IPSec IKE-ISAKMP-DH AH-ESP MD5-SHA1 DES-3DES-AES-RSA

从宏观上来看，ISAKMP主要做了三件事情：

1.      SA协商

2.      **交换

3.      认证

SA协商的目的是为了在通信双方间协商出一组双方都认可的安全参数。比如两端采用相同的加密算法和完整性算法。

**交换的目的是为已经协商好的算法生成必要的**信息。

认证的目的是鉴别对方的身份，保证自己不是在跟一个伪造的对象通信。

一般有两种方式。第一种叫做**传输，第二种叫做**生成。

**生成与**传输有着本质的不同。由于**是不在网络上传输的，这样，即便一个攻击者截取了**交换信息，也无法取得**。**生成通常使用Diffie-Hellman算法。首先通信的双方各自独立的生成一个私钥，记为Xi和Xr。然后利用Xi和Xr生成可以公开的**信息Yi和Yr。双方交换Yi和Yr，于是发起端拥有Xi和Yr，而接收端拥有Yi和Xr。利用这些信息和DH算法，两端就可以生成相同的**。

DH算法最大的一个缺陷在于，它无法防止中间人攻击，因此需要认证。

ISAKMP一般使用UDP传输，port为500；

2.SA - Security Association

SA是IPsec的基础。IPsec在两个端点（end point）之间提供安全通信，SA是两个端点之间某些参数的约定。

比如：

- 使用哪种协议，AH，ESP，还是二者同时；

- 认证算法，MD5，还是SHA1等；

- 加密算法，DES，3DES，还是其它；

- 协议的封装模式，传输模式还是隧道模式；

- 特定流中的Key，以及Key的生存周期；

SA是单向的，连个端点需要双向通信时，至少需要一对SA；

如果需要同时使用AH和ESP，那么每个端点都需要针对AH和ESP建立单独的SA，即双向通信时需要2对SA；

SA的建立方式：

- 手工建立；

- IKE自动协商建立；

SA的生存周期

- 手工建立，永久的；

- IKE自动建立的SA，有两种生存周期，基于时间的和基于流量的，分别在达到一定时长或者流量的情况下过期；

3. AH和ESP

AH（authentication header）和ESP（Encapsulating Security Payload）用于提供安全服务。

IPsec协议中的：

AH协议定义了认证的应用方法，提供数据源认证和完整性保证；IP协议号为51，认证算法有MD5，SHA1等；

ESP协议定义了加密和可选认证的应用方法，提供数据可靠性保证；IP协议号为50，加密算法有DES，3DES，AES等，作为可选项，可以使用MD5，SHA1等进行认证；

AH和ESP都可以提供认证服务，不过，AH提供的认证服务要强于ESP。同时使用AH和ESP时，设备支持的AH和ESP联合使用的方式为：先对报文进行ESP封装，再对报文进行AH封装，封装之后的报文从内到外依次是原始IP报文、ESP头、AH头和外部IP头。

AH：

next hdr 下一个报头：使用 IP 协议 ID来标识 IP 负载,。从下图可知，表示被AH协议包含的那一个协议的类型。例如，TCP数据中，传输模式值 6 表示 TCP，隧道模式表示下一个报头为IP报头。

AH len 长度：表示 AH 报头的长度。

Reserved 保留字段

SPI 安全参数索引 ：与目标地址及安全协议（AH 或 ESP）组合使用，以确保通信的正确安全关联。接收方使用该值确定数据包是使用哪一安全关联标识的。

Sequence Number 序数 ：为该数据包提供抗重播保护。序数是 32 位、递增的数字（从 1 开始），它表示通过通信的安全关联所发送的数据包数。在快速模式安全关联的生存期内***不能重复。接收方将检查该字段，以确认使用该数字的安全关联数据包还没有被接收过。如果一个已经被接收，则数据包被拒绝。

Authentication Data 身份验证数据 ：包含完整性校验值 (ICV)，也称为消息身份验证码，用于验证消息身份验证与完整性。接收方计算 ICV 值并对照发送方计算的值校验它，以验证完整性。ICV 是通过 IP 报头、AH 报头与 IP 负载来计算的。AH可对整个数据包（IP 报头与数据包中的数据负载）提供身份验证、完整性与抗重播保护。所以不论是传输模式还是隧道模式，AH协议都不能穿越nat设备。

下图中黄色部分表示被AH协议签名保护的部分。

ipsec协议的操作模式

ESP：