IKE原理以及協商過程示例

日期：2012年10月17日版權所有，嚴禁以盈利為目的傳播杭州華三通信技術有限公司ISSUE1.0IKE原理以及協商過程示例IPSec是安全領域常用的一組協議，IKE是其中之一，但是IKE不僅僅能用于IPsec學習IKE需要具備一定的安全知識需要了解各種加密算法、驗證算法引入掌握IKE基本原理熟悉IKE的報文結構熟悉預共享密鑰的認證方式熟悉MAIN模式的協商過程課程目標學習完本課程，您應該能夠：什么是IKEIKE（InternetKeyExchange，因特網密鑰交換協議，RFC2409）：是以受保護的方式動態協商安全聯盟的一種協議。IKE的功能：協商通信雙方安全特性、參數進行通信雙方身份認證用安全的方法產生，交換密鑰管理、更新、刪除安全聯盟（SA）什么是SASA（SecurityAssociation，安全聯盟）通信實體之間經過協商建立起來的一種協定，從而決定了哪些數據需要保護、采用什么算法來保護等。SA是單向的，因此每個安全通信單體必須要有兩種SA，一個入方向

，一個出方向IKE的安全機制DH（DiffieHellman）交換技術；IKE具有完善的數據認證方式。DH算法Diffie-Hellman（DH）交換及密鑰分發：DH密鑰交換是一種公共密鑰加密系統。利用DH交換技術，我們可以在一個不受保護的通信信道上，在交換雙方建立一個安全的共享密鑰會話。p和gxyPEER1PEER2C=gx

modpD=gy

modpCy

modpDx

modp

dmodp=cmodp=gmodpxyxyIKE的數據認證身份認證：身份認證確認通信雙方的身份。我司設備先支持兩種認證方法：預共享密鑰（pre-shared-key）認證和基于數字簽名（rsa-signature）的認證。基于預共享密鑰（Pre_SharedKey）：雙方事先約定好一個共享的密鑰。基于數字簽名（DigitalSignature）：利用數字證書來表示身份，利用數字簽名算法計算出一個簽名來驗證身份。身份保護：身份保護在傳送中保護身份數據。身份數據在密鑰產生之后加密傳送，實現了對身份數據的保護。IKE基本組成IKE屬于一種混合型協議，建立在由ISAKMP定義的一個框架之上，定義了自己的密鑰管理方式。IKE協商報文以ISAKMP協議封裝，學習IKE有必要先了解ISAKMP協議、ISAKMP頭結構，ISAKMP載荷等。ISAKMP協議ISAKMP（InternetSecurityAssociationKeyManagementProtocol，Internet安全聯盟密鑰管理協議）：RFC2408。ISAKMP只是為協商、修改、刪除SA的方法提供了一個通用的框架，并沒有定義具體的SA格式。這個通用的框架是與密鑰交換獨立的，可以被不同的密鑰交換協議使用。ISAKMP的消息頭UDP端口號500發起者和響應者的cookies表示報文頭部緊跟的載荷類型交換的具體類型2---main模式，4---Aggressive模式消息的唯一標示符載荷（Payload）安全聯盟[SA]密鑰交換[KE]身份[ID]常見載荷隨機數[Nonce]散列[HASH]IKE協商階段階段1這個階段要協商的SA稱為IKESA，該SA是為了保證階段2的安全通信。階段2這個階段要協商的SA是密鑰交換協議最終要協商的SA。階段1所協商的一個SA可以用于協商多個階段2的SA。舉例：預共享密鑰主模式+Quick

發起者回應者階段I變換#n…SAi變換#1提議ISAKMP頭(CKY-I)IP+UDP頭變換#x提議SArISAKMP頭(CKY-I,CKY-R)IP+UDP頭HASH_IIDiiISAKMP頭(CKY-I,CKY-R)IP+UDP頭HASH_RIDirISAKMP頭(CKY-I,CKY-R)IP+UDP頭IKESA協商DH變換身份認證KE(gXi)ISAKMP頭(CKY-I,CKY-R)IP+UDP頭NiKE(gXr)ISAKMP頭(CKY-I,CKY-R)IP+UDP頭Nr消息1&2：Cookie交換與IKESA協商消息1、2通過交換SA載荷進行協商IKE安全提議。IKE協商發起端FW1IKE協商響應端FW2計算Cookie-i=MD5（源目IP、隨機數、日期和時間）（1）Cookie-I，SA計算Cookie-r=MD5（源目IP、隨機數、日期和事件）根據消息1攜帶的載荷協商IKE安全提議。（2）Cookie-I，

Cookie-r，SA消息1發起Cookie協商IKE第一階段模式下一個載荷最后一個載荷DOI=1表示第二階段用于IPSec加密算法驗證算法身份認證算法選擇DH組SA更新方法和周期消息2協商一個自己支持的提議響應Cookie協商消息3&4：DH密鑰交換與生成交換DH變換的公共密鑰、隨機數，從而生成IKE

SA相關密鑰；消息3、4通過交換KE和Nonce載荷交換生成密鑰的信息。IKE協商發起端FW1IKE協商響應端FW2計算C=

gxmodp；生成大隨機數Ni。（3）

Cookie-i，Cookie-r，C，Ni計算D=

gymodp；生成大隨機數Nr。（4）Cookie-i，Cookie-r，D，Nr消息3交換是未經加密的密鑰交換載荷交換DH變換公開值隨機值Ni，用于密鑰生成消息4隨機值Nr，用于密鑰生成交換DH變換公開值密鑰交換載荷消息5&6：認證并建立一個安全通道消息5、6通過交換ID載荷和HASH載荷對對等體進行驗證，這些信息都是加密的。IKE協商發起端FW1IKE協商響應端FW2計算gxymodp；根據Pre-sharedKEY、DH秘密、大隨機數計算密鑰。（5）

Cookie-i，Cookie-r，IDi，HASH_i計算gxymodp；根據Pre-sharedKEY、DH秘密、大隨機數計算密鑰。（6）Cookie-i，Cookie-r，IDr，HASH_r加密信息階段

IIIDurIDuiKE(gXi)HASH1NiSAuiISAKMP頭(CKY-I,CKY-R)IP+UDP頭IDurIDuiKE(gXr)HASH2NrSAurISAKMP頭(CKY-I,CKY-R)IP+UDP頭HASH3ISAKMP頭(CKY-I,CKY-R)IP+UDP頭發起者回應者IKE第二階段IKE協商發起端FW1IKE協商響應端FW2利用安全密鑰、M_ID、隨機數Ni’、SAi等信息計算hash1；Cookie-i，Cookie-r，hash1，Sai，Ni’Cookie-i，Cookie-r，hash2，SAi，Nr’利用安全密鑰、M_ID、隨機數Nr’、SAr等