IPsecとは？
IPsec（アイピーセック）とは、データの暗号化を通じて、パケットの秘匿や改ざん検知を実現するプロトコルです。つまり、通信内容を盗聴されても、その内容が漏れることを防ぐ仕組みを提供します。インターネットVPNを構築する際には、セキュリティリスクを最小限に抑え、安全性を確保するために広く活用されています。
VPN（仮想プライベートネットワーク）を作成する際の主要なプロトコルには、IPsecのほかにもSSL（Secure Socket Layer）、L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）、PPTP（Point-to-Point Tunneling Protocol）などが存在します。これらはそれぞれ、通信を保護する対象の階層や、必要とされるセキュリティ機能に応じて使い分けられます。特にIPsecは、企業ネットワークの拠点間接続や、リモートから社内ネットワークに接続する際に重宝されるプロトコルです。
IPsecはOSI参照モデルでいうところの「ネットワーク層」に位置するため、上位層である「トランスポート層」や「アプリケーション層」が暗号化に対応していなくても、十分に安全に通信できるという大きなメリットがあります。実際にIPsecを使った通信は、論理的な通信路である「SA（Security Association）」と呼ばれるセキュアなチャネルを通じて行われます。このSAを確立するためには、暗号化に必要な鍵を交換するためのプロトコル「IKE（Internet Key Exchange）」が利用されます。
IPsecが重要な理由
IPsecが重要な理由は、インターネットを通じて送受信されるデータを保護するために欠かせない技術だからです。インターネットは本来、公共の通信網であり、データが途中で盗聴されたり、改ざんされるリスクが常に存在します。
さらに、中間者攻撃によって、悪意のある第三者が通信の途中でデータを傍受したり、改ざんしたりすることもあります。また、データ侵害という形で、企業や個人の機密情報が不正に取得される可能性もあります。これに対してIPsecは、通信を暗号化し、送信するデータが不正に傍受されても内容が理解できないようにするだけでなく、データの完全性も保証します。これにより、通信相手が意図しない形でデータを変更したり、改竄したりすることを防ぎます。特に、企業間やリモートワーク環境での安全なデータ交換を実現するため、IPsecは重要な役割を果たします。
また、IPsecはインターネットVPNの基盤としても使用され、物理的に離れた拠点間であっても、安全で効率的な通信を可能にします。このように、IPsecはネットワーク通信のセキュリティを強化し、外部からの攻撃や不正アクセスを防ぐために欠かせない存在となっているのです。
IPsecの仕組み
IPsecは、データ通信を暗号化し、ネットワーク上の情報を保護することを目的としています。その仕組みには、データの機密性を確保する「暗号化処理」と、データの整合性を保証し改ざんを検知する「認証処理」が含まれます。IPsecは、データの送信前にこれらの処理を行い、送信先に届くまでの間、情報が漏洩したり改ざんされたりしないように保護します。
具体的には、IPsecは「AH（認証ヘッダー）」や「ESP（カプセル化セキュリティペイロード）」という2つの主要なプロトコルを使い分け、通信内容の整合性と認証を確保したり、暗号化を通じてデータを安全に守ります。また、IPsecは通信を行う両端で「セキュリティアソシエーション（SA）」と呼ばれる安全な接続設定を確立し、これを利用して暗号化された鍵や認証情報を交換します。このセキュアな接続設定を確立するために、IPsecでは「IKE（インターネットキー交換）」プロトコルを使用し、両者が事前に合意した暗号化アルゴリズムや鍵を安全に共有します。こうした仕組みを通じて、IPsecは安全で信頼性の高い通信を実現しているのです。
IPsec接続方式の種類（モード）
IPsecには、通信の保護方法に応じて2種類の接続方式（モード）があります。これらは「トランスポートモード」と「トンネルモード」と呼ばれます。それぞれのモードには異なる特徴と用途があります。
トランスポートモード
トランスポートモードは、IPsecが提供する2つのモードのうち、データのペイロード（データ部分）のみを暗号化する方式です。IPヘッダ部分はそのまま残り、暗号化されません。このモードは、通信の双方が同じネットワーク内にある場合や、データ部分のみのセキュリティが必要な場合に適しています。
トランスポートモードは、特に通信経路の途中にある中継機器（ルーターやゲートウェイ）が暗号化されたデータをそのまま中継できるという特徴を持ちます。また、暗号化されるのはデータ部分だけなので、通信のオーバーヘッドが少なく、効率的な通信が可能です。
トンネルモード
トンネルモードは、IPsecのもう一つのモードで、通信全体（IPパケット全体）を暗号化します。つまり、IPヘッダを含むパケット全体が暗号化され、新たにIPヘッダが追加されます。このモードは、異なるネットワーク間でVPNを構築する場合や、ネットワーク間の通信がインターネットを経由する場合に使用されます。
トンネルモードは、特にリモートアクセスVPNやサイト間VPNなどで一般的に使用され、セキュアな通信を実現します。データ部分とヘッダ部分の両方が暗号化されるため、通信の保護がより強化されます。
IPsecプロトコルとコンポーネント
IPsecは、複数のプロトコルとコンポーネントで構成されており、それぞれが異なるセキュリティ機能を提供します。代表的なコンポーネントを以下に紹介します。
- 認証ヘッダー (AH)：IPsecのプロトコルの一部で、送信データの認証と完全性を確認するために使用されます。AHは、データが途中で改ざんされていないことを確認するため、ハッシュ関数とともに使用されます。しかし、AHはデータの暗号化は行わず、主に認証と完全性チェックに焦点を当てています。
- カプセル化セキュリティペイロード (ESP)：データの暗号化を行うIPsecプロトコルです。ESPは、データの機密性を確保し、通信内容を保護します。ESPは暗号化だけでなく、認証や完全性のチェックも行うことができるため、セキュアな通信を提供するために非常に重要な役割を果たします。
- インターネットキー交換 (IKE)：IPsec接続の確立において鍵交換のプロセスを担うプロトコルです。IKEは、通信の開始時に双方が鍵を安全に交換し、暗号化された通信を行うための基盤を提供します。IKEは、デジタル証明書や事前共有鍵など、さまざまな方法を使用して認証と鍵交換を行います。
- セキュリティアソシエーション (SAs)：IPsec通信を保護するために必要なセキュリティ情報を格納するデータベースのようなものです。SAsには、使用する暗号化アルゴリズムや認証方法、鍵などの情報が含まれています。IPsec通信を行う際、通信の各方向に対してSAsが設定され、セキュリティポリシーに基づいて通信を保護します。
- 暗号化アルゴリズム：IPsecでは、データの暗号化を行うためにさまざまな暗号化アルゴリズムが使用されます。これらのアルゴリズムは、データの機密性を保護し、第三者による盗聴を防ぐために非常に重要です。代表的な暗号化アルゴリズムには、AES、DES、3DES、RSAなどがあります。各アルゴリズムは、それぞれ異なる暗号化強度やパフォーマンス特性を持っています。
- 鍵管理：IPsec通信において非常に重要な役割を果たします。鍵交換や鍵の更新、保存方法などを管理することは、暗号化された通信を安全に維持するために不可欠です。鍵の管理には、IKEを使用して自動的に鍵を交換する方法や、手動で鍵を設定する方法があります。
IPsecの暗号化方法
IPsecでは、複数の暗号化アルゴリズムが使用され、通信の保護が行われます。これらの暗号化方法は、機密性を確保するために重要な役割を果たし、それぞれのアルゴリズムには異なる特徴と強度があります。代表的な暗号化方法を以下で紹介します。
AES（高度暗号化標準）
AES（Advanced Encryption Standard）は、現在最も広く使用されている暗号化アルゴリズムのひとつです。AESは、高いセキュリティレベルを提供し、通信を非常に強力に保護します。AESは、128ビット、192ビット、256ビットの鍵長を使用し、異なるセキュリティレベルを提供します。そのため、AESは大規模な企業ネットワークや政府機関などで一般的に使用されています。
DES（データ暗号化標準）
DES（Data Encryption Standard）は、かつて広く使用されていた暗号化アルゴリズムですが、現在ではセキュリティ上の理由からあまり使用されていません。DESは、56ビットの鍵長を使用しており、技術的に破られる可能性が高いことが知られています。現代の計算機の性能をもってすると、DESの暗号化は比較的短期間で解読されることがあります。
3DES（トリプルDES）
3DES（Triple DES）は、DESアルゴリズムを3回繰り返して暗号化を行うことでセキュリティを強化したものです。3DESは、56ビットの鍵を3回使用して暗号化処理を行い、セキュリティを向上させていますが、それでもAESと比べると暗号強度が劣ります。実際に、米国立標準技術研究所（NIST）は3DESを2023年に廃止しており、AESへの移行を推奨しています。
RSA（リベスト・シャミア・エーデルマン）
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）は、公開鍵暗号方式の代表的なアルゴリズムで、主にデジタル署名や鍵交換に使用されます。RSAは、2つの大きな素数を基にして鍵を生成するため、非常に高いセキュリティを提供します。しかし、計算負荷が高いため、大容量データの暗号化には適していません。
IKE（インターネットキー交換）
IKE（Internet Key Exchange）は、IPsec通信を保護するための鍵交換プロトコルです。IKEは、セキュアな通信のために、双方が共通の秘密鍵を安全に交換するための手順を提供します。IKEでは、デジタル証明書や事前共有鍵（PSK）を使って認証を行い、最終的に暗号化されるデータ通信の鍵を交換します。
IPsec VPNとは？
IPsec VPNは、インターネットなどの不特定多数のネットワーク上において、安全な通信を実現するための技術です。その仕組みとして、IPsec VPNは、VPNプロトコルのひとつであるIPsecプロトコルを使用し、通信の暗号化、認証、完全性保護を行うことで、安全な仮想プライベートネットワークを構築します。これにより、インターネット越しでもプライベートネットワークのようにセキュアな通信が可能となります。
IPsec VPNは、リモートアクセスVPNやサイト間VPNなど、さまざまなシナリオで使用されます。リモートアクセスVPNでは、外部から内部ネットワークにアクセスするユーザ
ーが、IPsecを使用して安全に接続を行います。サイト間VPNでは、異なるオフィスやデータセンター間でセキュアな通信を実現します。
IPsecとVPNの違い
IPsecとVPNの違いについて比較し、以下にわかりやすくまとめました。
IPsecとSSL-VPN
IPsecとSSL-VPNは、どちらもVPN技術ですが、それぞれ異なる方法でセキュアな接続を提供します。IPsecは、ネットワーク層で通信を保護するのに対して、SSL-VPNはアプリケーション層で通信を暗号化します。IPsecは、企業のネットワーク全体に対してセキュアな接続を提供するのに適しており、SSL-VPNは特定のアプリケーションやサービスにアクセスする際に有効です。
IPsecとL2TP
IPsecとL2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）は、VPNを構築するためにしばしば組み合わせて使用されます。L2TPは、VPNのトンネルを提供する役割を果たし、IPsecはそのトンネル内の通信を暗号化して保護します。L2TP/IPsecの組み合わせは、非常に高いセキュリティレベルを提供し、特にモバイルデバイスやリモートワークの環境で利用されています。
