IKE协议

Posted 2020-11-20 oceanf

IKE协议

一、
+IKE(Internet Key Exchange)因特网密钥交换协议
+为IPSec提供了自动协商交换密钥、建立安全联盟的服务
+通过数据交换来计算密钥

IKE（Internet Key Exchange）因特网密钥交换协议是*IPSEC的信令协议_，为IPSec提供了自动协商交换密钥、建立安全联盟的服务，能够简化IPSec的使用和管理，大大简化IPSec的配置和维护工作。IKE不是在网络上直接传送密钥，而是通过一系列数据的交换，最终计算出双方共享的密钥，并且即使第三者截获了双方用于计算密钥的所有交换数据，也不足以计算出真正的密钥。IKE具有一套自保护机制，可以在不安全的网络上安全的分发密钥，验证身份，建立IPSEC安全联盟。

二、IKE的安全机制
+完善的前向安全性
+数据验证
身份验证
身份保护
+DH交换和密钥分发
IKE具有一套自保护机制，可以在不安全的网络上安全的分发密钥、认证身份并建立IPSec安全联盟。
完善的前向安全性（PFS：Perfect Forward Security）
是一种安全特性，指一个密钥被破解， 并不影响其他密钥的安全性，因为这些密钥间没有派生关系。
数据验证有两个方面的概念：
1）保证数据完整性（发送的数据未被第三方修改过）
2）身份保护
身份验证确认通信双方的身份。验证字用来作为一个输入产生密钥，验证字不同是不可能在双方产生相同的密钥的。验证字是验证双方身份的关键。身份数据在密钥产生之后加密传送，实现了对身份数据的保护。
DH交换和密钥分发：
Diffie-Hellman算法是一种公共密钥算法。通信双方在不传送密钥的情况下通过交换一些数据，计算出共享的密钥。
PFS特性是由DH算法保障的。

三、IKE的交换过程

IKE协商分为两个阶段
阶段一：在网络上建立IKE SA，为其它协议的协商（阶段二）提供保护和快速协商。通过协商创建一个通信信道，并对该信道进行认证，为双方进一步的IKE通信提供机密性、消息完整性以及消息源认证服务，是主模式；
阶段二：快速模式，在IKE SA的保护下完成IPSec的协商。
IKE协商过程中包含三对消息：
第一对叫SA交换，是协商确认有关安全策略的过程；
第二对消息叫密钥交换，交换Diffie-Hellman公共值和辅助数据（如：随机数），加密物在这个阶段产生；
最后一对消息是ID信息和验证数据交换，进行身份验证和对整个SA交换进行验证。

四、DH交换及密钥产生

密钥的产生是通过DH交换技术，DH交换（Diffie-Hellman Exchange）过程如下：
a、须进行DH交换的双方各自产生一个随机数，如a和b；
b、使用双方确认的共享的公开的两个参数：底数g和模数p各自用随机数a,b进行幂模运算，得到结果c和d，计算公式如下：
c =g a mod p, d=g b modp；
c、双方进行交换如上图所示的信息；
d、进一步计算，得到DH公有值： da mod p = c b mod p = g a b mod p 此公式可以从数学上证明。
若网络上的第三方截获了双方的模c和d，那么要计算出DH公有值gab mod p 还需要获得a或b，a和b始终没有直接在网络上传输过，如果想由模c和d计算a或b就需要进行离散对数运算，而p为素数，当p足够大时（一般为768位以上的二进制数），数学上已经证明，其计算复杂度非常高从而认为是不可实现的。所以，DH交换技术可以保证双方能够安全地获得公有信息。

五、IKE在IPSec中的作用
+降低手工配置的复杂度
+安全联盟定时更新
+密钥定时更新
+允许IPSec提供反重放服务
+允许在端与端之间动态认证

因为有了信令协议，很多参数（如：密钥）都可以自动建立。
IKE协议中的DH交换过程，每次的计算和产生结果都是毫无关系的。为保证每个安全联盟所使用的密钥互不相关，必须每次安全联盟的建立都运行DH交换过程.
IPSEC使用IP报文头中的序列号实现防重放。此序列号是一个32比特的值，此数溢出后，为实现防重放，安全联盟需要重新建立，这个过程与要IKE协议的配合。
对安全通信的各方身份的的验证和管理，将影响到IPSEC的部署。IPSEC的大规模使用，必须有CA-Certification Authority（认证中心）或其他集中管理身份数据的机构的参与。

六、IPSec与IKE的关系

IKE是UDP之上的一个应用层协议，是IPSEC的信令协议。
IKE为IPSEC协商建立安全联盟，并把建立的参数及生成的密钥交给IPSEC。
IPSEC使用IKE建立的安全联盟对IP报文加密或验证处理。
IPSEC处理做为IP层的一部分，在IP层对报文进行处理。AH协议和ESP协议有自己的协议号，分别是51和50。

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