ipsec

1.IPSEC简介

IPSec 是包括安全协议(Security Protocol)和密钥交换协议（IKE），由IETF（Internet Engineering TaskForce，Internet 工程任务组）开发的，可为通讯双方提供访问控制、无连接的完整性、数据来源认证、反重放、加密以及对数据流分类加密等服务的一系列网络安全协议的总称，其中安全协议又包括AH（头验证协议）和ESP（安全封装载荷）；而IKE是一种基于ISAKMP（Internet Security Association and Key Management Protocol，互联网安全关联和密钥管理协议）中TCP/IP框架，合并了Oakley（密钥交换协议）的一部分和SKEME（密钥技术协议）的混合协议。

2.IPSEC的安全特性

（1）不可否认性："不可否认性"可以证实消息发送方是唯一可能的发送者，发送者不能否认发送过消息。"不可否认性"是采用公钥技术的一个特征，当使用公钥技术时，发送方用私钥产生一个数字签名随消息一起发送，接收方用发送者的公钥来验证数字签名。由于在理论上只有发送者才唯一拥有私钥，也只有发送者才可能产生该数字签名，所以只要数字签名通过验证，发送者就不能否认曾发送过该消息。但"不可否认性"不是基于认证的共享密钥技术的特征，因为在基于认证的共享密钥技术中，发送方和接收方掌握相同的密钥。

（2）抗重播性（Anti-Replay）： IPsec接收方可根据数据包数据段前加入的32位序列号来检测每个IP包的唯一性并拒绝接收过时或重复的报文，以防止攻击者截取破译信息后，再用相同的信息包冒取非法访问权（即使这种冒取行为发生在数月之后）。

（3）数据完整性（Data Integrity）： IPsec接收方利用md5,sha-1等哈希算法对发送方发送来的包进行认证，防止传输过程中数据被篡改，确保发出数据和接收数据的一致性。

（4）数据可靠性（Confidentiality）：IPsec发送方在通过des,3des,aes等对称加密算法在网络传输包前对包进行加密，保证在传输过程中，即使数据包遭截取，信息也无法被读。该特性在IPSec中为可选项，与IPSec策略的具体设置相关。

（5）数据来源认证（Data Authentication）：IPsec在接收端通过preshared key(域共享密钥)，证书，kerberos v5等可以认证发送IPsec报文的发送端是否合法。

3.IPSEC的工作模式

（1）隧道（tunnel）模式：用户的整个IP数据包被用来计算AH或ESP头，AH或ESP头以及ESP加密的用户数据被封装在一个新的IP数据包中。通常，隧道模式应用在两个安全网关之间的通讯。

（2）传输（transport）模式：只是传输层数据被用来计算AH或ESP头，AH或ESP头以及ESP加密的用户数据被放置在原IP包头后面。通常，传输模式应用在两台主机之间的通讯，或一台主机和一个安全网关之间的通讯。

4.IPSEC安全机制中两种协议的比较

AH协议（IP协议号为51）提供数据源认证、数据完整性校验和防报文重放功能，它能保护通信免受篡改，但不能防止窃听，适合用于传输非机密数据。AH的工作原理是在每一个数据包上添加一个身份验证报文头，此报文头插在标准IP包头后面，对数据提供完整性保护。，但因为IP头部分包含很多变量，比如type of service(TOS)，flags，fragment offset，TTL以及header checksum。所以这些值在进行authtication前要全部清零。否则hash会mismatch导致丢包。因此AH不支持NAT转换。

ESP协议（IP协议号为50）提供加密、数据源认证、数据完整性校验和防报文重放功能。ESP的工作原理是在每一个数据包的标准IP包头后面添加一个ESP报文头，并在数据包后面追加一个ESP尾。与AH协议不同的是，ESP将需要保护的用户数据进行加密后再封装到IP包中，以保证数据的机密性。

下图更好的解释了AH和ESP在IPSEC两种工作模式下对数据包的加密与认证

5.IPsec基本概念（基于H3C）

1. 数据流：在 IPSec 中，一组具有相同源地址/掩码/端口、目的地址/掩码/端口和上层协议的数据集称为数据流。通常，一个数据流采用一个访问控制列表（acl）来定义，所有为ACL 允许通过的报文在逻辑上作为一个数据流。

2.安全策略：由用户手工配置，规定对什么样的数据流采用什么样的安全措施。对数据流的定义是通过在一个访问控制列表中配置多条规则来实现，在安全策略中引用这个访问控制列表来确定需要进行保护的数据流。一条安全策略由“名字”和“顺序号”共同唯一确定。

3.安全策略组：所有具有相同名字的安全策略的集合。在一个接口上，可应用或者取消一个安全策略组，使安全策略组中的多条安全策略同时应用在这个接口上，从而实现对不同的数据流进行不同的安全保护。在同一个安全策略组中，顺序号越小的安全策略，优先级越高。

4.安全联盟（Security Association，简称SA）：IPSec 对数据流提供的安全服务通过安全联盟SA 来实现，它包括协议、算法、密钥等内容，具体确定了如何对IP 报文进行处理。一个SA 就是两个IPSec 系统之间的一个单向逻辑连接，输入数据流和输出数据流由输入安全联盟与输出安全联盟分别处理。安全联盟由一个三元组（安全参数索引（SPI）、IP 目的地址、安全协议号（AH或ESP））来唯一标识。
安全联盟可通过手工配置和自动协商两种方式建立。
手工建立安全联盟的方式是指用户通过在两端手工设置SA的全部信息，然后在接口上应用安全策略建立安全联盟，缺点是配置复杂，而且不支持一些高级特性（如定时更新密钥），适用于小型企业。
自动协商方式由IKE 生成和维护，通信双方基于各自的安全策略库经过匹配和协商，最终建立安全联盟而不需要用户的干预，配置简单，适用于大型企业。在自动协商中又分为主模式与野蛮模式，野蛮模式交换与主模式交换的主要差别在于，野蛮模式不提供身份保护。在对身份保护要求不高的场合，使用交换报文较少的野蛮模式可以提高协商的速度；在对身份保护要求较高的场合，则应该使用主模式。

5.安全参数索引（SPI）：是一个32 比特的数值，在每一个IPSec 报文中都携带该值。SPI、IP 目的地址、安全协议号三者结合起来共同构成三元组，来唯一标识一个特定的安全联盟。在手工配置安全联盟时，需要手工指定SPI 的取值。为保证安全联盟的唯一性，每个安全联盟需要指定不同的SPI 值；使用IKE协商产生安全联盟时，SPI 将随机生成。

6.安全提议：包括安全协议、安全协议使用的算法、安全协议对报文的封装形式，规定了把普通的IP 报文转换成IPSec 报文的方式。在安全策略中，通过引用一个安全提议来规定该安全策略采用的协议、算法等。

6.IPsecIPSEC配置步骤

创建加密访问控制列表

根据是否与加密访问控制列表匹配，可以确定那些 IP 包加密后发送，那些IP 包直

接转发。需要保护的安全数据流使用扩展IP 访问控制列表进行定义。

acl acl-number

rule { normal | special }{ permit | deny } pro-number[source source-addr source-wildcard | any ][source-port operator port1 [ port2 ] ] [ destination dest-addr dest- wildcard | any ][destination-port operator port1 [ port2 ] ] [icmp-type icmp-type icmp-code][logging]

定义安全提议

定义安全提议 ipsec proposal proposal-name

设置安全协议对 IP 报文的封装模式encapsulation-mode { transport | tunnel }

选择安全协议transform { ah-new | ah-esp-new | esp-new }

选择加密算法与认证算法

Esp协议下 transform { ah-new | ah-esp-new | esp-new }

AH协议下 transform { ah-new | ah-esp-new | esp-new }

创建安全策略

手工创建安全策略的配置包括：

手工创建安全策略ipsec policy policy-name sequence-number manual

配置安全策略引用的访问控制列表 security acl access-list-number

指定安全隧道的起点与终点 tunnel local ip-address

tunnel remote ip-address

配置安全策略中引用的安全提议 proposal proposal-name

配置安全策略联盟的 SPI 及使用的密钥

SPI的配置                 sa inbound { ah | esp } spi spi-number

sa outbound { ah | esp } spi spi-number

密钥的配置

AH16进制密钥 sa { inbound | outbound } ah hex-key-string hex-key

AH 字符密钥 sa { inbound | outbound } ah string-key string-key

ESP16进制密钥 sa { inbound | outbound } esp encryption-hex hex-key

ESP字符密钥 sa { inbound | outbound } esp string-key string-key

     在接口上应用安全策略组

                     ipsec policy policy-name

IKE 创建安全策略联盟的配置包括：

用 IKE 创建安全策略联盟

ipsec policy policy-name sequence-number isakmp

配置安全策略引用的访问控制列表

security acl access-list-number

指定安全隧道的终点

tunnel remote ip-address

配置安全策略中引用的安全提议

proposal proposal-name1 [ proposal-name2...proposal-name6 ]

配置安全联盟的生存时间（可选）

  配置全局时间

     ipsec sa global-duration time-based seconds

ipsec sa global-duration traffic-based kilobytes

  配置独立时间

     sa duration { time-based seconds |traffic-based kilobytes }

 

 

7.IPsec配置案例

 

防火墙：

防火墙的配置信息：

防火墙上的路由信息：

 

R1上的ipsec信息：

配置信息：

路由信息：

R2

ipsec信息：

配置信息：

路由信息：

 

R3ipsec配置：

配置信息：

路由信息：

测试：

 

 

 

实现了隧道通信：