ipsec怎样IKE隧道

本文目录导读：

1. IKE 隧道建立过程详解
2. 总结与对比
3. 常见的变体：野蛮模式
4. IKEv2 的改进
5. 举例说明

IPsec 中 IKE（Internet Key Exchange，互联网密钥交换）隧道的建立过程，通常被称为 IKEv1 或 IKEv2 的主模式/野蛮模式，其核心目的是在两端设备之间建立一个安全的、经过认证的通道，用以协商后续用于保护用户数据的 IPsec 安全联盟。

IKE 隧道分为两个阶段：

• 阶段1：建立 IKE 安全联盟（ISAKMP SA），这是保护协商过程本身的“管理通道”。
• 阶段2：建立 IPsec 安全联盟（IPsec SA），这是保护实际用户数据的“数据通道”。

下面以最常用的 IKEv1 主模式 为例，详细说明 IKE 隧道建立的具体步骤。

IKE 隧道建立过程详解

假设有两个 VPN 网关，我们称为 发起端（发起方/Iinitiator） 和 响应端（响应方/Responder）。

第一阶段：建立 IKE 安全联盟

目标：通过 3 对消息（共 6 个包），协商出一个安全的、加密和认证的 IKE 通道。

1. 消息 1 和 2：策略协商

   • 发起端发送：包含其支持的哈希算法（如SHA-256）、加密算法（如AES-256）、认证方法（如预共享密钥）、DH组（Diffie-Hellman Group，用于密钥交换）等提议。
   • 响应端接收：检查并选择自己支持的、最匹配的算法，然后响应：确认选用的算法组合。
   • 结果：双方就“如何保护IKE协商本身”达成一致。

2. 消息 3 和 4：密钥交换

   • 发起端：生成一个随机数（Nonce），并计算自己的DH公共值，将这两个值发送给对方。这里发送的是公开的随机数和DH公钥，不包含身份信息。
   • 响应端：也生成自己的随机数和DH公共值，发回给发起端。
   • 关键点：双方利用对方的DH公钥和自己的DH私钥，计算出共享密钥（SKEYID），这个密钥将用于后续所有加密和认证，此时双方已具备加密能力，但还没有互相认证身份。

3. 消息 5 和 6：身份认证

   • 发起端：使用之前计算出的SKEYID对自身的 身份标识（如IP地址、设备ID）和 认证数据（如预共享密钥的哈希值）进行加密，然后发送。
   • 响应端：收到后，用SKEYID解密，验证发起端的身份和认证数据是否合法，如果合法，也用自己的身份和认证数据加密后回复。
   • 发起端：收到后解密并验证响应端的身份。
   • 结果：双方互相确认了身份，并建立了IKE SA，从此往后，这个通道是加密且认证的。

第一阶段完成标志：在两台设备上可以看到 ISAKMP SA、IKE Phase 1 或 IKE SA 状态为 Active（活跃）。

第二阶段：建立 IPsec 安全联盟

目标：在已建立的 IKE 通道内，协商具体如何保护用户数据（IPsec SA），此阶段通常由 快速模式 完成。

1. 消息 1（协商提议）

   • 发起端：通过第一阶段建立的加密隧道，发送一个 “协商提议”包括：
     • 要保护的数据（感兴趣流，如源/目标子网192.168.1.0/24 <-> 10.0.0.0/24）。
     • 采用的IPsec协议（AH或ESP）。
     • 封装模式（隧道模式或传输模式）。
     • 加密算法和认证算法（如ESP-AES256， ESP-SHA-HMAC）。
     • 生存时间（SA何时过期）。
   • 响应端：收到后，检查自己的策略，如果可以接受，则回复“同意”。

2. 消息 2（接受提议）

   响应端接受提议,并生成自己的IPsec SA参数（如SPI号、新的随机数），所有内容仍然通过第一阶段隧道加密传输。

3. 消息 3（确认）

   • 发起端收到响应端的确认后,发送一个 确认包，这代表双方就保护数据的具体参数达成一致。
   • 关键点：IPsec SA 在双方设备上生成并安装。

第二阶段完成标志：在设备上可以看到 IPsec SA 状态为 Active，用户数据（如Ping包、网页请求）可以被IPsec加密保护。

总结与对比

常见的变体：野蛮模式

除了主模式,IKEv1 还有 野蛮模式。

• 核心区别：主模式在消息1、2中不发送身份信息，身份在最后一步加密保护，野蛮模式则在消息1中就发送身份和DH公共值。
• 优点：建立速度快（只需3对消息）。
• 缺点：身份在网络上明文传输（易被嗅探），且需要地址信息先匹配（如IP地址）。
• 适用场景：远程访问（客户端地址不固定）、高延迟链路。

IKEv2 的改进

IKEv2 简化和改进了流程：

• 阶段数减少：本质上只有一次标准的、简短的交换。
• 内建抗拒绝服务攻击（Anti-DoS）：在正式协商前，响应端会先发送一个Cookie给发起端，要求其确认身份，防止资源被伪发起端耗尽。
• 更少的消息交换：标准建立仅需4条消息（第一对用于策略和密钥交换，第二对用于身份认证和IPsec SA），之后，增加一个IPsec SA只需要1对消息。

举例说明

假设两个路由器：

• Router A (公网IP: 1.1.1.1, 内网: 192.168.1.0/24)
• Router B (公网IP: 2.2.2.2, 内网: 10.0.0.0/24)

1. A 发起：“我想用AES256+SHA256+DH14+预共享密钥”

2. B 回应：“可以，就这个组合，这是我的公钥和随机数”

3. A 回应：“这是我的公钥和随机数，这是加密后的我的身份（IP1.1.1.1）和密码哈希”

4. B 验证身份成功后，加密回复：“这是我的身份（IP2.2.2.2）和密码哈希”

   • 至此，IKE SA建立成功。

5. A 通过加密通道发送：“我想保护192.168.1.0/24和10.0.0.0/24之间的流量，用ESP隧道模式，AES256加密”

6. B 同意：“好的，这是我的SA参数”

7. A 确认。

   • 至此，IPsec SA建立成功。 后续 168.1.1 ping 10.0.0.1 的流量将被加密传输。

希望这个详细的过程能帮助你理解 IKE 隧道是如何建立的。

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