IPsec、安全关联、网络层安全协议

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网络层安全协议

·IP 几乎不具备任何安全性,不能保证

        1.数据机密性

        2.数据完整性

        3.数据来源认证

·由于其在设计和实现上存在安全漏洞,使各种攻击有机可乘。例如:攻击者很容易构造一个包含虚假地址的 IP 数据报。

·IPsec 提供了标准、健壮且包含广泛的机制保证 IP 层安全

1  IPsec 协议族概述

·IPsec:IP security,IP 安全。

·IPsec 不是一个单一协议,而是能够在 IP 层提供互联网通信安全的协议族

·IPsec 是个框架:允许通信双方选择合适的算法和参数(例如,密钥长度)。

·为保证互操作性,IPsec 还包含了所有 IPsec 都必须实现的一套加密算法。

IPsec 由三部分组成

1.IP 安全数据报格式:两个协议

 -鉴别首部 AH (Authentication Header) 协议

        ·AH 协议提供源点鉴别数据完整性,但不能保密

-封装安全有效载荷 ESP (Encapsulation Security Payload) 协议

        · ESP 协议提供源点鉴别数据完整性保密

·IPsec 支持 IPv4 和 IPv6。

·使用 ESP 或 AH 协议的 IP 数据报称为 IP 安全数据报(或 IPsec数据报)。

AH 协议的功能都已包含在 ESP 协议中。 使用 ESP 协议就可以不使用 AH 协议。

2.加密算法:三个协议

3.互联网密钥交换 IKE (Internet Key Exchange) 协议

IP 安全数据报有两种工作方式

(1)运输方式 (transport mode)

·在整个运输层报文段的前后分别添加若干控制信息,再加上 IP 首部。

·适合于主机到主机之间的安全传送。

·需要使用 IPsec 的主机都运行 IPsec 协议。

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(2)隧道方式 (tunnel mode)

·在原始的 IP 数据报的前后分别添加若干控制信息,再加上新的 IP 首部。

·需要在 IPsec 数据报所经过的所有路由器上都运行 IPsec 协议。

·隧道方式常用来实现虚拟专用网 VPN

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IP 安全数据报的 IP 首部是不加密的

·无论使用哪种方式,最后得出的 IP 安全数据报的 IP 首部都是不加密的

·安全数据报:指数据报的数据部分是经过加密的,并能够被鉴别的。

·通常把数据报的数据部分称为数据报的有效载荷 (payload)。

2  安全关联

·在发送 IP 安全数据报之前,在源实体和目的实体之间必须创建一条网络层的逻辑连接。此逻辑连接叫做安全关联 SA (Security Association) 。

IPsec 把传统互联网无连接的网络层转换为具有逻辑连接的网络层。

安全关联的特点

·安全关联是从源点到终点的单向连接,它能够提供安全服务。

·在安全关联 SA 上传送的就是 IP 安全数据报。

·如要进行双向安全通信,则两个方向都需要建立安全关联

·若 n 个员工进行双向安全通信,一共需要创建 (2 + 2n ) 条安全关联 SA。

路由器 R1 到 R2 的安全关联 SA

·假定公司总部的主机 H1 要和分公司的主机 H2 通过互联网进行安全通信。公司总部与分公司之间的安全关联 SA 是在路由器 R1 和 R2 之间建立的。

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主机 H1 到 H3 之间的通信

·假定公司总部的主机 H1 要和内部的主机 H3 进行通信。 由于都在公司内部,不需要加密,因此不需要建立安全关联。

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路由器 R1 到主机 H2 的安全关联 SA

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安全关联 SA 包括的状态信息

1.一个 32 位的连接标识符,称为安全参数索引 SPI (Security Parameter Index)。

2.安全关联 SA 的源点终点的 IP 地址(例如路由器 R1 和 R2 的 IP 地址)。

3.所使用的加密类型(例如,DES 或 AES)。

4.加密使用的密钥

5.完整性检查的类型(例如,使用报文摘要 MD5 或 SHA-1 的报文鉴别码 MAC)。

6.鉴别使用的密钥

3  IP 安全数据报的格式

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注意对于路由器 R1 到 R2 的安全关联 SA,在“原始的 IP 首部”中,用主机 H1 和 H2 的 IP 地址分别作为源地址和目的地址,而在 IP 安全数据报的“新的 IP 首部”中,用路由器 R1 和 R2 的 IP 地址分别作为源地址和目的地址。

4  IPsec 的其他构件

·安全关联数据库 SAD (Security Association Database)  

        -存放 SA。

·安全策略数据库 SPD (Security Policy Database)

        -指明什么样的数据报需要进行 IPsec 处理。

·互联网密钥交换 IKE (Internet Key Exchange)

        -为 IP 安全数据报创建安全关联 SA。

互联网密钥交换 IKE

 ·非常复杂。互联网的正式标准 [RFC 7296]。

·IKEv2 以另外三个协议为基础:

        1.Oakley:密钥生成协议 [RFC 2412]。

        2.安全密钥交换机制 SKEME (Secure Key Exchange Mechanism):用于密钥交换的协议。它利用公钥加密来实现密钥交换协议中的实体鉴别

        3.互联网安全关联和密钥管理协议 ISAKMP (Internet Secure Association and Key Management Mechanism):用于实现 IKE 中定义的密钥交换,使 IKE 的交换能够以标准化、格式化的报文创建安全关联 SA。

欢迎一起学习~文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-826341.html

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