IPsec（IP Security）是IETF制定的三層隧道加密協(xié)議，它為Internet上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)提供了高質(zhì)量的、可互操作的、基于密碼學(xué)的安全保證。特定的通信方之間在IP層通過加密與數(shù)據(jù)源認(rèn)證等方式，提供了以下的安全服務(wù)：

　　數(shù)據(jù)機(jī)密性（ConfidenTIality）：IPsec發(fā)送方在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸包前對(duì)包進(jìn)行加密。

　　數(shù)據(jù)完整性（Data Integrity）：IPsec接收方對(duì)發(fā)送方發(fā)送來(lái)的包進(jìn)行認(rèn)證，以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中沒有被篡改。

　　數(shù)據(jù)來(lái)源認(rèn)證（Data AuthenTIcaTIon）：IPsec在接收端可以認(rèn)證發(fā)送IPsec報(bào)文的發(fā)送端是否合法。

　　防重放（AnTI-Replay）：IPsec接收方可檢測(cè)并拒絕接收過時(shí)或重復(fù)的報(bào)文。

　　IPsec具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　支持IKE（Internet Key Exchange，因特網(wǎng)密鑰交換），可實(shí)現(xiàn)密鑰的自動(dòng)協(xié)商功能，減少了密鑰協(xié)商的開銷。可以通過IKE建立和維護(hù)SA的服務(wù)，簡(jiǎn)化了IPsec的使用和管理。

　　所有使用IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用系統(tǒng)和服務(wù)都可以使用IPsec，而不必對(duì)這些應(yīng)用系統(tǒng)和服務(wù)本身做任何修改。

　　對(duì)數(shù)據(jù)的加密是以數(shù)據(jù)包為單位的，而不是以整個(gè)數(shù)據(jù)流為單位，這不僅靈活而且有助于進(jìn)一步提高IP數(shù)據(jù)包的安全性，可以有效防范網(wǎng)絡(luò)攻擊。

　　IPSec的目標(biāo)

　　l 為IPv6和IPv6提供具有較強(qiáng)的互操作能力

　　l 高質(zhì)量的基于密碼的安全

　　l 在IP層實(shí)現(xiàn)多種安全服務(wù)，包括：訪問控制，無(wú)連接完整性，數(shù)據(jù)源驗(yàn)證，抗重播，機(jī)密性和有限的業(yè)務(wù)流機(jī)密性

　　IPSec安全體系結(jié)構(gòu)圖

　　

　　IPSec安全體系內(nèi)容

　　驗(yàn)證頭部AH：

　　為IP包提供數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)和身份認(rèn)證功能；

　　驗(yàn)證算法由SA指定；

　　認(rèn)證的范圍：整個(gè)包。

　　封裝安全載荷ESP：

　　提供機(jī)密性，數(shù)據(jù)源驗(yàn)證，抗重播以及數(shù)據(jù)完整性等安全服務(wù)；

簡(jiǎn)述ipsec的工作原理

　　加密算法和身份驗(yàn)證方法均有SA指定。

　　用于兩種模式：傳輸模式和隧道模式

　　

　　AH頭格式

　　

　　AH傳輸模式

　　

　　AH隧道模式

　　

　　AH處理過程

　　1） 對(duì)于發(fā)出去的包的處理構(gòu)造AH

　　l 創(chuàng)建一個(gè)外出SA（手工或通過IKE）

　　l 產(chǎn)生序列好

　　l 填充AH頭的各字段

　　l 計(jì)算ICV（Integrity Check Value完整性檢驗(yàn)值）

　　內(nèi)容包括：IP頭中部分域，AH自身，上層協(xié)議數(shù)據(jù)

　　l AH頭中的”下一頭部“置為原IP包頭中的”協(xié)議“字段的值，原IP包頭的”協(xié)議字段置為51（代表AH）

　　2） 對(duì)于接受到的包處理：

　　l 分片裝配

　　l 查找SA

　　依據(jù)：目標(biāo)IP地址，AH協(xié)議，SPI

　　l 檢查序列號(hào)

　　l ICV檢查

　　ESP頭格式

　　

　　ESP傳輸模式

　　

　　ESP隧道模式

　　

　　ESP處理過程

　　1） 對(duì)出發(fā)出去的包的處理

　　l 查找SA

　　l 加密

　　l 封裝必要的數(shù)據(jù)，放到payload data域中，不同的模式，封裝數(shù)據(jù)的范圍不同

　　l 增加必要的padding數(shù)據(jù)

　　l 加密操作

　　l 驗(yàn)證

　　l 計(jì)算ICV 注意：針對(duì)加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算

　　2） 對(duì)于接受到的包的處理

　　l 分片裝配

　　l 查找SA

　　依據(jù)：目標(biāo)IP地址，ESP協(xié)議，SPI

　　l 檢查序列號(hào)（可選，針對(duì)重放攻擊）

　　使用一個(gè)滑動(dòng)串口來(lái)檢查序列號(hào)的重放

　　l ICV檢查

　　l 解密

　　根據(jù)SA中指定的算法和迷失，參數(shù)，對(duì)于被加密部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密

　　去掉padding

　　重構(gòu)原始的IP包

　　SA（Security Association）安全聯(lián)盟

　　l SA是單向的（無(wú)法反推）

　　l SA是“協(xié)議相關(guān)”的（與協(xié)議對(duì)應(yīng)）

　　l 每個(gè)SA通過三個(gè)參數(shù)來(lái)標(biāo)志，《spi，dst（src），protocol》

　　安全參數(shù)索引SPI（Security Parameters Index）

　　對(duì)方IP地址

　　安全協(xié)議標(biāo)識(shí)：AH or ESP

　　l SA與IPSec系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)

　　安全策略數(shù)據(jù)庫(kù)（SPD）

　　安全關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)（SAD）

　　密鑰管理（Key Management）

　　l ISAKMP定義了密鑰管理框架。ISAKMP與IKE一樣，IKE是高級(jí)版本。

　　l IKE是母線真是確定用于IPSec的密鑰交換協(xié)議。

　　ISAKMP參考RFC2308文檔，IKE協(xié)議參考RFC2409文檔。

　　兩階段交換

　　第一階段：建立起ISAKMP SA —— IKE SA

　　雙方（例如ISAKMP Sservers）商定如何保護(hù)以后的通訊，通信雙方建立一個(gè)已通過身份鑒別和安全保護(hù)的通道；

　　此SA將用于保護(hù)后表的protocol SA的協(xié)商過程。

　　第二階段：建立起針對(duì)其他安全協(xié)議的SA —— IPSec SA

　　這個(gè)階段可以建立多個(gè)SA；

　　此SA將被相應(yīng)的安全協(xié)議用于博阿虎數(shù)據(jù)或者消息的交換。

　　IPSec-VPN協(xié)議和算法

　　IP安全協(xié)議：AH，ESP

　　數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)：DES，3DES

　　公共密鑰密碼協(xié)議：Diffe-Hellman（D-H）

　　散列算法：MD5，SHA-1

　　公鑰加密算法：RSA

　　Internet密鑰交換：IKE

　　證書授權(quán)中心：CA