IPSEC构建站点到站点连接的基本过程（标准IPsec VPN）

对于站点到站点的会话，构建连接的基本过程如下：

一个VPN网关对等体发起了到另外一个远程的VPN网关对等体的会话（触发流量），如果没有存在VPN的连接，那么ISAKMP/IKE阶段1开始：

l 两个对等体协商如何保护管理连接

l Diffie-hellman用于为管理连接中的加密算法和HMAC功能来安全的共享密钥。

l 在安全管理连接中来执行设备验证。

ISAKMP/IKE阶段1结束，阶段2开始：

对等体协商参数和密钥信息用来保护数据连接（这是在安全管理连接下实现的，或者你也可以选择性的再次使用Diffie hellman)

数据连接被建立，阶段2结束，VPN网关现在可以通过数据连接来保护用户流量。最终，管理连接和数据连接将会超时，并重新构建连接。协商过程中IKE使用用户数据报协议(UDP)端口500(通常用于源和目的双方)进行通信。

1.2     ISAKMP/IKE阶段1

ISAKMP/IKE阶段1基本上负责建立一个安全的管理连接，它有两种工作模式：主模式和积极模式（或称为野蛮模式）。管理连接是一个双向的过程，源和目标都是使用的UDP 500。

在ISAKMP/IKE阶段1将会发生三件事情，以建立双向的ISAKMP SA

     　1.安全关联建立和安全参数协商（加密算法，HASH算法，DH组，身份认证）。

       2.DH算法（密钥交换）

       3.对等体认证（预攻向密钥，数字证书，加密随即数）

3.2.1 主模式

主模式在三次交换中总共用到了六条消息，最终建立了IKE SA。报文是UDP的类型，封装在端口500里面。6个数据包共三个步骤，[协商安全参数]、[Diffie-Hellman和nonce交换]、以及[对方身份的验证]：

第一对消息主要为SA交换，是协商确认有关安全策略的过程；

①   发起者send一个cookie (记为：Ci ) 和SA负载（记为：SAi，包括使用的加密算法如DES、3DES等，散列算法如MD5，身份验证方法如预共享、数字签名、加密临时值等，生存时间等信息）用来协商参数；

②   响应者发送一个SAr（已经挑选的安全参数）和cookie Cr: 如果没有可以挑选的参数，响应者会返回一个负载拒绝；

第二对消息叫密钥交换，交换Diffie-Hellman公共值和辅助数据（如：随机数），加密物在这个阶段产生；

此过程的目的在于为第一对消息中所协商的算法生成加密key。两个对等体通过DH生成公钥并交换DH公钥参数以及随机的称为nonces(伪随机数)的仅被使用一次的值。nonces用来预防重传攻击。这2条消息，用于交换DH的公开信息和随机数。

两个对等体根据DH的公开信息都算出了双方相等的密值后，两个nonce连通预共享密钥生成第一个skeyID，随后便根据SKEY__ID来推算出其他几个skeyID。

1: KDH＝DH算法（用自己的私钥+对方公钥）

2: SKEY__ID=hash (pre-shared key ,Ni | Nr)

3: SkeyID_d=hash(SKEY__ID, KDH| Ci | Cr | 0 )

4: SkeyID_a = hash(SKEY__ID, SkeyID_d |  KDH| Ci | Cr | 1)

5: SkeyID_e=hash(SKEY__ID,SkeyID_a |  KDH| Ci | Cr | 2 )

² skeyID_d---第二阶段使用，用来协商出后续IPSEC SA加密使用的IKE密钥资源；

² skeyID_a---散列预共享密钥(HMAC中的密钥)，为后续的IKE消息协商以及IPSECSA协商进行完整性检查；

² skeyID_e---为后续的IKE消息协商以及IPSEC SA协商进行加密，下一阶段的message，data，Preshared key，和第二阶段的加密。

最后一对消息是ID信息和验证数据交换，这个过程是受skeyID_e加密保护的，进行身份验证和对整个SA交换进行验证。

       完成此步骤的设备认证，使用skeyID_e进行加密，SkeyID_a 进行HASH认证（HASH_i,HASH_r)所涉及的算法都是最前面两个包协商出来的；最重要的是在这次交换中还有个ID交换（IDi,IDr);

6.HASHi = hash(SKEYID, X|Y|Ci|Cr|SAr|IDi)

7.HASHr = hash(SKEYID, X|Y|Cr|Ci|SAi|IDr)

主模式的好处：设备验证的步骤发生在安全的管理连接中，因为这个连接是在前两个步骤中构建的，因此，两个对等体需要发送给对方的任何实体信息都可以免受攻击。站点到站点和使用证书做设备验证的远程访问默认使用主模式。

主模式=1个双向ISAKMP SA + 2次加密 + 3次交换 + 5个KEY + 6个包 + 7步运算

3.2.2 野蛮模式（积极模式）

对于两端IP地址不是固定的情况（如ADSL拨号上网），并且双方都希望采用预共享密钥验证方法来创建IKE SA，就需要采用野蛮模式。另外如果发起者已知回应者的策略，采用野蛮模式也能够更快地创建IKE SA。

1.在第一条消息中，发起方发送ISAKMP报头,安全关联,DH公开值，临时值和身份ID

2.在第二条消息中，应答方用选定提议的所有参数和DH公开值进行应答，该消息被验证，但没有加密.

3第三条消息由发起方发回给应答方，该消息被验证，让应答方能够确定其中的散列值是否与计算得到的散列值相同，进而确定消息是否有问题.积极模式没有主模式安全，因为身份是以明文方式传输的且不能协商DH参数

总结：积极模式＝1个双向ISAKMP SA+1次加密+3个步骤+3个包+5个KEY+7步运算

3.3.3 野蛮模式的必要性：

两边都是主机名的时候，就一定要用野蛮模式来协商，如果用主模式的话，就会出现根据源IP地址找不到预共享密钥的情况，以至于不能生成SKEY_ID。

1、因为主模式在交换完3、4消息以后，需要使用预共享密钥来计算SKEY_ID，但是由于双方的ID信息在消息5、6中才会被发送，此时主模式的设备只能使用消息3、4中的源IP地址来找到与其对应的预共享密钥；如果主模式采用主机名方式，主机名信息却包含在消息5、6中，而IPSEC双方又必须在消息5、6之前找到其相应的预共享密钥，所以就造成了矛盾。

2、在野蛮模式中，ID信息（IP地址或者主机名）在消息1、2中就已经发送了，对方可以根据ID信息查找到对应的预共享密钥，从而计算出SKEY_ID。

3.3.4 两种模式的区别：

1、野蛮模式协商比主模式协商更快。主模式需要交互6个消息，野蛮模式只需要交互3个消息。

2、主模式协商比野蛮模式协商更严谨、更安全。因为主模式在5、6个消息中对ID信息进行了加密。而野蛮模式由于受到交换次数的限制，ID信息在1、2个消息中以明文的方式发送给对端。即主模式对对端身份进行了保护，而野蛮模式则没有。

3、NAT支持：

①对预共享密钥认证：主模式不支持NAT转换，而野蛮模式支持

②对于证书方式认证：两种模式都能支持。

4、两种模式在确定预共享密钥的方式不同。主模式只能基于IP地址来确定预共享密钥。而野蛮‘模式是基于ID信息（主机名和IP地址）来确定预共享密钥。

1.3     ISAKMP/IKE阶段2

SAKMP/IKE阶段2只有一个模式：快速模式.它定义了受保护数据连接是如何在两个IPSEC对等体之间构成的.快速模式有两个主要的功能：

    1.协商安全参数来保护数据连接。

    2.周期性的对数据连接更新密钥信息.

阶段2所关心的事：

    1.什么流量需要被保护？（感兴趣流量）

    2.应当使用什么样的安全协议来保护流量（AH,ESP)

    3.基于选择的安全协议，数据流量是如何 被保护的？（例如使用什么样的HMAC功能）

    4.使用什么样的操作模式？（传输模式，隧道模式）

    5.当刷新密钥信息的时候，是ISAKMP/IKE阶段1的管理用来共享心的密钥还是完美转发密钥用于刷新密钥？

    6.数据连接的生存周期是多少？

好文章，学习了！

我靠   没发现还有这么一篇文章    给个大拇指

把原理都讲的非常详细，真的很棒。我这边有个问题，第一阶段和第二阶段的生存周期需要一致吗，如果不一致会有什么影响

很专业，谢谢分享。。。