(完整word版)IPSecVPN详解(深入浅出简单易懂).doc

IPSecVPN详解
IPSec概述
IPSec(ipsecurity)是一种开放标准的框架结构，特定的通信方之间在IP层通过加密和数据摘要(hash)等手段，来保证数据包在Internet网上传输时的私密性(confidentiality)、完整性(dataintegrity)和真实性(originauthentication)。
IPSec只能工作在IP层，要求乘客协议和承载协议都是IP协议

通过加密保证数据的私密性
★私密性：防止信息泄漏给未经授权的个人
★通过加密把数据从明文变成无法读懂的密文，从而确保数据的私密性

对数据进行hash运算来保证完整性
★完整性：数据没有被非法篡改
★通过对数据进行hash运算，产生类似于指纹的数据摘要，以保证数据的完整性

对数据和密钥一起进行hash运算
★攻击者篡改数据后，可以根据修改后的数据生成新的摘要，以此掩盖自己的攻击行为。
★通过把数据和密钥一起进行hash运算，可以有效抵御上述攻击。

DH算法的基本原理

通过身份认证保证数据的真实性
★真实性：数据确实是由特定的对端发出
★通过身份认证可以保证数据的真实性。常用的身份认证方式包括：
Pre-sharedkey，预共享密钥
RSASignature，数字签名
预共享密钥
预共享密钥，是指通信双方在配置时手工输入相同的密钥。
数字证书
★RSA密钥对，一个是可以向大家公开的公钥，另一个是只有自己知道的私钥。
★用公钥加密过的数据只有对应的私钥才能解开，反之亦然。
★数字证书中存储了公钥，以及用户名等身份信息。

IPSec框架结构

IPSec安全协议
IPSec安全协议描述了如何利用加密和hash来保护数据安全
★AH(AuthenticationHeader) 网络认证协议,只能进行数据摘要(hash)，不能实现数据加密
ah-md5-hmac、ah-sha-hmac
★ESP(EncapsulatingSecurityPayload) 封装安全载荷协议,能够进行数据加密和数据摘要(hash)
esp-des、esp-3des、esp-md5-hmac、esp-sha-hmac
IPSec封装模式
IPSec支持两种封装模式：传输模式和隧道模式
◆传输模式：不改变原有的IP包头，通常用于主机与主机之间。

◆隧道模式：增加新的IP头，通常用于私网与私网之间通过公网进行通信。

IPSec与NAT
AH模式
AH模式无法与NAT一起运行，因为AH对包括IP地址在内的整个IP包进行hash运算，而NAT会改变IP地址，从而破坏AH的hash值。

ESP模式
◆只进行地址映射时，ESP可与NAT一起工作。
◆进行端口映射时，需要修改端口，而ESP已经对端口号进行了加密和/或hash，所以将无法进行。

◆启用IPSecNAT穿越后，会在ESP头前增加一个UDP头，就可以进行端口映射。

IPSec安全通道协商过程

◆需要保护的流量流经路由器，触发路由器启动相关的协商过程。
◆启动IKE(Internetkeyexchange,密钥管理协议)阶段1，对通信双方进行身份认证，并在两端之间建立一条安全的通道。
◆启动IKE阶段2，在上述安全通道上协商IPSec参数。
◆按协商好的IPSec参数对数据流进行加密、hash等保护。
IKE密钥交换协议
Internet密钥交换（IKE）解决了在不安全的网络环境（如Internet）中安全地建立或更新共享密钥的问题。IKE是非常通用的协议，不仅可为IPsec协商安全关联，而且可以为SNMPv3、RIPv2、OSPFv2等任何要求保密的协议协商安全参数。
一、IKE的作用当应用环境的规模较小时，可以用手工配置SA；当应用环境规模较大、参与的节点位置不固定时，IKE可自动地为参与通信的实体协商SA，并对安全关联库（SAD）维护，保障通信安全。
二、IKE的机制IKE属于一种混合型协议，由Internet安全关联和密钥管理协议（ISAKMP）和两种密钥交换协议OAKLEY与SKEME组成。IKE创建在由ISAKMP定义的框架上，沿用了OAKLEY的密钥交换模式以及SKEME的共享和密钥更新技术，还定义了它自己的两种密钥交换方式。
IKE使用了两个阶段的ISAKMP：
第一阶段，协商创建一个通信信道（IKESA），并对该信道进行验证，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验证服务；
第二阶段，使用已建立的IKESA建立IPsecSA。

IKE共定义了5种交换。阶段1有两种模式的交换：对身份进行保护的“主模式”交换以及根据基本ISAKMP文档制订的“野蛮模式”交换。阶段2交换使用“快速模式”交换。IKE自己定义了两种交换：1为通信各方间协商