1.IPSEC协议簇
IPSEC协议簇 --- 基于网络层的，应用密码学的安全通信协议组
IPV6中，IPSEC是要求强制使用的，但是，IPV4中作为可选项使用
IPSEC可以提供的安全服务
机密性 --- 数据加密
完整性 --- 防篡改
可用性
数据源鉴别 --- 身份认证
数字证书
PSK --- 预共享密钥
不可否认性 --- 数据源鉴别
重传攻击保护 --- 通过添加序列号 --- 一个一次性的数字 --- 用来防重放攻击
有限的流量保密 --- 在IPSEC中可以抓取感兴趣流，即可以设定哪些流量需要进入IPSEC隧
道，继续保密传输，哪些流量不需要进入到通道中。
IPSEC 协议簇
安全协议
2.两种工作模式
传输模式
封装方式：不改变原有的IP包头，在原始的数据包头后面添加IPSEC包头，将
原来的数据封装成被保护的数据
因为没有添加新的IP头部，所以，无法跨越公网建立隧道，适合在私网内
部，数据传输时进行安全保障。
隧道模式
封装方式：需要增加新的IP头部，其后面是IPSEC的包头，之后，将原来的整个数据
包进行分装保护。
适用于需要跨越公网的环境。
3.两个安全协议
AH --- 鉴别头协议 --- 属于网络层协议，但是，封装在IP协议之上 --- 协议号：51
可以提供的安全服务
1，数据的完整性保证 --- 其最主要的工作是保证数据传输的完整性，所以，没有
办法对数据进行加密保护。
2，数据源认证 --- 身份认证
3，抗重放攻击
AH的包头
安全参数索引（SPI） --- 用来唯一的标识SA --- 安全联盟、
分区 2024.7.5防御保护 的第 3 页
SA -- 安全联盟 --- IPSEC在建立通道之前，双方需要协商安全参数，安全参数协商
完成后，则建立对应的SA --- IPSEC SA
注意：IPSEC SA是分方向的，要想构建一个双向的安全通道，则需要建立两条方
向相反的SA，则不同的SA需要使用不同的SPI来进行标识，相当于是SA的一个
ID。
序列号 --- 用来防重放攻击
AH的保护范围
传输模式
隧道模式
因为AH在进行完整性校验时会包含IP头部的内容，所以，在IP头部中，有一些在
传输过程中就会发生变化的数据，比如TTL，TOS这样的数据将不做校验。
因为会校验IP地址，所以，AH无法应用在NAT环境下。
ESP --- 封装安全载荷协议 --- 属于网络层协议，但是，封装在IP协议之上 --- 协议
号：50
可以提供的安全服务
1，数据的完整性校验
2，数据源认证
3，抗重放的保护
4，数据保密 --- 注意，这个是AH所不具备的一个安全服务 --- 可以进行选
择性加密
ESP的头部
保护范围 --- 加密的范围是除了最外层的IP头部，ESP的头部以及最后ESP的认证
数据部分不进行加密，其他内容都需要进行加密；
完整性校验的范围是加密的内容再增加ESP的头部内容
传输模式
隧道模式
AH和ESP也可以同时使用
4.+ESP传输模式
AH+ESP隧道模式
注意：只要有AH参与的封装，就会导致IP头部的信息被校验，就无法应对NAT环境。
IKE
IPSEC SA是可以手工创建的
IKE -- 互联网密钥交换 --- 动态建立IPSEC SA --- IKEV1，IKEV2
IKE协议中包含三个协议
SKEME
OAKLEY
ISAKMP --- 互联网安全联盟密钥管理协议 --- UDP 500 --- 要求源和目标端口都
必须是UDP的500
阶段1 --- 协商构建IKE SA（ISAKMP SA）--- 不区分源和目标 --- 其主要目的是获得建
立IPSEC SA时参数协商过程中的安全通道，对协商参数进行安全保护。 --- 做身份认证
主模式 --- 默认使用IP地址作为身份标识，需要经过6个数据包交互来完成IKE SA
的建立，安全性较高
第一，二个数据包：SA的交换
1，Ci，Cr --- cookie --- 这个是IKEV1版本中的做法，到了V2版本，这里使用的
是SPI，在V1版本中，其作用是相似
2，Sai,Sar --- 进行安全参数协商 --- “五元组”
加密算法，哈希算法，身份认证，DH组，SA存活时间
DES
MD5 PSK DH2 86400S
注意：这里协商的所有参数，是为了构建IKE SA使用参数
注意：如果是手工建立的SA，则将永久有效，但是，如果使用IKE建立的SA，
则将存在老化时间，默认是86400S，如果时间到了，则将拆除通道，重新建
立。
注意：DH算法分组，常用分组为DH1，DH2，DH5，DH14，组号越大，则安
全性越高
注意：这里的身份认证是在协商身份认证的方式
如果对方在回复时，发现里面的参数本地不支持，则将回复一个负载拒绝报
文，则中断SA的构建。但是，其中的SA存活时间可以不同，如果不同，则按
照较小的来执行
第三，四个数据包
Ni，Nr --- 是两端发送时携带的一个随机数
X，Y --- DH算法中需要交换的两个参数
SKEYID 种子密钥 ---- 计算时里面包含了预共享密钥
所有其他密钥在计算时，都需要加入种子密钥
SKEYID_e--- 加密密钥 --- 用于第5.6个数据包以及第二阶段IPSEC SA协商过
程中的数据加密 --- g^ir --- DH算法中计算出的Z
CKY_I，CKY_R --- 前面过程中传递的cookie值
SKEYID_a--- 验证密钥 --- 在第一阶段5，6个数据包以及第二个阶段中进行
HASH算法时使用的密钥 ---- 哈希算法也可以结合密钥一起使用，其技术叫
做HMAC，这样做安全性更高
SKEYID_d --- 推导密钥 --- 用来计算最终密钥（用来加密数据的密钥）的一个
参数
第五，六个数据包 --- 用来进行身份认证以及数据验证 --- 这两个数据包是进行加
密的
Idi/Idr --- 身份标识
Hashi/Hashr --- 使用哈希算法来校验之前传递的安全参数 --- 通过HMAC来进
行运算，使用之前计算的验证密钥
野蛮模式 --- 可以自定义身份标识，并且，速度较快，仅需使用3个数据包就可以
完成IKE SA的建立
注意：野蛮模式前两个数据包中的参数用来协商密钥信息，则第三个数据包可以进
行加密传输，因为，身份信息是通过明文传递的，所以，安全性较低
阶段2 --- 通过阶段一构建的安全通道，传递需要建立IPSEC SA使用的安全参数，用来
协商最终的密钥。 --- 快速模式 -- quick mode --- UDP 500
5.第二阶段需要协商的安全参数
1，加密算法 --- 最终进行数据加密使用的算法（协商完加密算法之后，需要计算
出最终使用的加密密钥，需要根据第一阶段计算出来的推导密钥计算得出）
2，Hash算法 --- 最终进行数据传输时使用的hash算法
3，安全协议 --- AH/ESP
4，封装模式 --- 隧道/传输
5，存活时间
PFS --- 密钥完美向前保密 --- 正常情况下，第二阶段计算的加密密钥是通过第一阶段计
算出的推导密钥衍生出来的，但这样，可能导致第一阶段密钥泄露影响第二阶段密钥，
所以，可以开启PFS的功能，之后，将不再使用之前的推导密钥，将重新使用DH算法计
算出一个新的密钥
注意：PFS功能需要两边同时开启，方可生效
数据传输阶段
通过AH或者ESP来传输数据
VPN黑洞 --- 隧道建立之后，如果其中一台设备出现异常，另一端还在SA的有效期内，
则数据将出现有去无回的情况，形成VPN黑洞
解决方案 --- DPD死亡对等体检测
类似于心跳检测机制
利用的是空闲计时器原理 --- 两边同时开启一个计时器，有数据包通过时，直接刷新计
时器，如果计时器归0，则会开始发送DPD的探测报文，对方收到后，将回复应答，正
常回复则刷新计时器，如果没有应答，则连续发送5次，都没有应答，则将拆掉通道；
