IPSec VPN的詳細(xì)介紹
IPSec (IP SECURITY)是為實(shí)現(xiàn)VPN 功能而最普遍使用的協(xié)議。通過相應(yīng)的隧道技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)VPN。IPSec有兩種模式：隧道模式和傳輸模式。
IPSec 不是一個(gè)單獨(dú)的協(xié)議，它給出了應(yīng)用于IP 層上網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全的一整套體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)包括認(rèn)證頭協(xié)議（Authentication Header，簡稱為AH）、封裝安全負(fù)載協(xié)議（EncapsulatingSecurity Payload，簡稱為ESP）、密鑰管理協(xié)議（Internet Key Exchange，簡稱為IKE）和用于網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證及加密的一些算法等。
IPSec 規(guī)定了如何在對(duì)等體之間選擇安全協(xié)議、確定安全算法和密鑰交換，向上提供了訪問控制、數(shù)據(jù)源認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密等網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。
認(rèn)證頭協(xié)議（AH）：IPsec 體系結(jié)構(gòu)中的一種主要協(xié)議，它為IP 數(shù)據(jù)包提供無連接完整性與數(shù)據(jù)源認(rèn)證，并提供保護(hù)以避免重播情況。AH 盡可能為IP頭和上層協(xié)議數(shù)據(jù)提供足夠多的認(rèn)證。
IPsec 封裝安全負(fù)載（ESP）：IPsec 體系結(jié)構(gòu)中的一種主要協(xié)議。ESP 加密需要保護(hù)的數(shù)據(jù)并且在IPsec ESP 的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行數(shù)據(jù)的完整性校驗(yàn)，以此來保證機(jī)密性和完整性。ESP 提供了與AH 相同的安全服務(wù)并提供了一種保密性（加密）服務(wù)，ESP 與AH 各自提供的認(rèn)證根本區(qū)別在于它們的覆蓋范圍。
密鑰管理協(xié)議（IKE）：一種混合型協(xié)議，由Internet 安全聯(lián)盟（SA）和密鑰管理協(xié)議（ISAKMP）這兩種密鑰交換協(xié)議組成。IKE 用于協(xié)商AH 和ESP所使用的密碼算法，并將算法所需的必備密鑰放到恰當(dāng)位置。
IPSec工作時(shí)，首先兩端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須就SA(security association)達(dá)成一致，這是兩者之間的一項(xiàng)安全策略協(xié)定。
安全聯(lián)盟（Security Association）
IPSec 在兩個(gè)端點(diǎn)之間提供安全通信，兩個(gè)端點(diǎn)被稱為IPSec ISAKMP 網(wǎng)關(guān)。安全聯(lián)盟（簡稱為SA）是IPSec 的基礎(chǔ)，也是IPSec 的本質(zhì)。SA 是通信對(duì)等體間對(duì)某些要素的約定，例如使用哪種協(xié)議、協(xié)議的操作模式、加密算法（DES、3DES、AES-128、AES-192 和AES-256）、特定流中保護(hù)數(shù)據(jù)的共享密鑰以及SA 的生存周期等。
安全聯(lián)盟是單向的，在兩個(gè)對(duì)等體之間的雙向通信，最少需要兩個(gè)安全聯(lián)盟來分別對(duì)兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)流進(jìn)行安全保護(hù)。
SA 建立方式
建立安全聯(lián)盟的方式有兩種，一種是手工方式（Manual），一種是IKE 自動(dòng)協(xié)商（ISAKMP）方式。
手工方式配置比較復(fù)雜，創(chuàng)建安全聯(lián)盟所需的全部信息都必須手工配置，而且IPSec 的一些高級(jí)特性（例如定時(shí)更新密鑰）不能被支持，但優(yōu)點(diǎn)是可以不依賴IKE而單獨(dú)實(shí)現(xiàn)IPSec 功能。該方式適用于當(dāng)與之進(jìn)行通信的對(duì)等體設(shè)備數(shù)量較少的情況，或是在小型靜態(tài)環(huán)境中。IKE 自動(dòng)協(xié)商方式相對(duì)比較簡單，只需要配置好IKE 協(xié)商安全策略的信息，由IKE 自動(dòng)協(xié)商來創(chuàng)建和維護(hù)安全聯(lián)盟。該方式適用于中、大型的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。
該方式建立SA 的過程分兩個(gè)階段。第一階段，協(xié)商創(chuàng)建一個(gè)通信信道（ISAKMP SA），并對(duì)該信道進(jìn)行認(rèn)證，為雙方進(jìn)一步的IKE 通信提供機(jī)密性、數(shù)據(jù)完整性以及數(shù)據(jù)源認(rèn)證服務(wù)；第二階段，使用已建立的ISAKMP SA 建立IPsec SA。分兩個(gè)階段來完成這些服務(wù)有助于提高密鑰交換的速度。
第一階段SA
第一階段SA 為建立信道而進(jìn)行的安全聯(lián)盟。第一階段協(xié)商的步驟是：
1. 參數(shù)配置。包括：
認(rèn)證方法：選擇預(yù)共享密鑰或數(shù)字證書認(rèn)證
Diffie-Hellman 組的選擇
2. 策略協(xié)商。包括：
加密算法：選擇DES、3DES、AES-128、AES-192 或AES-256
hash 算法：選擇MD5 或SHA
3. DH 交換。雖然名為“密鑰交換”，但事實(shí)上在任何時(shí)候，兩臺(tái)通信主機(jī)之間都不會(huì)交換真正的密鑰，它們之間交換的只是一些DH 算法生成共享密鑰所需要的基本材料信息。DH 交換，可以是公開的，也可以受保護(hù)。在彼此交換過密鑰生成“材料”后，兩端主機(jī)可以各自生成出完全一樣的共享“主密鑰”，保護(hù)緊接其后的認(rèn)證過程。
4. 認(rèn)證 。DH 交換需要得到進(jìn)一步認(rèn)證，如果認(rèn)證不成功，通信將無法繼續(xù)下去。“主密鑰”結(jié)合在第一步中確定的協(xié)商算法，對(duì)通信實(shí)體和通信信道進(jìn)行認(rèn)證。在這一步中，整個(gè)待認(rèn)證的實(shí)體載荷，包括實(shí)體類型、端口號(hào)和協(xié)議，均由前一步生成的“主密鑰”提供機(jī)密性和完整性保證。#p#
第二階段SA
第二階段SA 為快速SA，為數(shù)據(jù)傳輸而建立的安全聯(lián)盟。這一階段協(xié)商建立IPsec SA，為數(shù)據(jù)交換提供IPSec 服務(wù)。第二階段協(xié)商消息受第一階段SA 保護(hù)，任何沒有第一階段SA 保護(hù)的消息將被拒收。第二階段協(xié)商（快速模式協(xié)商）步驟是：
1. 策略協(xié)商，雙方交換保護(hù)需求：
使用哪種IPSec 協(xié)議：AH 或ESP
是否使用hash 算法：MD5、SHA 或NULL
是否要求加密，若是，選擇加密算法：DES 或3DES、AES-128、NULL、AES-192 或AES-256
在上述三方面達(dá)成一致后，將建立起兩個(gè)SA，分別用于入站和出站通信。
2. 會(huì)話密鑰“材料”刷新或交換。
在這一步中，將通過DH 交換生成加密IP 數(shù)據(jù)包的“會(huì)話密鑰”。
3. 將SA 遞交給IPSec 驅(qū)動(dòng)程序。
在第二階段協(xié)商過程中，如果響應(yīng)超時(shí)，則自動(dòng)嘗試重新進(jìn)行第二階段SA 協(xié)商。
驗(yàn)證算法
AH 和ESP 都能夠?qū)P 報(bào)文的完整性進(jìn)行驗(yàn)證，以判別報(bào)文在傳輸過程中是否被篡改。驗(yàn)證算法的實(shí)現(xiàn)主要是通過雜湊函數(shù)。雜湊函數(shù)是一種能夠接受任意長的消息輸入，并產(chǎn)生固定長度輸出的算法，該輸出稱為消息摘要。IPSec 對(duì)等體計(jì)算摘要，如果兩個(gè)摘要是相同的，則表示報(bào)文是完整未經(jīng)篡改的。一般來說IPSec 使用兩種驗(yàn)證算法：
MD5：MD5 輸入任意長度的消息，產(chǎn)生128bit 的消息摘要。
SHA-1：SHA-1 輸入長度小于2 的64 次方比特的消息，產(chǎn)生160bit 的消息摘要。SHA-1 的摘要長于MD5，因而是更安全的。
加密算法
ESP 能夠?qū)P 報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行加密保護(hù)，防止報(bào)文內(nèi)容在傳輸過程中被窺探。加密算法實(shí)現(xiàn)主要通過對(duì)稱密鑰系統(tǒng)，它使用相同的密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密。
StoneOS 實(shí)現(xiàn)了三種加密算法：
DES（Data Encryption Standard）：使用56bit 的密鑰對(duì)每個(gè)64bit 的明文塊進(jìn)行加密。
3DES（Triple DES）：使用三個(gè)56bit 的DES 密鑰（共168bit 密鑰）對(duì)明文進(jìn)行加密。
AES（Advanced Encryption Standard）：StoneOS 實(shí)現(xiàn)了128bit、192bit 和256bit 密鑰長度的AES 算法。
IPSec VPN 的應(yīng)用
SA 系列安全網(wǎng)關(guān)通過“基于策略的VPN”和“基于路由的VPN”兩種方式把配置好的VPN 隧道應(yīng)用到安全網(wǎng)關(guān)上，實(shí)現(xiàn)流量的加密解密安全傳輸。
基于策略的VPN：將配置成功的VPN 隧道名稱引用到策略規(guī)則中，使符合條件的流量通過指定的VPN 隧道進(jìn)行傳輸。
基于路由的VPN：將配置成功的VPN 隧道與隧道接口綁定；配置靜態(tài)路由時(shí)，將隧道接口指定為下一跳路由。
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