IPSec学习笔记

IPSec工作在网络层，一般用于两个子网间的通信，称为站到站的通信。

是一套协议集合，包括 IKE协议， 认证头AH协议， 封装安全载荷ESP协议。

两个环节：

1.IKE协议，完成通信双方的 身份鉴别，确定通信时使用的 IPSec安全策略和 密钥。

2.使用 数据报文封装协议和IKE中协定的IPSec安全策略和密钥，实现通信数据的 安全传输。

两种操作模式： 隧道模式和 传输模式。

区别：

1、封装过程

传输模式，不会改变原始报文的IP头，只会在原始IP头后面封装一些ipsec协议。

隧道模式，会在原始IP报文头前面添加新的IP头，并且在新的IP头后面封装一些ipsec协议。

2、优点

隧道模式更安全，传输模式性能好，解放了更多带宽

3、应用场景

传输模式在AH、ESP处理前后IP头部保持不变，主要用于End-to-End的应用场景。

隧道模式在AH、ESP处理之后再封装了一个外网IP头，主要用于Site-to-Site的应用场景。

IKE协议主要用于鉴别通信双方身份、创建安全联盟SA、协商加密算法、生成共享会话密钥。

IKE包括3个不同协议的有关部分：ISAKMP、Oakley和SKEME

IKE中有4种身份认证方式：

（1） 基于数字签名

（2） 基于公开密钥

（3） 基于修正的公开密钥

（4） 基于预共享字符串

IKE目前定义了4种模式：主模式、积极模式、快速模式和新组模式。前面3个用于协商SA，最后一个用于协商Diffie Hellman算法所用的组。主模式和积极模式用于第一阶段；快速模式用于第二阶段；新组模式用于在第一个阶段后协商新的组。

ISAKMP是IKE的核心协议（IKE真正定义了一个密钥交换的过程，而ISAKMP只是定义了一个通用的可以被任何密钥交换协议使用的框架），定义了建立、协商、修改和删除SA的过程和报文格式，以及密钥交换数据和身份鉴别数据的载荷格式。核心功能：创建和维护SA。

ISAKMP 分为两个阶段：

第一阶段是 主模式，通信双方建立一个 ISAKMPSA，并实现双方的身份鉴别和密钥交换，得到工作密钥，该工作密钥用于保护第二阶段的协商过程；

第1包 发送所有的策略给对端

第2包 收方挑选一个自己也有的策略回给发送方。

通过DH算法离散对数函数、非对称加密算法、单向函数， 发起方随机生成a,g,p(g,p还会发给接收方来共用)， 接收方随机生成b

第3包 发起方把g,p,A发送给接收方

第4包 接收方把B发送给发起方

发起方和接收方通过计算得到的结果是相等的，这样就得到一个共享密钥。

发起方把 1.预共享密钥 2.DH计算的密钥 3.IKE策略内容 进行散列计算得到的结果就是认证散列值

第5包  发送方把认证散列值放在第5个IKE包加密后发送到接收方。

接收方把第5个IKE数据包解密,提取出发起方的IP地址,并且基于IP地址查询本地IPSec配置，找出对应的预共享秘密。然后和已知的内容进行散列计算，得到认证散列值。

接受方把第5个IKE包中提取出来的认证散列值和本身的生成的认证散列值进行比较。如果相等接受方就成功认证了发起方。

第6包  接收方还有通过相同的办法来发送第6个IKE数据包，让发起方认证接收方

第二阶段是 快速模式，使用已建立的 ISAKMPSA 提供保护，实现通信双方 IPSecSA 的协商，确定通信双方 IPSec 安全策略和会话密钥。

第1包 发起方把感兴趣流的相关IPSec策略一起发送给接收方

第2包接受方选择适当的策略，发给接收方。

第3包发起方回包给接受方，表示确认。

对于两端IP地址不是固定的情况（如ADSL拨号上网），并且双方都希望采用预共享密钥验证方法来创建IKESA，就需要采用积极模式。另外啊如果发起者已知回应者的策略，采用积极模式也能够更快地创建IKESA。

AH协议用于数据源身份鉴别、完整性和抗重放。AH不提供任何保密性服务。

AH 协议的主要作用是为整个 IP 数据报文(IP 头和 IP 载荷)提供高强度完整性校验，最常用的MAC 是 HMAC，而 HMAC 对 IP 数据报文处理所用的密钥就是 IKE 协定的用于验证完整性和数据源身份的会话密钥。

ESP 协议和AH 协议相比，增加了对数据报文的加密功能（同时具备数据源身份鉴别、完整性和抗重放等安全功能）

ESP可单独使用，并同时选择保密性和数据源身份鉴别服务；当ESP和AH结合使用时，无须ESP提供数据源身份鉴别服务，而由AH提供该项安全服务。