IPsec ××× 总结

Posted 2021-01-01

一、IPsec协议簇安全框架
1.1、IPsec：
是一组基于网络层的，应用密码学的安全通信协议族。IPsec不是具体指哪个协议，而是一个开放的协议族。

1.2、IPsec ×××：
是基于IPsec协议族构建的在IP层实现的安全虚拟专用网。通过在数据包中插入一个预定义头部的方式，来保证OSI上层协议的安全，主要用于保护TCP、UDP、ICMP和隧道的IP数据包。

1.3、IPsec提供的安全服务：
机密性，完整性，数据源鉴别，不可否认性，重传×××保护和访问控制有限的流量保密等其它安全服务。

1.4、IPsec协议族安全体系框架：

1.5、IPsec协议族：

二、IPsec的工作模式：
2.1、传输模式：
主要应用场景：经常用于主机和主机之间端到端通信的数据保护。
封装方式：不改变原有的IP包头，在源数据包头后面插入IPsec包头，将原来的数据封装成被保护的数据。

2.2、隧道模式：
主要应用场景：经常用于私网与私网之间通过公网进行通信，建立安全×××通道。
封装方式：增加新的IP（外网IP）头，其后是IPsec包头，之后再将原来的整个数据包进行封装。

三、IPsec通信协议：
3.1、 AH协议（Authentication Header，认证包头）
AH提供的安全服务：
（1）无连接数据完整性：通过哈希（如MD5，SHA1）产生的校验来保证；
（2）数据源认证：通过在计算机验证时加入一个共享秘钥来实现；
（3）抗重放服务：AH报头中的序列号可以防止重放×××。
AH不提供任何保密性服务：它不加密所保护的数据包。
AH提供对数据包的保护时，它保护的是整个IP数据包（易变的字段除外，如IP头中的 TTL和TOS字段）
3.2、 ESP（Encapsulating Security Payload，封装安全有效载荷）

保密服务通过使用密码算法加密IP数据包的相关部分来实现。
数据流保密由隧道模式下的保密服提供。
*ESP通常使用DES，3DES，AES等加密算法来实现数据加密，使用MD5或SHA1来实现 数据完整性验证。

四、IPsec建立阶段
4.1、安全全联盟SA
SA是通信对等体间对某些要素的约定，通信的双方符合SA约定的内容，就可建立SA。
SA由三元组唯一标示，包括：安全参数索引，目的IP地址，安全协议号。

4.2、IKE产生背景：
用IPsec保护一个IP包之前，必须先建立安全联盟（SA）。
IPsec的安全联盟可以手工建立，但网络中节点较多时，这时就可以使用IKE自动进行安全联盟建立与秘钥交换过程。IKE就用于动态建立SA，代表IPsec对SA进行协商。

4.3、IKE的用途：
IKE为IPsec协商建立密钥，供AH/ESP加密和验证使用。
在IPsec通信双方之间，动态的建立安全联盟（SA），对SA进行管理和维护。

4.4、IKE工作过程：
*IKE经过两个阶段为IPsec进行密钥协商并建立安全联盟：

>第一阶段交换：通信各方彼此间建立了一个已通过身份验证和安全保护的通道，此阶段的交换建立了一个ISAKMP安全联盟，即ISAKMP SA，也可称为IKE SA。

第一阶段有两种协商模式：主模式协商和野蛮模式协商。

>第二阶段交换：经建立的安全联盟（IKE SA）为IPsec协商安全服务，即为IPsec协商具体的安全联盟，建立IPsec SA，产生真正可以用来加密数据流的密钥，IPsec SA用于最终的IP数据安全传送。

4.4.1、IKE阶段1协商过程：

4.4.2、IKE阶段1——主模式协商

4.4.3、IKE阶段1——主模式交互过程
消息1：第一个消息由隧道的发起者发起，携带的参数如：机密机制-DES，散列机制-MD5-HAMC，Diffie-Hellman组-2（即DH-2），认证机制-预共享。
消息2：第二个消息是应答方对发送方信息的应答，当应答方查找SPD查找到发送方相关的策略后，将自己的信息同样发送给对端，当然，应答方在发送传输集时将会生成自己的cookie并添加到数据包中。
消息3：当完成第一步骤双方的策略协商后，则开始第二步骤DH公共值互换，随数据发送的还包含辅助随机数，用户生成双方的加密秘钥。
消息4：应答方同样将本端的DH公共值和Nonce随机数发送给对端，通过消息4传输。
消息5：第五个消息由发起者向响应者发送，主要是为了验证对端就是自己想要与之通信的对端。这可以通过预共享、数字签名、加密临时值来实现。
双方交换DH公共值后，结合随机数生成一系列的加密密钥，用于双方加密、校验，同时生成了密钥后，将公共密钥和本端身份信息等进行hash，hash值传输给对端进行验证设备身份。
消息6：由响应者向发起者发送，主要目的和第5条一样。

IKE阶段1有三次交换过程，一共6个消息交互，前4个明文，后2个密文。

4.4.4、IKE阶段1——野蛮模式交互过程
野蛮模式同样包含三个步骤，但仅通过三个包进行传输，标示为aggressive
野蛮模式的三个包交换：
（1）第1个交互包发起方建议SA，发起DH交换
（2）第2个交互包接收方接收SA
（3）第3个交互包发起方认证接收方
野蛮模式前2个消息明文，第3个密文。

4.4.5、IKE阶段1两种模式对比

4.4.6、IKE阶段2协商过程
协商IPsec安全参数
建立IPsec ×××
4.4.7、标准IPsec ×××建立过程

4.4.8、标准IPsec ×××第二阶段
ISAKMP/IKE阶段2只有一种信息交换模式——快速模式，它定义了受保护数据连接是如何在两个IPSEC对等体之间构成的。

快速模式有两个主要的功能：
1.协商安全参数来保护数据连接。
2.周期性的对数据连接更新密钥信息。
第二阶段的效果为协商出IPSec 单向SA，为保护IPsec数据流而创建。第二阶段整个协商过程受第一阶段ISAKMP/IKE SA保护。

4.4.9、数据传输阶段
? 数据传输阶段是通过AH或者ESP通信协议进行数据的传输。
? 数据传输建立在网络层。