IPSec 协议

　 IPSec 协议不是一个单独的协议，它给出了应用于 IP 层上网络数据安全的一整套体系结构，包括网络认证协议 Authentication Header （ AH ）、封装安全载荷协议 Encapsulating Security Payload （ ESP ）、密钥管理协议 Internet Key Exchange （ IKE ）和用于网络认证及加密的一些算法等。 IPSec 规定了如何在对等层之间选择安全协议、确定安全算法和密钥交换，向上提供了访问控制、数据源认证、数据加密等网络安全服务。

　　一、安全特性

　　 IPSec 的安全特性主要有：

　　 ・ 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。

　　 ・ 反重播性 " 反重播 " 确保每个 IP 包的唯一性，保证信息万一被截取复制后，不能再被重新利用、重新传输回目的地址。该特性可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）。

　　 ・ 数据完整性 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。 IPSec 利用 Hash 函数为每个数据包产生一个加密检查和，接收方在打开包前先计算检查和，若包遭篡改导致检查和不相符，数据包即被丢弃。

　　 ・ 数据可靠性（加密） 在传输前，对数据进行加密，可以保证在传输过程中，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。

　　 ・ 认证 数据源发送信任状，由接收方验证信任状的合法性，只有通过认证的系统才可以建立通信连接。

　　二、基于电子证书的公钥认证

　　一个架构良好的公钥体系，在信任状的传递中不造成任何信息外泄，能解决很多安全问题。 IPSec 与特定的公钥体系相结合，可以提供基于电子证书的认证。公钥证书认证在 Windows 2000 中，适用于对非 Windows 2000 主机、独立主机，非信任域成员的客户机、或者不运行 Kerberos v5 认证协议的主机进行身份认证。

　　三、预置共享密钥认证

　　 IPSec 也可以使用预置共享密钥进行认证。预共享意味着通信双方必须在 IPSec 策略设置中就共享的密钥达成一致。之后在安全协商过程中，信息在传输前使用共享密钥加密，接收端使用同样的密钥解密，如果接收方能够解密，即被认为可以通过认证。但在 Windows 2000 IPSec 策略中，这种认证方式被认为不够安全而一般不推荐使用。

　　四、公钥加密

　　 IPSec 的公钥加密用于身份认证和密钥交换。公钥加密，也被称为 " 不对称加密法 " ，即加解密过程需要两把不同的密钥，一把用来产生数字签名和加密数据，另一把用来验证数字签名和对数据进行解密。

　　使用公钥加密法，每个用户拥有一个密钥对，其中私钥仅为其个人所知，公钥则可分发给任意需要与之进行加密通信的人。例如： A 想要发送加密信息给 B ，则 A 需要用 B 的公钥加密信息，之后只有 B 才能用他的私钥对该加密信息进行解密。虽然密钥对中两把钥匙彼此相关，但要想从其中一把来推导出另一把，以目前计算机的运算能力来看，这种做法几乎完全不现实。因此，在这种加密法中，公钥可以广为分发，而私钥则需要仔细地妥善保管。

　　五、 Hash 函数和数据完整性

　　 Hash 信息验证码 HMAC （ Hash message authentication codes ）验证接收消息和发送消息的完全一致性（完整性）。这在数据交换中非常关键，尤其当传输媒介如公共网络中不提供安全保证时更显其重要性。

　　 HMAC 结合 hash 算法和共享密钥提供完整性。 Hash 散列通常也被当成是数字签名，但这种说法不够准确，两者的区别在于： Hash 散列使用共享密钥，而数字签名基于公钥技术。 hash 算法也称为消息摘要或单向转换。称它为单向转换是因为：

　　 1 ）双方必须在通信的两个端头处各自执行 Hash 函数计算；

　　 2 ）使用 Hash 函数很容易从消息计算出消息摘要，但其逆向反演过程以目前计算机的运算能力几乎不可实现。

　　 Hash 散列本身就是所谓加密检查和或消息完整性编码 MIC （ Message Integrity Code ），通信双方必须各自执行函数计算来验证消息。举例来说，发送方首先使用 HMAC 算法和共享密钥计算消息检查和，然后将计算结果 A 封装进数据包中一起发送；接收方再对所接收的消息执行 HMAC 计算得出结果 B ，并将 B 与 A 进行比较。如果消息在传输中遭篡改致使 B 与 A 不一致，接收方丢弃该数据包。

　　有两种最常用的 hash 函数：

　　 ・HMAC-MD5 MD5 （消息摘要 5 ）基于 RFC1321 。 MD5 对 MD4 做了改进，计算速度比 MD4 稍慢，但安全性能得到了进一步改善。 MD5 在计算中使用了 64 个 32 位常数，最终生成一个 128 位的完整性检查和。

　　 ・HMAC-SHA 安全 Hash 算法定义在 NIST FIPS 180-1 ，其算法以 MD5 为原型。 SHA 在计算中使用了 79 个 32 位常数，最终产生一个 160 位完整性检查和。 SHA 检查和长度比 MD5 更长，因此安全性也更高。

　　六、加密和数据可靠性

　　 IPSec 使用的数据加密算法是 DES--Data Encryption Standard （数据加密标准）。 DES 密钥长度为 56 位，在形式上是一个 64 位数。 DES 以 64 位（ 8 字节）为分组对数据加密，每 64 位明文，经过 16 轮置换生成 64 位密文，其中每字节有 1 位用于奇偶校验，所以实际有效密钥长度是 56 位。 IPSec 还支持 3DES 算法， 3DES 可提供更高的安全性，但相应地，计算速度更慢。

　　七、密钥管理

　　 ・ 动态密钥更新

　　 IPSec 策略使用 " 动态密钥更新 " 法来决定在一次通信中，新密钥产生的频率。动态密钥指在通信过程中，数据流被划分成一个个 " 数据块 " ，每一个 " 数据块 " 都使用不同的密钥加密，这可以保证万一攻击者中途截取了部分通信数据流和相应的密钥后，也不会危及到所有其余的通信信息的安全。动态密钥更新服务由 Internet 密钥交换 IKE （ Internet Key Exchange ）提供，详见 IKE 介绍部分。

　　 IPSec 策略允许专家级用户自定义密钥生命周期。如果该值没有设置，则按缺省时间间隔自动生成新密钥。

　　 ・ 密钥长度

　　密钥长度每增加一位，可能的密钥数就会增加一倍，相应地，破解密钥的难度也会随之成指数级加大。 IPSec 策略提供多种加密算法，可生成多种长度不等的密钥，用户可根据不同的安全需求加以选择。

　　 ・Diffie-Hellman 算法

　　要启动安全通讯，通信两端必须首先得到相同的共享密钥（主密钥），但共享密钥不能通过网络相互发送，因为这种做法极易泄密。

　　 Diffie-Hellman 算法是用于密钥交换的最早最安全的算法之一。 DH 算法的基本工作原理是：通信双方公开或半公开交换一些准备用来生成密钥的 " 材料数据 " ，在彼此交换过密钥生成 " 材料 " 后，两端可以各自生成出完全一样的共享密钥。在任何时候，双方都绝不交换真正的密钥。

　　通信双方交换的密钥生成 " 材料 " ，长度不等， " 材料 " 长度越长，所生成的密钥强度也就越高，密钥破译就越困难。 除进行密钥交换外， IPSec 还使用 DH 算法生成所有其他加密密钥。