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IPSec VPN构建过程

by zinan

术语:

IKEInternet key exchange):Internet密钥交换协议,属于混合协议,由Internet安全关联和密钥管理协议(ISAKMP)和两种密钥交换协议OAKLEYSKEME组成。

ISAKMPInternet Security Association Key Management Protocol):Internet安全关联和密钥管理协议。IKEISAKMP的不同之处在于,IKE真正定义了一个密钥交换的过程,而ISAKMP只是定义了一个通用的可以被任何密钥交换协议使用的框架。

SASecurity Association):安全关联/连接。

DHDiffie-hellman):密钥交换算法。

 

基本过程:

(1)       开始会话,建立连接。

(2)       ISAKMP/IKE阶段一:协商阶段二的SA,建立IKE本身的安全信道。

(3)       ISAKMP/IKE阶段二:协商IPSecSA,通过阶段一建立的安全信道交换IPSec通信中使用的SA

(4)       数据连接建立,VPN网关现在可以通过数据连接来保护通信流量。

 

详细过程:

(1)       一个VPN网关对等体发起了到另外一个远程的VPN网关对等体的会话(触发流量),如果没有存在VPN的连接,那么ISAKMP/IKE阶段一开始。

(2)       ISAKMP/IKE阶段一:

协商安全参数(加密算法,HASH算法,DH组)。

DH共享连接中的加密算法和HMAC所需的密钥信息。

对方身份认证(预攻向密钥,数字证书,加密随即数)。

(3)       ISAKMP/IKE阶段二:

协商相关参数来保证数据连接。

周期性更新密钥。

(4)       建立受保护的数据连接。

 

协议过程:

ISAKMP/IKE阶段一:

有两种工作模式:主模式和积极模式。源和目标都使用UDP  500端口。

 

主模式:

3步双向交互过程,6个数据包,验证步骤发生在安全连接中,任何实体信息都可以免受攻击。

1.png

第一对消息为SA交换,协商双方安全策略的过程:

(1)       发起者send一个cookie(记作:Ci)和SA载荷(记作:SAi,其中包含使用的加密算法,HASH算法的类型信息,身份验证方式,数字签名,加密临时值,生存时间等信息)。

(2)       响应者返回一个SA载荷(记作:SAr,包含已挑选的安全参数)和Cookie(记作Cr),若响应者无法在发起者的SAi中挑选出可用的安全参数,则返回一个拒绝载荷。

第二对消息为密钥交换,目的为第一对消息中所协商的算法生成密钥,两个对等体通过DH生成公钥,并交换公钥以及随机数(nonces,防止重放攻击)。

第三对消息是ID信息和验证数据交换,这个过程的通讯数据是经过加密保护的,进行身份验证和对整个SA交换进行验证。

主模式=1个双向ISAKMP SA + 2次加密 + 3次交换 + 5KEY + 6个包 + 7步运算

 

积极模式:

只有3次交换协商密钥和进行验证,连接速度快,但信息实体都为明文。

2.png

在第一条消息中,发起方发送ISAKMP报头,安全关联,DH公开值,临时值和身份ID

在第二条消息中,应答方用选定的参数和DH公开值进行应答,该消息被验证,但没有加密。

在第三条消息中,该消息被验证,让应答方能够确定其中的散列值是否与计算得到的散列值相同,进而确定消息是否有问题。积极模式没有主模式安全,因为身份是以明文方式传输的且不能协商DH参数。

积极模式=1个双向ISAKMP SA+1次加密+3个步骤+3个包+5KEY+7步运算

 

参考:

http://wenku.baidu.com/view/080f4a53fe4733687e21aa28

https://tools.ietf.org/html/rfc2409

https://tools.ietf.org/html/rfc4306

https://tools.ietf.org/html/rfc7383

 

Wireshark:

ISAKMP_sa_setup.zip

 

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