IPSec

IPSec（Internet協(xié)議安全性）是一種開放標(biāo)準(zhǔn)的框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用加密的安全服務(wù)以確保在 Internet 協(xié)議IP)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行保密而安全的通訊，Microsoft; Windows 2000、Windows XP 和Windows Server2003家族實(shí)施IPSec是基于“Internet工程任務(wù)組(IETF)”IPSec 工作組開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。IPSec 提供了一種能力以保護(hù)工作組、局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)、域客戶端和服務(wù)器、分支機(jī)構(gòu)（物理上為遠(yuǎn)程機(jī)構(gòu)）、Extranet 以及漫游客戶端之間的通信。

目錄

• 1 IPSec的作用目標(biāo)
• 2 IPSec的安全特性
• 3 IPSec公鑰加密
• 4 IPSec的Hash函數(shù)和數(shù)據(jù)完整性
• 5 IPSec加密和數(shù)據(jù)可靠性
• 6 IPSec的Diffie-Hellman算法
• 7 相關(guān)條目
• 8 參考來(lái)源

IPSec的作用目標(biāo)

• 保護(hù)IP數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。
• 通過(guò)數(shù)據(jù)包篩選及受信任通訊的實(shí)施來(lái)防御網(wǎng)絡(luò)攻擊。
• 這個(gè)基礎(chǔ)為專用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、域名、站點(diǎn)、遠(yuǎn)程站點(diǎn)、Extranet和撥號(hào)用戶之間的通信提供了既有力又靈活的保護(hù)，它甚至可以用來(lái)阻礙特定通訊類型的接收和發(fā)送。

IPSec的安全特性

• 不可否認(rèn)性，"不可否認(rèn)性"可以證實(shí)消息發(fā)送方是唯一可能的發(fā)送者，發(fā)送者不能否認(rèn)發(fā)送過(guò)消息。不可否認(rèn)性是采用公鑰技術(shù)的一個(gè)特征，當(dāng)使用公鑰技術(shù)時(shí)發(fā)送方用私鑰產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字簽名隨消息一起發(fā)送，接收方用發(fā)送者的公鑰來(lái)驗(yàn)證數(shù)字簽名。
• 反重播性，"反重播"確保每個(gè)IP包的唯一性，保證信息萬(wàn)一被截取復(fù)制后不能再被重新利用、重新傳輸回目的地址。該特性可以防止攻擊者截取破譯信息后，再用相同的信息包冒取非法訪問權(quán)（即使這種冒取行為發(fā)生在數(shù)月之后）。
• 數(shù)據(jù)完整性，防止傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)被篡改，確保發(fā)出數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的一致性，IPSec利用Hash函數(shù)為每個(gè)數(shù)據(jù)包產(chǎn)生一個(gè)加密檢查和，接收方在打開包前先計(jì)算檢查，若包遭篡改導(dǎo)致檢查和不相符，數(shù)據(jù)包即被丟棄。
• 數(shù)據(jù)可靠性，在傳輸前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，可以保證在傳輸過(guò)程中，即使數(shù)據(jù)包遭截取信息也無(wú)法被讀。該特性在IPSec中為可選項(xiàng)與IPSec策略的具體設(shè)置相關(guān)。

IPSec公鑰加密

IPSec的公鑰加密用于身份認(rèn)證和密鑰交換。公鑰加密也被稱為"不對(duì)稱加密法"，即加解密過(guò)程需要兩把不同的密鑰，一把用來(lái)產(chǎn)生數(shù)字簽名和加密數(shù)據(jù)，另一把用來(lái)驗(yàn)證數(shù)字簽名和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，使用公鑰加密法，每個(gè)用戶擁有一個(gè)密鑰對(duì)其中私鑰僅為其個(gè)人所知，公鑰則可分發(fā)給任意需要與之進(jìn)行加密通信的人雖然密鑰對(duì)中兩把鑰匙彼此相關(guān)，但要想從其中一把來(lái)推導(dǎo)出另一把，以目前計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力來(lái)看，這種做法幾乎完全不現(xiàn)實(shí)。因此在這種加密法中，公鑰可以廣為分發(fā)而私鑰則需要仔細(xì)地妥善保管。

IPSec的Hash函數(shù)和數(shù)據(jù)完整性

Hash信息驗(yàn)證碼HMAC（Hash message authentication codes）驗(yàn)證接收消息和發(fā)送消息的完全一致性（完整性）。這在數(shù)據(jù)交換中非常關(guān)鍵，尤其當(dāng)傳輸媒介如公共網(wǎng)絡(luò)中不提供安全保證時(shí)更顯其重要性，HMAC結(jié)合hash算法和共享密鑰提供完整性。Hash散列通常也被當(dāng)成是數(shù)字簽名但這種說(shuō)法不夠準(zhǔn)確，兩者的區(qū)別在于：Hash散列使用共享密鑰而數(shù)字簽名基于公鑰技術(shù)，Hash算法也稱為消息摘要或單向轉(zhuǎn)換，稱它為單向轉(zhuǎn)換是因?yàn)椋?

• 雙方必須在通信的兩個(gè)端頭處各自執(zhí)行Hash函數(shù)計(jì)算；
• 使用Hash函數(shù)很容易從消息計(jì)算出消息摘要，但其逆向反演過(guò)程以目前計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力幾乎不可實(shí)現(xiàn)。

Hash散列本身就是所謂加密檢查和或消息完整性編碼MIC（Message Integrity Code），通信雙方必須各自執(zhí)行函數(shù)計(jì)算來(lái)驗(yàn)證消息。舉例來(lái)說(shuō)，發(fā)送方首先使用HMAC算法和共享密鑰計(jì)算消息檢查和，然后將計(jì)算結(jié)果A封裝進(jìn)數(shù)據(jù)包中一起發(fā)送；接收方再對(duì)所接收的消息執(zhí)行HMAC計(jì)算得出結(jié)果B并將B與A進(jìn)行比較，如果消息在傳輸中遭篡改致使B與A不一致接收方丟棄該數(shù)據(jù)包，有兩種最常用的hash函數(shù)：

• HMAC-MD5 MD5是基于RFC1321。MD5對(duì)MD4做了改進(jìn)，計(jì)算速度比MD4稍慢但安全性能得到了進(jìn)一步改善，MD5在計(jì)算中使用了64個(gè)32位常數(shù)，最終生成一個(gè)128位的完整性檢查和。
• HMAC-SHA 安全Hash算法定義在NIST FIPS 180-1，其算法以MD5為原型，SHA在計(jì)算中使用了79個(gè)32位常數(shù)，最終產(chǎn)生一個(gè)160位完整性檢查和，SHA檢查和長(zhǎng)度比MD5更長(zhǎng)，因此安全性也更高。

IPSec加密和數(shù)據(jù)可靠性

IPSec使用的數(shù)據(jù)加密算法是DES--Data Encryption Standard（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)），DES密鑰長(zhǎng)度為56位在形式上是一個(gè)64位數(shù)，DES以64位（8字節(jié)）為分組對(duì)數(shù)據(jù)加密，每64位明文經(jīng)過(guò)16輪置換生成64位密文，其中每字節(jié)有1位用于奇偶校驗(yàn)，所以實(shí)際有效密鑰長(zhǎng)度是56位，IPSec還支持3DES算法，3DES可提供更高的安全性，但相應(yīng)地計(jì)算速度更慢。

IPSec的Diffie-Hellman算法

要啟動(dòng)安全通訊，通信兩端必須首先得到相同的共享密鑰（主密鑰），但共享密鑰不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互發(fā)送，因?yàn)檫@種做法極易泄密，Diffie-Hellman算法是用于密鑰交換的最早最安全的算法之一。DH算法的基本工作原理是：通信雙方公開或半公開交換一些準(zhǔn)備用來(lái)生成密鑰的"材料數(shù)據(jù)"，在彼此交換過(guò)密鑰生成"材料"后，兩端可以各自生成出完全一樣的共享密鑰。在任何時(shí)候，雙方都絕不交換真正的密鑰。通信雙方交換的密鑰生成"材料"，長(zhǎng)度不等，"材料"長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所生成的密鑰強(qiáng)度也就越高密鑰破譯就越困難，除進(jìn)行密鑰交換外IPSec還使用DH算法生成所有其他加密密鑰。AH報(bào)頭字段包括：

• Next Header（下一個(gè)報(bào)頭），識(shí)別下一個(gè)使用IP協(xié)議號(hào)的報(bào)頭。
• Length（長(zhǎng)度）：AH報(bào)頭長(zhǎng)度。
• Security Parameters Index (SPI，安全參數(shù)索引)：這是一個(gè)為數(shù)據(jù)報(bào)識(shí)別安全關(guān)聯(lián)的32位偽隨機(jī)值，SPI值0被保留來(lái)表明"沒有安全關(guān)聯(lián)存在"。
• Sequence Number（序列號(hào)）：從1開始的32位單增序列號(hào)不允許重復(fù)，唯一地標(biāo)識(shí)了每一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包，為安全關(guān)聯(lián)提供反重播保護(hù)，接收端校驗(yàn)序列號(hào)為該字段值的數(shù)據(jù)包是否已經(jīng)被接收過(guò)，若是則拒收該數(shù)據(jù)包。
• Authentication Data（AD，認(rèn)證數(shù)據(jù)）：包含完整性檢查和，接收端接收數(shù)據(jù)包后，首先執(zhí)行hash計(jì)算再與發(fā)送端所計(jì)算的該字段值比較，若兩者相等表示數(shù)據(jù)完整，若在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)遭修改，兩個(gè)計(jì)算結(jié)果不一致則丟棄該數(shù)據(jù)包。

相關(guān)條目

• IP
• ARP
• RARP
• ICMP

參考來(lái)源

• http://baike.baidu.com/view/137005.htm