简述ipsec的工作原理

　　IPsec（IP Security）是IETF制定的三层隧道加密协议，它为Internet上传输的数据提供了高质量的、可互操作的、基于密码学的安全保证。特定的通信方之间在IP层通过加密与数据源认证等方式，提供了以下的安全服务：

　　数据机密性（ConfidenTIality）：IPsec发送方在通过网络传输包前对包进行加密。

　　数据完整性（Data Integrity）：IPsec接收方对发送方发送来的包进行认证，以确保数据在传输过程中没有被篡改。

　　数据来源认证（Data AuthenTIcaTIon）：IPsec在接收端可以认证发送IPsec报文的发送端是否合法。

　　防重放（AnTI-Replay）：IPsec接收方可检测并拒绝接收过时或重复的报文。

　　IPsec具有以下优点：

　　支持IKE（Internet Key Exchange，因特网密钥交换），可实现密钥的自动协商功能，减少了密钥协商的开销。可以通过IKE建立和维护SA的服务，简化了IPsec的使用和管理。

　　所有使用IP协议进行数据传输的应用系统和服务都可以使用IPsec，而不必对这些应用系统和服务本身做任何修改。

　　对数据的加密是以数据包为单位的，而不是以整个数据流为单位，这不仅灵活而且有助于进一步提高IP数据包的安全性，可以有效防范网络攻击。

　　IPSec的目标

　　l 为IPv6和IPv6提供具有较强的互操作能力

　　l 高质量的基于密码的安全

　　l 在IP层实现多种安全服务，包括：访问控制，无连接完整性，数据源验证，抗重播，机密性和有限的业务流机密性

　　IPSec安全体系结构图

　　

　　IPSec安全体系内容

　　验证头部AH：

　　为IP包提供数据完整性校验和身份认证功能；

　　验证算法由SA指定；

　　认证的范围：整个包。

　　封装安全载荷ESP：

　　提供机密性，数据源验证，抗重播以及数据完整性等安全服务；

简述ipsec的工作原理

　　加密算法和身份验证方法均有SA指定。

　　用于两种模式：传输模式和隧道模式

　　

　　AH头格式

　　

　　AH传输模式

　　

　　AH隧道模式

　　

　　AH处理过程

　　1） 对于发出去的包的处理构造AH

　　l 创建一个外出SA（手工或通过IKE）

　　l 产生序列好

　　l 填充AH头的各字段

　　l 计算ICV（Integrity Check Value完整性检验值）

　　内容包括：IP头中部分域，AH自身，上层协议数据

　　l AH头中的”下一头部“置为原IP包头中的”协议“字段的值，原IP包头的”协议字段置为51（代表AH）

　　2） 对于接受到的包处理：

　　l 分片装配

　　l 查找SA

　　依据：目标IP地址，AH协议，SPI

　　l 检查序列号

　　l ICV检查

　　ESP头格式

　　

　　ESP传输模式

　　

　　ESP隧道模式

　　

　　ESP处理过程

　　1） 对出发出去的包的处理

　　l 查找SA

　　l 加密

　　l 封装必要的数据，放到payload data域中，不同的模式，封装数据的范围不同

　　l 增加必要的padding数据

　　l 加密操作

　　l 验证

　　l 计算ICV 注意：针对加密后的数据进行计算

　　2） 对于接受到的包的处理

　　l 分片装配

　　l 查找SA

　　依据：目标IP地址，ESP协议，SPI

　　l 检查序列号（可选，针对重放攻击）

　　使用一个滑动串口来检查序列号的重放

　　l ICV检查

　　l 解密

　　根据SA中指定的算法和迷失，参数，对于被加密部分的数据进行解密

　　去掉padding

　　重构原始的IP包

　　SA（Security Association）安全联盟

　　l SA是单向的（无法反推）

　　l SA是“协议相关”的（与协议对应）

　　l 每个SA通过三个参数来标志，《spi，dst（src），protocol》

　　安全参数索引SPI（Security Parameters Index）

　　对方IP地址

　　安全协议标识：AH or ESP

　　l SA与IPSec系统中实现的两个数据库有关

　　安全策略数据库（SPD）

　　安全关联数据库（SAD）

　　密钥管理（Key Management）

　　l ISAKMP定义了密钥管理框架。ISAKMP与IKE一样，IKE是高级版本。

　　l IKE是母线真是确定用于IPSec的密钥交换协议。

　　ISAKMP参考RFC2308文档，IKE协议参考RFC2409文档。

　　两阶段交换

　　第一阶段：建立起ISAKMP SA —— IKE SA

　　双方（例如ISAKMP Sservers）商定如何保护以后的通讯，通信双方建立一个已通过身份鉴别和安全保护的通道；

　　此SA将用于保护后表的protocol SA的协商过程。

　　第二阶段：建立起针对其他安全协议的SA —— IPSec SA

　　这个阶段可以建立多个SA；

　　此SA将被相应的安全协议用于博阿虎数据或者消息的交换。

　　IPSec-VPN协议和算法

　　IP安全协议：AH，ESP

　　数据加密标准：DES，3DES

　　公共密钥密码协议：Diffe-Hellman（D-H）

　　散列算法：MD5，SHA-1

　　公钥加密算法：RSA

　　Internet密钥交换：IKE

　　证书授权中心：CA