详解IPSec介绍( 二 ) _IPSec

ESP是封装安全载荷协议，主要提供加密、数据源验证、数据完整性验证和防报文重放功能。

虽然AH协议和ESP协议都可以提供数据源验证和数据完整性校验服务，但是两者不能互相取代。两者之间的差别在于验证报文的范围不同，验证范围请参见封装模式。
AH和ESP协议的简单比较如表1所示。

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从上表中可以看出两个协议各有优缺点，AH协议不提供数据加密功能，ESP的验证范围不包括IP头，其安全性不如AH，故在安全性要求较高的场景中可以考虑联合使用AH协议和ESP协议。AH协议和ESP协议联合使用时，需要先使用ESP，这是因为AH对整个IP数据报文进行认证，如果先使用AH再使用ESP，ESP的头和尾会改变数据报文的长度，而且ESP的填充字段也会改变数据报文的长度，造成AH认证失败。
封装模式
目前NE支持隧道模式。
隧道模式隧道模式的报文格式如图1所示。在隧道模式下，原始IP数据报文被封装成一个新的IP数据报文，并在旧IP报文头（图1中的IP Header）和新IP报文头（图1中的New IP Header）之间插入一个IPSec报文头（AH或ESP），原IP地址被当作有效载荷的一部分受到IPSec的安全保护。图1 隧道模式的报文格式

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隧道模式隐藏了原始IP报文头信息，因此主要应用于两台VPN网关之间或一台主机与一台VPN网关之间的通信。
隧道模式下，AH协议的完整性验证范围为包括新增IP头在内的整个IP报文。ESP协议验证报文的完整性检查部分包括ESP头、原IP头、传输层协议头、数据和ESP尾，但不包括新IP头，因此ESP协议无法保证新IP头的安全。ESP的加密部分包括传输层协议头、数据和ESP尾。
当安全协议同时采用AH和ESP时，AH和ESP协议必须采用相同的封装模式。
加密算法
加密是一种将数据从明文转换成无法读懂的密文的过程，接收方只有在拥有正确的密钥的情况下才能对密文进行解密，从而保证了数据的私密性。
IPSec VPN工作过程中涉及数据加密（IP报文加密）和协议消息加密（ISAKMP消息加密）两种情况。
数据加密ESP能够对IP报文内容进行加密保护，以防止IP报文内容在传输过程中被窥探。IPSec采用对称加密算法对数据进行加密和解密。对称加密算法是指数据发送方和接收方使用相同的密钥进行加密、解密。
采用对称加密算法进行数据加密和解密的过程如图1所示。图1 加密和解密的过程

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用于加密的对称密钥可以手工配置，也可以通过DH算法生成并在两端设备共享。有关DH算法具体能够生成哪些密钥及密钥的作用请参见IKEv1 Phase-1 Negotiation 。
一般来说IPSec使用以下加密算法：

DES（Data Encryption Standard）：使用64bit的密钥对一个64bit的明文块进行加密。
3DES（Triple Data Encryption Standard）：使用三个64bit的DES密钥（共192bit密钥）对明文形式的IP报文进行加密。
AES-CBC-128（Advanced Encryption Standard Cipher Block Chaining 128）：使用128bit加密算法对IP报文进行加密。
AES-CBC-192（Advanced Encryption Standard Cipher Block Chaining 192）：使用192bit加密算法对IP报文进行加密。
AES-CBC-256（Advanced Encryption Standard Cipher Block Chaining 256）：使用256bit加密算法对IP报文进行加密。

3DES比DES安全得多，但是其加密速度慢于DES 。AES比3DES更安全。
协议消息加密协议消息加密用于IKE协商阶段。协议消息加密所用的算法也是DES、3DES和AES 。用于加密的对称密钥通过DH算法生成。有关DH算法具体能够生成哪些密钥及密钥的作用请参见IKEv1 Phase-1 Negotiation 。
认证算法
IPSec采用Hmac（Keyed-Hash Message Authentication Code）功能进行认证。HMAC是HASH函数（单向散列函数）和消息认证码MAC（Message Authentication Code）的结合，HMAC利用Hash函数，以一个对称密钥和一个数据包作为输入，生成一个固定长度的输出，这个输出被称为完整性校验值ICV（Integrity Check Value）。接收方通过比较自身生成的ICV和对端发送的ICV来判断数据的完整性和真实性。
数据源验证和数据完整性验证统一被称为验证。因为这两种安全服务总是绑定在一起提供的。数据完整性验证是基于每个IP数据包进行计算；将完整性验证密钥同IPSec对端身份绑定的结果间接提供了数据源验证。