2.9. IPsec

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2.9.1. 简介

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。

2.9.2. 优点

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。

2.9.3. 构成

IPsec由四部分内容构成:

  • 负责密钥管理的Internet密钥交换协议IKE(Internet Key Exchange Protocol)
  • 负责将安全服务与使用该服务的通信流相联系的安全关联SA(Security Associations)
  • 直接操作数据包的认证头协议AH(IP Authentication Header)和安全载荷协议ESP(IP Encapsulating Security Payload)
  • 若干用于加密和认证的算法

2.9.4. 安全联盟(Security Association,SA)

IPsec在两个端点之间提供安全通信,端点被称为IPsec对等体。

SA是IPsec的基础,也是IPsec的本质。SA是通信对等体间对某些要素的约定,例如,使用哪种协议(AH、ESP还是两者结合使用)、协议的封装模式(传输模式和隧道模式)、加密算法(DES、3DES和AES)、特定流中保护数据的共享密钥以及密钥的生存周期等。建立SA的方式有手工配置和IKE自动协商两种。

SA是单向的,在两个对等体之间的双向通信,最少需要两个SA来分别对两个方向的数据流进行安全保护。同时,如果两个对等体希望同时使用AH和ESP来进行安全通信,则每个对等体都会针对每一种协议来构建一个独立的SA。

SA由一个三元组来唯一标识,这个三元组包括SPI(Security Parameter Index,安全参数索引)、目的IP地址、安全协议号(AH或ESP)。

SPI是用于唯一标识SA的一个32比特数值,它在AH和ESP头中传输。在手工配置SA时,需要手工指定SPI的取值。使用IKE协商产生SA时,SPI将随机生成。

2.9.5. IKE

IKE(RFC2407,RFC2408、RFC2409)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(IKE SA),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IKE SA建立IPsec SA(V2中叫Child SA)。

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