《IPsec_VPN的详细介绍-》由会员分享，可在线阅读，更多相关《IPsec_VPN的详细介绍-（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、介绍IPSec VPN,VPN背景,总公司,租用专线,我们有很多分公司，如果用租用专线的方式把他们和总公司连起来，需要花很多钱,想节约成本的话，可以用VPN来连接,分公司,分公司,分公司,VPN简介,IP VPN (Virtual Private Network，虚拟专用网)就是利用开放的公众IP/MPLS网络建立专用数据传输通道，将远程的分支机构、移动办公人员等连接起来。,IP/MPLS网,中心站点,分支机构,移动办公人员,隧道机制,IP VPN可以理解为：通过隧道技术在公众IP/MPLS网络上仿真一条点到点的专线 。 隧道是利用一种协议来传输另外一种协议的技术，共涉及三种协议， 包括：乘客
2、协议、隧道协议和承载协议。,被封装的原始IP包,新增加的IP头,IPSec头,乘客协议,隧道协议,承载协议,原始IP包,经过IPSec封装后,隧道带来的好处,隧道保证了VPN中分组的封装方式及使用的地址与承载网络的封装方 式及使用地址无关。,Internet,被封装的原始IP包,新增加的IP头,IPSec头,私网地址,公网地址,中心站点,分支机构,Internet根据这个地址路由,可以使用私网地址，感觉双方是用专用通道连接起来的，而不是Internet,隧道,IPSec概述,IPSec是一种开放标准的框架结构，特定的通信方之间在IP层通过加密和数据摘要(hash)等手段，来保证数据包在Inte
3、rnet 网上传输时的私密性(confidentiality) 、完整性(data integrity)和真实性(origin authentication)。,IPSec只能工作在IP层，要求乘客协议和承载协议都是IP协议,被封装的原始IP包,新增加的IP头,IPSec头,必须是IP协议,必须是IP协议,通过加密保证数据的私密性,私密性：防止信息泄漏给未经授权的个人。 通过加密把数据从明文变成无法读懂的密文，从而确保数据的私密性。,对称加密,如果加密密钥与解密密钥相同，就称为对称加密 由于对称加密的运算速度快，所以IPSec使用对称加密算法来加密数据,对数据进行hash运算来保证完整性,完整
4、性：数据没有被非法篡改。 通过对数据进行hash运算，产生类似于指纹的数据摘要，以保证数据的完整 性。,对数据和密钥一起进行hash运算,攻击者篡改数据后，可以根据修改后的数据生成新的摘要，以此掩盖自己的 攻击行为。 通过把数据和密钥一起进行hash运算，可以有效抵御上述攻击。,对称密钥交换,对称加密和hash都要求通信双方具有相同的密钥。,问题：怎样在双方之间安全地传递密钥？,密钥,哈哈，要是敢直接传递密钥，我就只好偷看了,密钥,DH算法的基本原理,Router A,Router B,生成一个整数 p,生成一个整数 q,把 p发送到对端,p,把 q发送到对端,q,根据p、q生成g,根据p、q
5、生成g,Key=(YbXa) mode p,Key=(YaXb) mode p,通过身份认证保证数据的真实性,真实性：数据确实是由特定的对端发出。 通过身份认证可以保证数据的真实性。常用的身份认证方式包括： Pre-shared key，预共享密钥 RSA Signature，数字签名,预共享密钥,预共享密钥,是指通信双方在配置时手工输入相同的密钥。,Hash_L,+ 路由器名等,本地,Hash,共享 密钥,远端,生成的Hash_L,Hash,=,+ 对端路由器名,共享 密钥,接收到的Hash_L,数字证书,RSA密钥对，一个是可以向大家公开的公钥，另一个是只有自己知道的私钥。 用公钥加密过的
6、数据只有对应的私钥才能解开，反之亦然。 数字证书中存储了公钥，以及用户名等身份信息。,数字 证书,我是Router A，我 的公钥是.,数字签名认证,+ ID Information,加密,Hash_I,解密,Hash_I,私钥,公钥,本地,远端,Hash,=,+ 身份信息,Hash,对称 密钥,数字签名,+ 身份信息,Hash,1,2,数字 证书,+,Internet,对称 密钥,数字签名,数字 证书,&公钥为信息发送者的公钥&,IPSec框架结构,ESP,AH,DES,3DES,AES,MD5,SHA,DH1,DH2,IPSec框架,可选择的算法,IPSec安全协议,加密,数据摘要,对称密
7、钥交换,IPSec安全协议,AH (Authentication Header) 只能进行数据摘要(hash) ，不能实现数据加密 ah-md5-hmac、ah-sha-hmac ESP (Encapsulating Security Payload) 能够进行数据加密和数据摘要(hash) esp-des、esp-3des、esp-md5-hmac、esp-sha-hmac、,IPSec安全协议描述了如何利用加密和hash来保护数据安全,IPSec封装模式,IPSec支持两种封装模式：传输模式和隧道模式 传输模式：不改变原有的IP包头，通常用于主机与主机之间。,IP头,数据,原始IP包,IP
8、头,数据,AH头,AH,hash,AH对除了TTL等变化值以外的整个IP包进行hash运算,IP头,数据,ESP头,hash,ESP trailer,ESP auth,ESP,加密,hash,IPSec封装模式,IPSec支持两种封装模式：传输模式和隧道模式 隧道模式：增加新的IP头，通常用于私网与私网之间通过公网进行通信。,IP头,数据,原始IP包,IP头,数据,新IP头,AH,hash,IP头,数据,ESP头,hash,ESP trailer,ESP auth,ESP,加密,hash,AH头,新IP头,IPSec与NAT,AH模式无法与NAT一起运行: AH对包括IP地址在内的整个IP包进
9、行hash运算，而NAT会改变IP地址，从而破坏AH的hash值。,IP头,数据,AH头,hash,hash,NAT：我要修改源/目的IP地址,AH：不行！我对IP地址也进行了hash,IPSec与NAT,ESP模式下： 只进行地址映射时，ESP可与它一起工作。 进行端口映射时，需要修改端口，而ESP已经对端口号进行了加密或hash，所以将无法进行。,IP头,数据,ESP头,ESP trailer,ESP auth,加密,TCP/UDP端口,NAT：端口号被加密了，没法改，真郁闷,IPSec与NAT,ESP模式下： 启用IPSec NAT穿越后，会在ESP头前增加一个UDP头，就可以进行端口映
10、射。,IP头,数据,ESP头,ESP trailer,ESP auth,加密,TCP/UDP端口,NAT：可以改端口号了，太棒了,新UDP头,对上一节的回顾,IPSec协议框架包括加密、hash、对称密钥交换、安全协议等四个部分，这些部分都可以采用多种算法来实现。,问题1：要成功建立IPSec VPN，两端路由器必须采用相同 的加密算法、hash算法和安全协议等，但IPSec协 议中并没有描述双方应如何协商这些参数。,问题2： IPSec协议中没有定义通信双方如何进行身份认证 路由器有可能会和一个假冒的对端建立IPSec VPN。,端到端IPSec VPN的工作原理,需要保护的流量流经路由器，
11、触发路由器启动相关的协商过程。 启动IKE (Internet key exchange)阶段1，对通信双方进行身份认证，并在两端之间建立一条安全的通道。 启动IKE阶段2，在上述安全通道上协商IPSec参数。 按协商好的IPSec参数对数据流进行加密、hash等保护。,Host A,Host B,Router A,Router B,什么是端到端的VPN？,IKE阶段1,Host A,Host B,Router A,Router B,10.0.1.3,10.0.2.3,IKE 阶段 1,协商建立IKE安全 通道所使用的参数,协商建立IKE安全 通道所使用的参数,IKE阶段1,协商建立IKE安全
12、通道所使用的参数，包括： 加密算法 Hash算法 DH算法 身份认证方法 存活时间,IKE阶段1,Policy 10 DES MD5 DH1 Pre-share lifetime,Policy 15 DES MD5 DH1 Pre-share lifetime,Router A,Router B,host A,host B,Policy 20 3DES SHA DH1 Pre-share lifetime,Policy 25 3DES SHA DH2 Pre-share lifetime,双方找到相同的策略集,上述IKE参数组合成集合，称为IKE policy。IKE协商就是要在通信双方之间找
13、到相同的policy。,IKE阶段1,Host A,Host B,Router A,Router B,10.0.1.3,10.0.2.3,IKE 阶段 1,协商建立IKE安全 通道所使用的参数 交换对称密钥 双方身份认证 建立IKE安全通道,协商建立IKE安全 通道所使用的参数 交换对称密钥 双方身份认证 建立IKE安全通道,协商IPSec安全参数,协商IPSec安全参数,IKE阶段2,Host A,Host B,Router A,Router B,10.0.1.3,10.0.2.3,IKE 阶段2,IKE阶段2,双方协商IPSec安全参数，称为变换集transform set，包括： 加密算
14、法 Hash算法 安全协议 封装模式 存活时间,Transform 10 DES MD5 ESP Tunnel lifetime,Transform 20 3DES SHA ESP Tunnel lifetime,IKE与IPSec安全参数的比较,加密算法,Hash算法,存活时间,DH算法,身份认证,安全协议,封装模式,IKE,IPSec,IKE阶段2,Host A,Host B,Router A,Router B,10.0.1.3,10.0.2.3,IKE 阶段2,协商IPSec安全参数 建立IPSec SA,协商IPSec安全参数 建立IPSec SA,IPSec SA,IPSec SA
15、(安全关联，Security Association)： SA由SPD (Security Policy Database)和SAD(SA Database)组成。,两端成功协商IPSec参数,加密算法,hash算法,封装模式,lifetime,安全协议,SPD,加密,SPI,Hash,封装模式,lifetime,SAD,目的IP地址,SPI,安全协议,IPSec SA,IPSec SA (安全关联，Security Association)： SPI (Security Parameter Index)，由IKE自动分配。 发送数据包时，会把SPI插入到IPSec头中。 接收到数据包后，根据SPI值查找SAD和SPD，从而获知解密数据包所需的加解密算法、hash算法等。 一个SA只记录单向的参数，所以一个IPSec连接会有两个IPSec SA。,IPSec SA,IPSec SA (安全关联，Security Association)： 使用SPI可以标识路由器与不同对象之间的连接。,192.168.2.1 SPI12 ESP/3DES/SHA tunnel 28800,192.168.12.1 SPI39
