IPSECVPN連線建立(IKE)詳解

科技小能手發表於2017-11-12
IPSEC構建站點到站點連線的基本過程

對於站點到站點的會話，構建連線的基本過程如下：

一個VPN閘道器對等體發起了到另外一個遠端的VPN閘道器對等體的會話（觸發流量）

如果沒有存在VPN的連線，那麼ISAKMP/IKE階段1開始，兩個對等體協商如何保護管理連線。

Diffie-hellman用於為管理連線中的加密演算法和HMAC功能來安全的共享金鑰。

在安全管理連線中來執行裝置驗證。

ISAKMP/IKE階段1結束，階段2開始；對等體協商引數和金鑰資訊用來保護資料連線（這是在安全管理連線下實現的，或者你也可以選擇性的再次使用Diffie hellman)

資料連線被建立，階段2結束，VPN閘道器現在可以通過資料連線來保護使用者流量。

最終，管理連線和資料連線將會超時，並重新構建連線

ISAKMP/IKE階段1中的工作模式分為主模式和積極模式（或野蠻模式）

ISAKMP/IKE階段1：

一.管理連線在階段1建立，它是一個雙向的過程。源和目標都是使用的UDP 500

二.在ISAKMP/IKE階段1將會發生三件事情：建立雙向的ISAKMP SA

     　1.安全關聯建立和安全引數協商（加密演算法，HASH演算法，DH組，身份認證）。

       2.DH演算法（金鑰交換）

       3.對等體認證（pre-shared,rsa-sig,加密隨即數）

三.ISAKMP/IKE階段1基本上負責建立一個安全的管理連線，然後，執行這

3個步驟有兩種模式：

        1.主模式；（Main mode)

        2.積極模式,或者被稱為侵略模式(Aggressive mode)

主模式

執行3步雙向交換過程，總共6 個資料包

主模式的好處：裝置驗證的步驟發生在安全的管理連線中，因為這個連線是在前兩個步驟中構建的，因此，兩個對等體需要傳送給對方的任何實體資訊都可以免受攻擊。

站點到站點和使用證書做裝置驗證的遠端訪問使用的預設模式

主模式管理連線的狀態：

狀態               解釋

MM_NO-STATE 處於階段1的主模式過程中，SP未協商好，SA未建立好

MM_SA_SETUP 處於主模式中，SP協商好，初始化SA建立好

MM_KEY-EXCH 處於主模式中，發生了DH交換，計算金鑰KDH，並生成許多金鑰

MM_KEY_AUTH 處於主模式中，成功完成對等體的身份認證，階段1完成，階段二開始了；

注意：這裡的第5個包應該是IDi不是IDr。X、Y就是互動的公鑰N是隨機數　

1：發起者send一個cookie Ci 和SA負載（SAI:encryption algorithm,hash algorithm,authentication method,lifetime ,and so on)用來協商引數

 

2：響應者傳送一個SAr（已經挑選的安全引數）和cookie Cr: 如果沒有可以挑選的引數，響應者會返回一個負載拒絕；（return a notify payload rejecting proposals)

3和4： 互相交換生成KEY的材料（公鑰和一些隨機資料），一旦KEY材料被交換，將會產生四個不同   的KEY;

     1:  KDH＝DH演算法（用自己的私鑰+對方公鑰）

     2:  SKEYID=hash (pre-shared key ,Ni | Nr) 

     3:  SKEYIDd=hash(SKEYID, KDH| Ci | Cr | 0 ) 作為階段2生成KEY的材料

     4: SKEYIDa = hash(SKEYID, SKEYIDd |  KDH| Ci | Cr | 1) 用來ISAKMP包完整性用的key

     5: SKEYIDe=hash(SKEYID,SKEYIDa |  KDH| Ci | Cr | 2 ) 用來加密ISAKMP包的key

5和6：完成裝置認證，使用SKEYIDe進行加密，SKEYIDa 進行HASH認證（HASH_i,HASH_r)所涉及的演算法都是最前面兩個包協商出來的；最重要的是在這次交換中還有個ID交換（IDi,IDr);

              6.HASHi = hash(SKEYID, X|Y|Ci|Cr|SAr|IDi) 

              7.HASHr = hash(SKEYID, X|Y|Cr|Ci|SAi|IDr) 

總結：主模式=1個雙向ISAKMP SA+2次加密+3次交換+4個狀態+5個KEY+6個包+7步運算

IKE積極模式

只進行3次交換以便協商金鑰和進行驗證.

優點：建立管理連線的時候速度快；

缺點；傳送的實體資訊都是明文的，犧牲了安全性；

Cisco遠端訪問VPN中裝置驗證用的是組預共享金鑰的話，那麼預設模式就是積極模式.

狀態 解釋

AG_NO_STATE 處於階段1的積極模式中,沒有建立管理SA，沒有協商引數AG_INIT_EXCH 對等體之間已經成功協商了IKE策略引數，發生了DH交換，並生成了共享金鑰KDH

AG_AUTH 處於積極模式中，成功完成對等體的身份認證，階段1完成

第三個包是加密的

1.在第一條訊息中，發起放傳送ISAKMP報頭,安全關聯,DH公開值，臨時值和身份ID

2.在第二條訊息中，應答方用選定提議的所有引數和DH公開值進行應答，該訊息被驗證，但沒有加密.

3第三條訊息由發起方發回給應答方，該訊息被驗證，讓應答方能夠確定其中的雜湊值是否與計算得到的雜湊值相同，進而確定訊息是否有問題.積極模式沒有主模式安全，因為身份是以明文方式傳輸的且不能協商DH引數

總結：積極模式＝1個雙向ISAKMP　SA+1次加密+3個步驟+3個包+3個狀態+5個KEY+7步運算

ISAKMP/IKE階段2

ISAKMP/IKE階段2只有一個模式：快速模式.它定義了受保護資料連線是如何在兩個IPSEC對等體之間構成的.快速模式有兩個主要的功能：

        1.協商安全引數來保護資料連線。

        2.週期性的對資料連線更新金鑰資訊.

階段2所關心的事：

    1.什麼流量需要被保護？（感興趣流量）

    2.應當使用什麼樣的安全協議來保護流量（AH,ESP)

    3.基於選擇的安全協議，資料流量是如何 被保護的？（例如使用什麼樣的HMAC功能）

    4.使用什麼樣的操作模式？（傳輸模式，隧道模式）

    5.當重新整理金鑰資訊的時候，是ISAKMP/IKE階段1的管理用來共享心的金鑰還是完美轉發金鑰用於重新整理金鑰？

    6.資料連線的生存週期是多少？

狀態：QM-IDLE　表示階段一已成功完成，階段2開始或結束

快速模式交換3條訊息。這些訊息都是使用IKE進行保護，這意味著將使用IKE phase1中匯出來的SKEYIDe和SKEYIDa對所有分組進行加密和驗證。

1.第1條訊息來自發起方，包括ISAKMP報頭和IPSec SA 有效負載，後者包含用於大量傳輸資料的所有提議和變換。在發起方和應答方之間將交換一個新的臨時值（Ni2),它用於生成新的金鑰資訊，還可能用於防範重放攻擊。所有的IPSec金鑰都是從SKEYIDd推匯出來的，因此如果知道這個SKEYIDd的攻擊者將能夠推匯出所有用於IPSec的當前和未來的金鑰。直到重新協商IKE為止，為加強對IPSec金鑰的保護，使用完善轉發安全性（PFS)來解除未來金鑰和當前金鑰的關係。啟用PFS後，將交換新的DH公開值(X和Y）並使用計算得到的共享金鑰K

來生成金鑰資訊

2.第2條訊息由應答方傳送給發起方，其中包含選定的提議以及ISAKMP報頭，臨時值（Nr2)和HASH(2)

3.第3條也是最後一條訊息中，發起方使用HASH(3)進行驗證。這是在傳輸IPSec資料流前驗證通訊通道的有效性

雙方進行以下計算，生成金鑰4個（橫向相同，縱向不同）

第一種情況

1.KEYMAT＝HASH（SKEYIDd，安全協議/Ni2/Nr2/SPI）

按同樣的方法推匯出2、3、4

第二種情況（需重新發生公鑰交換，用DH生成KDH2）

KEYMAT=HASH（DKEYIDd、安全協議/Ni2/Nr2/SPI/KDH2）

按同樣的方法推匯出2、3、4

兩個金鑰為inbound另兩個為outbound

預設是使用第一種方法，要用第二種方法需啟用PFS功能。

總結：階段2＝1個模式+1個狀態+2個單向的ipsec sa+3個包+4個金鑰



本文轉自 tangfangxiao 51CTO部落格，原文連結:http://blog.51cto.com/tangfangxiao/686822


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