Internet安全协议与分析（一）IPSec
IP安全问题
IP协议从本质上就是不安全的，仅仅依靠IP头部的校验和字段无法保证IP包的安全。
IPSec
概述
IPSec旨在把安全机制引入IP协议，使用密码学方法支持机密性和认证性服务，确保公网上数据通信的可靠性和完整性。
IPSec对IPV4可选，对IPV6必须，由三种机制共同保障
- 认证
- 信息机密性
- 密钥管理
体系结构
基本概念
安全联盟（SA）
- Secure Association
- 是两个通信实体之间建立的一个简单单向协定
- 由SPI（Security Parameter Index）和目标地址组成
- 单个IPSec连接至少需要两个SA
安全关联数据库（SAD）
- Secure Association Database
- SAD包含了所有活跃的SA的所有参数信息
- 流出数据：会有一个SPD数据项包含指向某个SAD数据项的指针，SPD决定了一个给定的数据包究竟使用哪一个SA。
- 流入数据：由SAD决定如何对给定数据包做处理。
安全策略库（SPD）
- Secure Policy Database
- SPD用于为IPSec实现提供安全策略配置，指定哪些数据流必须经过IPSec的处理。
AH协议
- Authentication Header
- 在每一个数据包上添加一个身份验证报头，包含一个带密钥的hash，提供了完整性保护。
- 不提供机密性保护。
传输模式
- 如果传送过程中经过NAT网关，源/目的IP将被改变，导致完整性验证失败。AH在传输模式下与NAT冲突。
隧道模式
- 依旧与NAT冲突。
ESP协议
- 将需要保护的数据加密后，封装在IP包中。
传输模式
隧道模式
AH vs ESP
IKE
IKE（Internet Key Exchange）因特网密钥交换协议，是IPSec的信令协议，为IPSec提供了自动协商交换密钥、建立安全联盟的服务，能够简化IPSec的使用和管理，大大简化IPSec的配置和维护工作。
IKE与IPSec关系
- IKE位于UDP之上，属于应用层协议。
- IKE为IPSec协商建立SA，并将参数与密钥交给IPSec。
- IPSec使用IKE建立的SA对IP报文加密或验证处理。
- AH和ESP的协议号是51和50。
IKE的作用
- 降低手工配置的复杂度
- SA和密钥定时更新
- 允许IPSec提供反重放服务
- 允许在端与端之间动态认证
IKE的协商过程
两个阶段
- 阶段一：在网络上建立IKE SA，为阶段二提供保护和快速协商。通过协商创建一个通信信道，并对其进行认证，为通信提供机密性、消息完整性以及消息源认证服务。
- 阶段二：在IKE SA的保护下完成IPSec的协商。
交换信息
- SA交换，协商确认有关安全策略的过程。
- 密钥交换，交换Diffie-Hellman公共值和辅助数据，产生加密物。
- ID交换和验证数据交换，进行身份验证和对整个SA交换进行验证。
阶段一协商过程
双方建立了一个已通过身份验证和安全保护的通道，此阶段建立了一个ISAKMP。
两种协商模式
- 主模式协商
- 适合两设备的公网IP固定，实现设备之间点对点的环境。
- 野蛮模式协商
- 主模式协商
阶段二协商过程
- 使用“快速模式”交换，实现两个主要功能
- 协商安全参数保护数据连接
- 周期性地更新密钥信息
- 协商出IPSec单向SA，保护数据流。
- 协商过程受第一阶段ISAKMP/IKE SA保护。
