werden dann mithilfe eines Transportprotokolls über ein oder mehrere Netzwerke versandt – üblicherweise das User Datagram Protocol (UDP).  Normaler Internetverkehr verwendet das Transmission Control Protocol (TCP), um dedizierte Verbindungen zwischen Geräten aufzubauen. IPsec bevorzugt UDP, da es Datenpaketen ermöglicht, sich leichter durch Firewalls zu bewegen.  

Schritt 6: Entschlüsselung 

Sobald die Datenpakete ankommen, werden sie mit dem Dechiffrierungsschlüssel entschlüsselt. Nun können Anwendungen wie etwa Browser diese Daten nutzen.  

Welche Protokolle nutzt IPsec? 

IPsec nutzt mehrere Prozesse für eine sichere Netzwerkkommunikation. Schauen wir uns einige davon genauer an und sehen wir, welchen Beitrag sie leisten. 

Authentication Header (AH) 

Wenn Sie eine Medikamentenpackung öffnen, ist diese oft mit einem manipulationssicheren Siegel verschlossen. In ähnlicher Weise hilft der AH dabei, dass die Datenpakete von einer vertrauenswürdigen Quelle stammen und nicht manipuliert wurden.  

Encapsulating Security Payload (ESP) 

Dies verschlüsselt die Payload des Pakets oder das gesamte Paket, abhängig davon, wie IPsec konfiguriert wurde.  

Internet Key Exchange (Internet Key Exchange) 

Dies richtet einen sicheren, authentifizierten Kommunikationskanal zwischen zwei Parteien über ein VPN ein. Durch diesen geheimen Tunnel können Daten besser vor neugierigen Blicken geschützt übertragen werden. Der IKE-Prozess kann auf zwei Arten ablaufen: im Main Mode (Hauptmodus) oder im Aggressive Mode (aggressiver Modus). Der Hauptmodus bietet ein höheres Maß an Sicherheit durch den Schutz der Identitäten der kommunizierenden Parteien während des Verhandlungsprozesses, erfordert allerdings einen umfangreicheren Nachrichtenaustausch. Der aggressive Modus hingegen bietet eine zügigere Konfiguration mit reduziertem Datenaustausch, verzichtet dabei jedoch auf einige Sicherheitsfunktionen, beispielsweise den Schutz der Identität. 

Transform-Sets 

Dies ist eine Kombination aus Algorithmen und Protokollen, die verschiedene Stufen der Verschlüsselung und Authentifizierung bieten. Sie werden auch dazu verwendet, zu bestimmen, was verschlüsselt wird und wer der Empfänger des Datenverkehrs sein wird. 

Security Associations (SA) 

SA ist ein Sammelbegriff für verschiedene Protokolle, die zur Aushandlung von Verschlüsselungsschlüsseln und -algorithmen verwendet werden. Eines der am häufigsten verwendeten SA-Protokolle ist der Internet Key Exchange (IKE). 

IPsec-Tunnelmodus vs. IPsec-Transportmodus: Worin liegt der Unterschied? 

Schon die Bezeichnung IPsec-Tunnelmodus liefert einen Anhaltspunkt: Dies wird zwischen zwei dedizierten Routern eingesetzt, wobei jeder Router als ein Ende eines virtuellen Tunnels fungiert. Dies ermöglicht häufig die Kommunikation zwischen verschiedenen Standorten, indem sowohl der ursprüngliche IP-Header als auch die Payload des Pakets verschlüsselt werden. Sowohl der ursprüngliche IP-Header (mit der Zieladresse des Pakets) als auch die Paketnutzlast werden verschlüsselt. IPsec fügt außerdem neue IP-Header hinzu, sodass Zwischenrouter erkennen können, an welches Ziel die Pakete weitergeleitet werden müssen. An beiden Enden des Tunnels entschlüsseln und interpretieren die Router die IP-Header, um die Datenpakete an ihre jeweiligen Ziele weiterzuleiten. 

Und wie sieht es mit dem Transportmodus aus? Dieser Modus wird verwendet, wenn ein einzelner Host über ein öffentliches Netzwerk mit einem anderen einzelnen Host kommunizieren muss. Im Transportmodus verschlüsselt IPsec nicht das gesamte Paket, sondern nur dessen Payload. Dabei bleiben die ursprünglichen IP-Adressinformationen unverschlüsselt und sichtbar. 

Ist eines besser als das andere? Das hängt im Einzelfall von den Anforderungen des Netzwerks und dem gewünschten Sicherheitsniveau ab. Der Tunnelmodus gilt als sicherer, da er das gesamte IP-Paket verschlüsselt und dadurch End-to-End-Sicherheit ermöglicht. Wird größere Flexibilität für Anwendungen benötigt, die für ihre Funktionsfähigkeit Zugriff auf bestimmte Teile eines Pakets erfordern, dann ist der Transportmodus unschlagbar.   

Bringt die Verwendung von IPsec auch Nachteile mit sich? 

Kaum etwas im Leben ist perfekt, und auch IPsec hat einige Nachteile. Wenn Sie beispielsweise Wert auf hohe Geschwindigkeiten legen, könnten Sie enttäuscht sein. IPsec kann den Datendurchsatz verlangsamen und die Netzwerkleistung beeinträchtigen. Die Ursache dafür sind seine Verschlüsselungs- und Authentifizierungsprozesse, da sie Zeit in Anspruch nehmen und ein hohes Maß an Rechenleistung erfordern. Auch die Konfiguration und Fehlerbehebung von IPsec kann sich als recht komplex erweisen und wird oft nur von erfahrenem IT-Personal beherrscht.  

Paradoxerweise kann es, obwohl es sich um ein Sicherheitsprotokoll handelt, bei falscher Einrichtung Sicherheitslücken verursachen. Die verantwortlichen IT-Fachkräfte müssen daher wirklich Experten sein … Und als ob das nicht schon schwierig genug wäre, müssen Unternehmen häufig mehrere VPNs einrichten und konfigurieren, um unterschiedliche Zugangsebenen zu ermöglichen. Bei IPsec-VPNs kann jeder Benutzer, der mit dem Netzwerk verbunden ist, sämtliche im VPN enthaltenen Daten einsehen.  

Wie bereits erwähnt, sind Firewalls (normalerweise Network Address Translation oder NAT-Firewalls) nicht immer problemlos mit IPsec kompatibel. NAT schreibt IP-Adressen um, was mit dem IKE-Teil von IPsec unverträglich sein und dazu führen kann, dass es Datenpakete verwirft.  

Es gibt inzwischen auch ein Problem mit beschädigten Algorithmen, da Hacker einige der von IPsec verwendeten Algorithmen geknackt haben. Dies stellt ein enormes Sicherheitsrisiko dar, insbesondere wenn Netzwerkadministratoren unwissentlich diese Algorithmen anstelle von neueren, komplexeren verwenden.  

Wie sieht die Zukunft von IPsec aus? 

VPN-Protokolle sind für VPN-Dienste unerlässlich, da sie bestimmen, wie Daten geroutet und welche Datenverschlüsselungsstandards verwendet werden. IPsec findet zwar nach wie vor breite Anwendung und wird im Großen und Ganzen als zuverlässig betrachtet; viele Experten halten es jedoch mittlerweile für überholt, ineffizient, instabil und erheblich zu langsam.  

Am VPN-Horizont sind vielversprechende neue Technologien aufgetaucht, darunter OpenVPN und das noch jüngere Wireguard. Jedes dieser Protokolle bringt seine individuellen Vorzüge und Schwierigkeiten mit sich. Bei einigen liegt der Schwerpunkt auf hohen Datenübertragungsraten, was sie für Gamer attraktiv macht, während andere den Fokus auf Datenverschlüsselung legen, um die Privatsphäre zu stärken. Die neueren Ansätze zeichnen sich meist durch höhere Geschwindigkeit, Einfachheit, Skalierbarkeit und Sicherheit im Vergleich zu IPsec aus. Zeichnet sich das Aus für den bewährten, behäbigen Dinosaurier ab, der uns so gute Dienste geleistet hat? 

Anonym und sicherer surfen mit Avira Phantom VPN 

Menschen in aller Welt nutzen VPNs, um anonym zu bleiben und ihre Daten beim Surfen zu schützen. VPNs helfen, Ihre Identität, Online-Aktivitäten und Ihren Standort vor Werbetreibenden, Cyberkriminellen und anderen zu verbergen, die versuchen, Sie zu überwachen. Aus diesem Grund sind sie ein essenzielles Tool für den Schutz Ihrer Privatsphäre und Sicherheit im Internet. Nutzen Sie die Möglichkeiten eines VPN kostenlos mit Avira Phantom VPN, bereitgestellt von den Sicherheitsexperten von Avira aus Deutschland. Wählen Sie Ihre Version für Windows, Mac, Android oder iOS.