IPsec (Internet Protocol Security) ist eine Protokoll-Suite, die IP-Pakete auf der Netzwerkschicht verschlüsselt und ihre Echtheit prüft. Anders als TLS, das einzelne Anwendungen absichert, schützt IPsec den kompletten IP-Verkehr zwischen zwei Endpunkten oder Netzen. Damit ist es die technische Grundlage klassischer Standort-VPNs — ein VPN auf Schicht 3.
Warum überhaupt Schicht 3?
Weil IPsec unterhalb aller Anwendungen arbeitet, muss keine einzelne Software angepasst werden: Browser, Datenbank und Dateidienst profitieren automatisch, solange ihre Pakete durch den Tunnel laufen. Mehr dazu im Überblick VPN-Grundlagen.
Zwei Protokolle: AH und ESP
IPsec ist kein einzelnes Protokoll, sondern eine Sammlung von Bausteinen; die Architektur beschreibt RFC 4301. Die beiden tragenden Protokolle sind:
- AH (Authentication Header, RFC 4302, IP-Protokoll 51): sichert Authentizität und Integrität des gesamten Pakets, verschlüsselt aber nichts. Weil AH den IP-Header in die Prüfsumme einbezieht, bricht es an jedem NAT, das den Header verändert — in der Praxis spielt AH kaum noch eine Rolle.
- ESP (Encapsulating Security Payload, RFC 4303, IP-Protokoll 50): verschlüsselt die Nutzdaten und hängt einen Integritätsprüfwert an. ESP ist das eigentliche Arbeitspferd — die Verschlüsselung erfolgt üblicherweise mit AES, die Integrität sichert ein HMAC oder ein AEAD-Verfahren wie AES-GCM.
Transportmodus und Tunnelmodus
Beide Modi unterscheiden sich darin, was geschützt wird:
- Transportmodus: Nur die Nutzdaten werden verschlüsselt, der ursprüngliche IP-Header bleibt sichtbar. Typisch für Ende-zu-Ende-Verbindungen zwischen zwei Hosts.
- Tunnelmodus: Das gesamte IP-Paket wird verschlüsselt und in ein neues Paket mit neuen äußeren Adressen eingepackt. Die inneren Adressen sind damit unsichtbar — die Standardbauform für Standortkopplungen zwischen zwei Gateways. Der Tunnelmodus ist eine Form des IP-Tunnels.
Security Associations: SPD und SAD
IPsec ist zustandsbehaftet. Für jede Richtung wird eine Security Association (SA) vereinbart, die festhält, welche Algorithmen und Schlüssel gelten. Zwei Datenbanken steuern das:
- SPD (Security Policy Database): legt fest, welcher Verkehr überhaupt geschützt, verworfen oder im Klartext durchgelassen wird.
- SAD (Security Association Database): verwaltet die aktiven SAs samt Schlüsselmaterial und Laufzeit.
Eindeutig identifiziert wird eine SA durch den SPI (Security Parameter Index) zusammen mit der Zieladresse und dem Protokoll (AH oder ESP).
Schlüsselaustausch mit IKE
Die Schlüssel handeln die Partner über IKE (Internet Key Exchange) aus: historisch IKEv1, heute IKEv2 nach RFC 7296. IKE läuft über UDP-Port 500; steckt ein NAT dazwischen, wird auf UDP-Port 4500 ausgewichen — dieses NAT-Traversal verpackt die ESP-Pakete zusätzlich in UDP, damit ihre Prüfsumme unterwegs nicht bricht (siehe NAT). Aus dem Diffie-Hellman-Austausch entstehen danach die ESP-Schlüssel; weil sie bei jeder Neuverhandlung frisch gebildet werden, gilt Perfect Forward Secrecy.
Wo IPsec eingesetzt wird
- Site-to-Site-VPN: zwei Firmenstandorte werden über feste Tunnel verbunden; dynamische Varianten baut DMVPN mit mGRE und NHRP auf.
- Remote Access: Mitarbeiter wählen sich per IKEv2-Client ein, häufig in Kombination mit L2TP als L2TP/IPsec.
- WAN-Vernetzung: in SD-WAN-Umgebungen gehört IPsec zu den Standardtunneln zwischen den Standort-Routern.
- Speicher- und Cloud-Anbindungen: iSCSI und viele Cloud-Anbindungen können einzelne Strecken per IPsec absichern.
Stärken und Grenzen
IPsec ist in praktisch jedem Betriebssystem, Router und in vielen Firewalls implementiert und deshalb sehr interoperabel. Der Preis ist Komplexität: viele Parameter, mehrere Betriebsarten und fehleranfällige NAT-Situationen. Die moderne, deutlich schlankere Alternative heißt WireGuard; wer einen TLS-basierten Tunnel braucht, greift dagegen zu OpenVPN.
Verwandte Grundlagen: VPN, VPN-Glossar, Zero Trust, IPsec-Befehle, OpenVPN-Befehle.