2.11 计算机网络与协议-IPsec
2.11.1 简介
IPsec(IP Security)是IETF制定的三层隧道加密协议，它为Internet上传输的数据提供了高质量的、可互操作的、基于密码学的安全保证。特定的通信方之间在IP层通过加密与数据认证等方式，提供了以下的安全服务：
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数据机密性(Confidentiality)
- IPsec发送方在通过网络传输包前对包进行加密。
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数据完整性（Data Integrity）
- IPsec接收方对发送方发送来的包进行认证，以确保数据在传输过程中没有被篡改。
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数据来源认证（Data Authentication）
- IPsec在接收端可以认证发送IPsec报文的发送端是否合法。
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防重放（Anti-Replay）
- IPsec接收方可检测并拒绝接收过时或重复的报文。
2.11.2 优点
IPsec具有以下优点：
- 支持
IKE（Internet Key Exchange，因特网密钥交换），可实现密钥的自动协商功能，减少了密钥协商的开销。可以通过IKE建立和维护SA的服务，简化了IPsec的使用和管理。 - 所有使用
IP协议进行数据传输的应用系统和服务都可以使用IPsec，而不必对这些应用系统和服务本身做任何修改。 - 对数据的加密是
以数据包为单位的，而不是以整个数据流为单位，这不仅灵活而且有助于进一步提高IP数据包的安全性，可以有效防范网络攻击。
2.11.3 构成
IPsec由4部分构成：
- 负责密钥的Internet密钥交换协议
IKE(Internet Key Exchange Protocol) - 负责将安全服务与使用该服务的通信流相联系的安全关联
SA(Security Associations) - 直接操作数据包的认证头协议
AH(IP Authentication Header)和安全载荷协议ESP(IP Encapsulating Security Payload) - 若干用于
加密和认证的算法
2.11.4 安全联盟(Security Association, SA)
IPsec在两个端点之间提供安全通信，端点被称为IPsec对等体。
SA是IPsec的基础，也是IPsec的本质。SA是通信对等体间对某些要素的约定，例如，使用哪种协议(AH、 ESP还是两者结合使用)、协议的封装模式(传输模式和隧道模式)、加密算法(DES、3DES和AES)、特定流中保护数据和共享密钥以及密钥的生存周期等。建立SA的方式有手工配置和IKE自动协商两种。
SA是单向的，在两个对等体之间的双向通信，最少需要两个SA来分别对两个方向的数据流进行安全保护。同时，如果两个对等体希望同时使用AH和ESP来进行安全通信，则每个对等体都会针对每一种协议来构建一个独立的SA。
SA由一个三元组来唯一标识，这个三元组包括SPI(Security Parameter Index, 安全参数索引)、目的IP地址、安全协议号(AH/ESP)。
SPI是用于唯一标识SA的一个32bit值，它在AH和ESP头中传输。在手工配置SA时，需要手工指定SPI的取值。使用IKE协商产生SA时，SPI将随机生成。
2.11.5 IKE
IKE（RFC2407，RFC2408，RFC2409）属于一种混合型协议，由Internet安全关联和密钥管理协议(ISAKMP)和两种密钥交换协议OAKLEY与SKEME组成。IKE创建在由ISAKMP定义的框架上，沿用了OAKLEY的密钥交换模式以及SKEME的共享和密钥更新技术，还定义了它自己的两种密钥交换方式。
IKE使用两个阶段的ISAKMP：
- 第一阶段，协商创建一个
通信信道(IKE SA), 并对该信道进行验证，为双方进一步的IKE通信提供机密性、消息完整性以及消息源验证服务。 - 第二阶段，使用已建立的IKE SA建立
IPsec SA(V2中叫Child SA)。
