IPSec与其相关协议

IPSec与其相关协议

IPSec指IP安全协议，它为网络层提供安全性

就像SSL为运输层提供安全性一样，主要涉及AH协议、ESP协议、密钥交换协议IKE

IPSec能提供的安全服务：机密性、数据完整性、源鉴别和防止重放攻击

机密性：指数据能够安全地从发送端到接收端，不被窃取

源鉴别：指接收端收到数据后，可以鉴别出这份数据的来源

数据完整性：指接收端收到数据后，可以鉴别这份数据在运输过程有没有被篡改

防止重放攻击：指能够知道攻击方发送的任何冗余的数据包

这些功能与下面介绍的两种封装协议的数据报结构息息相关

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AH协议

AH协议指认证头协议（Authentication Header）， 它能够提供源鉴别服务、防止重放攻击、数据完整性服务，但是不能提供机密性服务。

AH封装协议协议号为51，它是嵌入在原始IP报文首部后面的

下一个头部：标识AH报文头后面的负载类型。

传输模式下，是被保护的上层协议（TCP或UDP）或ESP协议的编号；隧道模式下，是IP协议或ESP协议的编号。注意：当AH与ESP协议同时使用时，AH报文头的下一头部为ESP报文头。

SPI ：安全参数索引，用于唯一标识IPSec安全关联（即表示一条源和目的实体的逻辑连接）

序列号：是一个从1开始的单项递增的计数器，唯一地标识每一个数据包，用于防止重放攻击

身份认证数据：其中包含数据完整性校验值 ICV（Integrity Check Value），用于接收方进行完整性校验。

ICV 是通过 IP 报头、AH 报头与 IP 负载来计算的。AH可对整个数据包（IP 报头与数据包中的数据负载）提供身份验证、完整性与抗重播保护。所以不论是传输模式还是隧道模式，AH协议都不能穿越nat设备。

ESP协议

ESP协议封装安全负载（IPsec Encapsulating Security Payload）

协议号50 能够提供机密性、数据完整性、源鉴别和防止重放攻击，故ESP的使用比AH协议要广泛得多

ESP在原始IP包头部后面加ESP首部

在DATA后加入ESP尾部（ESP Trailer 和ESP Authentication）

同样拥有下一个首部、序列号、SPI、身份认证数据字段

除此之外，还有

填充字段：因为块密码要求加密的报文必须是块长度的整数倍，有时候不是就需要填充

鉴别MAC(ESP Authentication)：MAC指报文鉴别码（利用hash验证），用来检验图中Authenticationed字段，用于实现数据完整性

封装模式

运输模式和隧道模式

在传输模式中，AH头或ESP头被插入到IP头与传输层协议头之间，保护TCP/UDP/ICMP负载。传输模式不改变报文头。

在原IP头部之前插入ESP/AH头部，同时生成新的IP头部

新的ip头部也有源ip地址和目的ip地址，被设置为隧道两端路由器端口的ip地址

传输模式和隧道模式的区别在于：

• 从安全性来讲，隧道模式优于传输模式。它可以完全地对原始IP数据报进行验证和加密。隧道模式下可以隐藏内部IP地址，协议类型和端口。
• 从性能来讲，隧道模式因为有一个额外的IP头，所以它将比传输模式占用更多带宽。

AH和ESP对比

安全特性	AH	ESP
协议号	51	50
数据完整性校验	支持（验证整个IP报文）	支持（不验证IP头）
数据源验证	支持	支持
数据加密	不支持	支持
防报文重放攻击	支持	支持
IPSec NAT-T（NAT穿越）	不支持	支持

参考文档：

https://blog.csdn.net/qq_38265137/article/details/89423551

https://blog.csdn.net/bytxl/article/details/16825251

IKE ：IPsec中的密钥管理

IKE指因特网密钥交换协议，对于一个小型的VPN，网络管理员可以手动键入SA信息，但是对于大的VPN，我们需要一个自动化的机制来生成SA，IKE就干这事。

IKE的握手过程和SSL有点像

第一阶段：通信双方协商和建立IKE本身使用的安全通道，IKE SA

第二阶段：利用这个已经认证的安全通道来建立一个IPsec SA

https://cshihong.github.io/2019/04/03/IPSec-VPN%E4%B9%8BIKE%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E8%AF%A6%E8%A7%A3/ IPSec VPN之IKE协议详解