IPSec学习小结

近期学习了IPSec的一些基础知识，在此作个简短的总结。

IPSec是IP层的一套加密协议（包含AH、ESP、IKE协议以及一些加密算法）。之所以会出现IPSec协议，是因为IP网络存在一些安全缺陷，比如IP层报文可以被明文看到、数据可能被篡改、源身份不好验证、可以进行重放攻击等。针对这些问题，IPSec提供了相应的安全服务，包括：机密性、完整性、身份认证、抗重放等服务，概括为两大安全机制：认证和机密，具体方法就是通过安全协议（AH协议、ESP协议）对报文进行认证或加密。安全协议使用基于密码学的认证和加密算法对原始IP报文提供高质量的保护，所以安全协议会使用很多认证和加密算法，涉及算法，必然需要密钥，IKE协议可以为IPSec提供密钥协商及其他参数协商的安全通道，IKE通过两个阶段的协商（IKE sa、IPSec sa）为IPSec建立IPSec sa。IPSec sa是IPSec对等体对某些要素的约定，这些要素包括：封装模式（传输模式、隧道模式）、安全协议（AH、ESP）、认证或者加密算法、SPI（SA的索引）等，加密端根据sa对原始报文进行加密封装，解密端根据SPI在SADB（sa 数据库）中查找对应的sa，对报文进行解密，然后根据原始报文头进行转发。

在IPSec报文转发的过程中，如果中间链路有NAT业务，会修改IP头，NAT的PAT转换模式也会修改TCP或者UDP的端口号，会造成安全协议的认证或者加解密出现问题。解决方法就是IPSec的NAT穿越模式，通过在IKE的第一阶段协商过程中，对中间链路是否有NAT业务进行探测，一旦发现有NAT业务，就应用NAT穿越模式，一般只应用于ESP协议，因为AH协议的认证是对整个报文进行认证，所以一旦IP遭到修改，AH认证必然失败。

一些细节，如AH协议的报文格式、认证范围；ESP协议的报文格式、加密和认证范围；IKE报文格式；IKE两个阶段的协商过程，如第一阶段的主模式和野蛮模式，第二阶段的快速模式；AH和ESP结合使用的报文格式；IPSec和GRE结合使用的报文格式等，下次再总结吧。