IPSec小结

一、理论学习

视频链接：

【华为数通路由交换HCIP/HCNP（完）】https://www.bilibili.com/video/BV1u741177K9?p=61&vd_source=074288d86d8ebe37b20564c9a1bc2d47（IPSec VPN）

文章链接：

https://blog.csdn.net/qq_74338624/article/details/134042457（IPSec VPN）

什么是IPSec VPN

IPSec VPN是一种通过公共互联网（如家庭宽带、4G/5G网络）建立一条加密、安全、私密的隧道，将两个或多个私有网络（如公司总部和分公司）安全地连接起来的技术。

可以把它想象成在混乱的公共道路上，为你的数据修建了一条专属的、有装甲保护的秘密隧道，防止任何人偷看、窃听或篡改。

IPSec VPN两大核心协议

AH（认证头协议）和ESP（封装安全载荷协议）

AH：

发送方对整个原始的IP数据包和一个只有发送方和接收方知道的秘密密钥，一起进行哈希计算，生成一个独一无二和固定长度的“指纹”（即ICV，完整性校验值）。将这个“指纹”和一些用于协商的参数（如SPI、序列号）一起，放入一个AH头中，然后将AH头插入到原始IP数据包中。将这个带有AH头的新数据包发送出去。接收方收到数据包后，使用相同的秘密密钥和哈希算法，对收到的数据包（不包括AH头中会被正常改变字段，如TTL）重新计算“指纹”。接收方将自己计算的“指纹”与AH头中携带的“指纹”进行对比。如果两者完全一致，证明数据包在传输过程中既未被篡改，也来自合法的发送方。如果不一致，则丢弃该数据包。

这是理解AH与ESP区别的核心。AH的保护范围涵盖了几乎整个原始IP数据包，包括：

• AH头本身
• 原始IP头（源/目标IP地址等）
• 上层协议数据（如TCP/UDP头和实际数据）

AH的局限性

由于AH对原始的IP头（包含IP地址）也进行了认证，而IP地址在通过NAT设备时是必须被修改的。一旦IP地址被修改，接收方计算的哈希值就会与发送方计算的不同，导致验证失败，数据包被丢弃。因此，AH与NAT不兼容，这极大地限制了它在当今网络环境（普遍使用NAT）中的应用。

ESP：

ESP 是一个功能更全面的协议，它提供以下三种安全服务：

1. 加密：对数据载荷进行加密，确保数据的机密性，防止窃听。
2. 数据完整性校验：确保数据未被篡改。
3. 数据源认证：验证数据来源。

注意：在IPSec标准中，加密和认证在ESP中都是可选的，但在实际应用中，为了安全起见，总是同时启用加密和认证。

ESP的工作方式与AH有显著不同，因为它涉及到对原始数据的封装：

1. 加密与认证：发送方将原始IP数据包的数据载荷（在传输模式下）或整个原始IP数据包（在隧道模式下）进行加密。然后，对这个加密后的部分（以及ESP头的一部分）进行认证，生成ICV。
2. 封装：将加密后的数据、ESP头（含SPI、序列号）和ESP尾（含填充字节）组合在一起，最后附上ICV。
3. 传输：发送这个封装后的新数据包。
4. 解密与验证：接收方首先验证ICV，确保数据的完整性和真实性。验证通过后，再对加密部分进行解密，恢复出原始的数据。

保护范围的关键点

ESP的保护范围是“分段”的：

• 仅认证部分：

• • ESP头
  • 加密后的数据（即被封装的原数据）
  • ESP尾

• 仅加密部分：

• • 被封装的原数据（即上层协议信息或整个原IP包）

• 不保护部分：

• • 新的IP头（在隧道模式下）或原始IP头（在传输模式下）

因为ESP不保护外部的IP头，所以它可以很好地与NAT协同工作（配合NAT-T技术）。

AH就像一个公证人，他检查整个文件的完整性并证明其来源，但不隐藏文件内容。因为它太“较真”（连IP地址变动都不允许），在现代网络中几乎无处容身。

ESP就像一个装甲运钞车，它不仅保护车内货物（加密），还确保车辆在运输途中未被调包（认证），并且它足够灵活，可以适应复杂的路况（如NAT）

IPSec VPN的两种工作模式

隧道模式

隧道模式把原始的数据和原始的IP包头给进行了封装，并且加上了新的IP包头和IPSec包头

传输模式

隧道模式是网络网关之间用来保护整个网络流量的，它给原始数据包套上了一个全新的“外壳”。

传输模式是两台主机之间用来保护他们之间通信内容的，它只保护原始数据包的“内核”，保留原始“外壳”。

IPSec VPN工作流程

总结下来就是，两次协商，第一次先协商怎么确认对方身份，建立一个安全的通道；第二次协商以什么方式加密文件

想象一下，你所在的分公司是 “特工A”​ ，总部是 “接头人B”​ 。你们要在混乱的互联网大街上传送机密文件。 总目标：建立一个绝对安全的秘密传送通道。 第一步：初次接头，建立安全联络渠道（IKE阶段一） 这个阶段的目标不是传文件，而是确认对方身份，并约定好以后如何秘密沟通。 对暗号，确认能力： 特工A​ 走过去说：“我能用AES-256加密，SHA-256做指纹，用2048位的密码本，我的身份是‘分公司’，你呢？”（这就是协商IKE SA参数）。 接头人B​ 一听，和自己会的技能对上了，就回答：“没问题，我们就用这套方案。”（确认IKE SA提议）。 共创一把“主钥匙”： 接下来，A和B不会直接交换真钥匙，而是进行一个神奇的数学魔术（DH交换）。 他们各自拿出一部分秘密数字，通过公开计算，各自独立地得出了同一把“主钥匙”。即使街上的小偷听到了全部对话，也算不出这把钥匙是什么。这把“主钥匙”是未来所有安全的基础。 亮明身份，最终确认： 现在，A和B要用只有他们才知道的终极暗号（预共享密钥PSK）​ 来确认对方不是冒牌货。 A用“主钥匙”和“终极暗号”对刚才的对话生成一个“签名”递给B。B也用自己的方式验证这个签名。验证通过！​ 双方身份确认无误。 ✅ 至此，IKE阶段一完成：A和B之间建立了一条安全的、被加密保护的指挥通道。以后他们在这个通道里说话，外人听不见也听不懂。 第二步：敲定细节，建立文件传送机制（IKE阶段二） 现在，在安全的指挥通道里，他们开始商量具体怎么传送真正的机密文件。 商量送货方式： 特工A​ 在安全通道里说：“我们送文件时，用ESP装甲车，里面用AES-256加密锁，外面用SHA-256封条，走隧道模式，你看行吗？”（这就是协商IPSec SA参数）。 接头人B​ 回复：“同意！”（确认IPSec SA提议）。 制造一次性密码本： 他们利用之前的“主钥匙”，快速生成一套专门用来加密本次文件的新钥匙（IPSec会话密钥）。 为了更安全，他们甚至可以再做一次简化的数学魔术（PFS完美前向保密），确保即使“主钥匙”哪天泄露了，小偷也无法解开今天传送的文件。 ✅ 至此，IKE阶段二完成：A和B各自手里都拿到了一份完全相同的 《文件传送安全指南》​ 。这份指南里写明了： 用什么车运：ESP协议 怎么锁：AES-256加密 怎么封箱：SHA-256认证 钥匙是什么：那套新生成的会话密钥 这份指南，就是 IPSec SA。 第三步：正式传送，文件安全往来（数据传输） 现在，万事俱备，可以开始正式传送文件了！ 打包发货：当分公司有用户要访问总部的数据时（这被称为 “感兴趣流”），特工A就会出动。他严格按照《文件传送安全指南》，把原始数据（比如一个网页请求）塞进“ESP装甲车”里，用指南里的钥匙加密、贴封条，然后通过互联网大街发送给B。 收货验货：接头人B收到装甲车。 先核对“封条”是否完整，确保没人掉包或篡改（完整性验证）。 用《指南》里的钥匙打开车锁，取出里面的原始文件（解密）。 最后，把这个原始文件交给总部里真正的收件人（比如服务器）。 反向流程完全一样。从此，两个局域网之间的所有通信，都通过这条安全的秘密隧道进行，外面的人既看不到里面发生了什么（加密），也无法篡改内容（认证）。 总结一下，整个流程就三步： 建立安全屋（IKE阶段一）：确认对方是“自己人”，并创建一个安全的谈判环境。 制定运输方案（IKE阶段二）：在安全屋里，敲定如何武装护送“真实数据”的所有细节。 武装押运（数据传输）：按照定好的方案，一遍又一遍地、安全地传送数据。

结合实际题目可以知道IPSec需要先进行两次协商，所以可以这道题目中有两次协商配置，还有对端接口配置，我们要将外网internet作为FW和BC的备用链路，又不想让攻击者知道我们之间的沟通，所以使用了IPSec VPN建立了加密通道和传输内容的加密

还可以从题目中得知，双方想要建立连接，老化时间和加密方式必须是一样的