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1、网络安全协议课 程 设 计题 目 对IPsec协议的分析与优化 班 级 学 号 姓 名 指导老师 年 月 日一、概述1.1IPsec协议的背景.11.2 IPsec的研究意义.11.3课程设计的研究内容.21.4 IPsec的研究目标.2二、问题分析2.1系统需求.32.2系统设计目标.3三、 IPsec协议3.1 协议简介.43.2 IPsec的安全协议.53.3 SA（安全关联）.93.4 SAD（安全关联数据库）.93.5 SPD（安全策略数据库）.93.6 IKE（Internet密钥交换）协议.10四、IPsec协议安全性分析4.1 服务内容.114.2 IPsec的局限性.114.
2、3 IPsec优化技术.12五、总结.14参考文献：.15一、 概述 1.1课程设计的背景 随着科学技术的飞速发展，计算机技术和网络技术已经深入到社会的各个领域，开放的、大众化的互联网已经普及到人们生活的各个方面。然而，在人们得 益于信息革命带来的巨大机遇的同时，也不得不面对信息安全问题的严峻考验。不断出现的网络安全事件，已经严重影响到人们的日常工作和生活。同时，网络信息的安全保密问题，也关系到一个国家的主权、安全和发展。“电子战”、“信息战”已经成为现代战争中一种重要的攻击与防卫手段。因此，信息安全、网络安全已经引起各国、各部门、各行业以及每个计算机用户的充分重视。深入分析存在的网络安全隐患
3、，重要的原因是目前的因特网和大多数包交换网络都是建立在IP协议（Internet Protocol）基础上的。由于IP协议本身没有任何安全措施，使得建立在该协议基础上的网络体系本身就存在着大量的安全隐患。IP 协议存在的安全漏洞主要有：缺乏对IP地址进行保密的机制；缺乏对IP地址真实性的认证机制；缺乏对IP数据包的加密保护；缺乏对广播信息的认证；缺乏对ICMP（Internet控制消息协议）信息的认证和保护；缺乏对路由信息的认证和保护等。正是由于IP协议存在这些安全漏洞，使得攻击口协议的新方法和新手段不断地涌现，基于IP协议标准的各种应用网络面临着越来越激烈的安全挑战。如何有效地保障机密信息在
4、网络中的安全传输，不仅成为人们日益关注的核心问题，而且也是科研人员一个重要的研究课题而为IP协议提供安全保障，是保障网络安全行之有效的方法。 1.2 课程设计的研究意义 为了解决由于TCP/IP协议的不完善所带来的各种不安全因素，IETF（因特网工程任务组）制定了IP安全标准IPsec，为“IP网络”的安全性提供一种切实可行的保障手段。 IPsec提供了一种标准的、健壮的、包容广泛的机制，可以为IP层及上层协议提供安全保证；IPsec规定了在对等层之问如何选择安全协议、确定安全算法和密钥交换算法；提供访问控制、数据源认证、数据加密等网络安全服务IPsec协议为IP网络的安全性提供了一整套的解决
5、方案。而且，IPsec协议自身是一个完全开放的标准，用户可以根据实际的应用进行功能扩展。 由于网络安全问题的日趋严重以及IPsec协议的强大功能与优点，对IPsec协议的研究和实现对于网络安全状况的改善具有重要的价值和意义。1.3课程设计的研究内容 1. 研究IPsec协议的体系结构、各部分构成、工作方式及提供的服务，在此基础上分析和总结了IPsec协议的优势，安全漏洞以及局限性。 2. 分析IPsec协议的复杂性，改进原有的IPsec协议构造新的IPsec协议IPsec*，既保证原有安全性，增加网络传输性能，又优化IPsec协议，有利于实际的应用。 3. 研究IPsec*导致网络，特别是VP
6、N网络传输性能降低的主要原因，提出性能的改进方案，使之在应用时达到安全性与传输性能的平衡。1.4课程设计的研究目标设计的目标是在了解网络安全技术和深入研究IPsec协议的基础上，提出一个可以在Linux和Windows 2000两种网络操作系统上运行的、适用于主机的、能够实现端到端的信息安全传输系统；实现在两种操作系统下IPsec协议的驱动引擎，并根据具体的网络环境，解决IPsec协议在实施过程中所遇到的问题。二、 问题分析 2.1系统需求根据实际的工作要求，系统应满足以下要求：1. 应覆盖网内的所有主机，为所有主机提供可配置的、可选择的安全通信方式。2. 为网络用户提供身份鉴别、访问控制、数
7、据完整性、认证等网络安全服务。3. 分别在Linux和Windows 2000两种系统下实现IPsec协议，并保证能在两种操作系统之间互联互通。4. 安全系统对原有的网络结构应透明。即系统不占用原网络系统中任何IP地址；装入系统后，不影响原有网络整体性能；原有的网络结构不需要改变。 2.2系统设计目标 系统的实际目标如下：1. 实现方式的模块化；系统内部要实现加、解密（包括验证）算法的独立，以便用户可以扩展自己的加密/认证算法；AH协议和ESP协议实现的独立，保证可以被单独联合使用；加密流程和解密流程独立，保证单位工作的独立性；密钥管理和IPsec流程的独立，方便扩展密钥交换协议。2. 系统应
8、实现IETF规定的默认加密/认证算法，包括HMAC-MD5、HMAC-SHA1、DES、3DES；系统应支持软件和硬件加密，并为扩展加密/认证算法和硬件加密方式预留接口。3. 支持安全联盟的手工配置和自动协商建立。4. 支持对报文先压缩的传输方式，以提高效率。5. 灵活方便，安全配置简单。用户可以根据实际需要，自由地选择是否选择安全访问服务、所使用的安全协议和加密/认证算法等。三、 IPsec协议 3.1 协议简介PSec（IPSecurity）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
9、数据源认证等方式，提供了以下的安全服务：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。数据完整性（DataIntegrity）：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。数据来源认证（DataAuthentication）：IPSec在接收端可以认证发送IPSec报文的发送端是否合法。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。可以通过IKE（InternetKeyExchange，因特网密钥交换协议）为IPSec提供自动协商交换密钥、建立和维护安全联盟的服务，以简化IP
10、Sec的使用和管理。IKE协商并不是必须的，IPSec所使用的策略和算法等也可以手工协商。 IPsec提供了一种标准的、健壮的以及包容广泛的安全机制，可以用它为IP及上层协议（如TCP、UDP等）提供安全保证。IPsec工作在网络层，其目标是为IPV4和IPV6提供具有较强的互操作能力、高质量和基于密码的安全；为在未经保护的网络上传输敏感信息提供安全。IPsec对于IPV4是可选的，对于IPV6是强制性的。 IPsec是一个开放的标准体系，所使用的协议被设计成与算法无关的。密码算法的选择取决于IPSce的具体实现。但为了保证各种IPsec系统之间的互操作性，IETF规定了一组标准的默认算法主要
11、的默认算法有： 1加密算法： DES（Date Encryption Standard，数据加密标准） 3DES（Triple DES） 2. 消息完整性（散列）函数： HMAC（Hash-based Message Authentication，基于散列的消息认证码） MD5（Message Digest5，消息摘要算法5） SHA-1（Secure Hash Algorithm-1，安全散列算法1） 3对等实体认证： RSA（Rivest Shami Adelman）数字签名 4密钥管理： D-H（Differ-Hellman） CA（Certificate Authority，证书授权）
12、 IPsec提供以下网络安全服务，这些服务是可选的，可以根据通信双方的安全 策略指定一个或者多个这些服服务： 1数据机密性：IPsec发送者在发送时能够加密数据包。 2. 数据完整性：IPsec接收者可以认证由IPsec发送者发送的包，确定在传输过程中没有被更改。 3. 数据起源验证；IPsec接收者可以验证发送IPsec数据包的真正来源，这项 服务是依赖于数据完整性来实现的。 4抗重放服务：IPsec接收者可以检测和拒绝重放的数据包。 IPsec是一组协议的集合。它包括安全协议和密钥协商两个部分。安全协议部分定义了对通信的安全保护机制；密钥协商部分定义了如何为安全协议提供所需 要的各种参数，以及如何对通信实体的身份进行鉴别。IPsec安全协议给出了ESp协议（封装安全载荷）和AH协议（认证头）两种通信保护机制。IPsec协议使用 IKE（Internet 密钥交换）协议实现安全协议的安全参数协商IKE协商的安全参数包括加密鉴别算法、通信的保护模式（传输模式或隧道模式）、密钥的生存期等，IKE将这些安全参数构成的集合称为安全关联SA。下面的章节对IPsec的体系结构进行简单的阐述。3.2 IPsec的安全协议 3.2.1 AH协议
