IPSEC場景應用分析

司 蕾

蘇州高博軟件技術職業(yè)學院，江蘇蘇州 215163

IPSEC場景應用分析

司 蕾

蘇州高博軟件技術職業(yè)學院，江蘇蘇州 215163

本文提出一種在多IPSEC隧道場景下查詢SA的方法，并且與常見的方法進行效率對比，供技術感興趣者和相關領域者參考。

IPSEC；加密 ；IPSEC SA

隨著IP技術的普及，特別是在移動通信，銀行系統(tǒng)等對安全要求比較高的領域，IPSEC加密技術成為運營商或者廠家的首選。IPSEC技術包含IKE協(xié)議、加密和認證技術等，這些相關技術基本上都是標準組織在協(xié)議或者草案已經(jīng)定義好的，但是實際在各種應用場景下還是會出現(xiàn)很多可擴展性的技術，以適應各種IPSEC應用場景。

1 IPSEC應用的網(wǎng)絡結構分類

“Internet 協(xié)議安全性 (IPSec)”是一種開放標準的框架結構，通過使用加密的安全服務以確保在 Internet 協(xié)議 (IP) 網(wǎng)絡上進行保密而安全的通訊。IPSEC技術常見的網(wǎng)絡部署場景一般有對稱型網(wǎng)絡和不對稱型網(wǎng)絡兩種。

對稱型網(wǎng)絡一般適用于企業(yè)的分部之間或者企業(yè)與企業(yè)之間，在互聯(lián)網(wǎng)絡上兩臺安全網(wǎng)關協(xié)商IPSEC隧道，用于加密所有流經(jīng)的機密數(shù)據(jù)；不對稱型網(wǎng)絡一般適用于遠端接入，例如經(jīng)常在外的企業(yè)人員需要訪問企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡，可以隨時在網(wǎng)絡上向安全網(wǎng)關發(fā)起ISPEC隧道協(xié)商，協(xié)商加密隧道后，訪問企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡。兩種網(wǎng)絡結構，最大的不同點在于對稱型網(wǎng)絡中兩側的客戶端不需要具有IPSEC功能，而不對稱型網(wǎng)絡中要求接入側的客戶端具有IPSEC功能。本文主要講解不對稱型網(wǎng)絡在IPSEC應用中的各種技術點的分析。

2 實際網(wǎng)絡部署帶來的問題

2.1 IPSEC的隧道模式

隧道模式，顧名思能義是雙層IP地址的應用類型，即外層IP地址用于路由轉發(fā)，內(nèi)層IP報文是真正的用戶數(shù)據(jù)報文。如下圖所示，當客戶端需要發(fā)出加密數(shù)據(jù)時：

第一步，首先生成需要加密的數(shù)據(jù)，其中Inner IP是指客戶端的內(nèi)部邏輯IP，用于與對端客戶端交互的IP（注：對端客戶端在企業(yè)內(nèi)部，不需要具有IPSEC功能）；

第二步，使用外部IP地址進行封裝，同時加上ESP頭對第一步生成的數(shù)據(jù)進行加密

第三步，網(wǎng)絡對加密數(shù)據(jù)報文進行轉發(fā)，其中轉發(fā)的依據(jù)是外部IP目的地址是安全網(wǎng)關；

第四步，安全網(wǎng)關收到數(shù)據(jù)后，對報文“剔除”外層IP頭以及ESP頭，對加密數(shù)據(jù)進行解密后恢復原始數(shù)據(jù)；

第五步，網(wǎng)絡原始數(shù)據(jù)報文進行轉發(fā)，轉發(fā)的依據(jù)是內(nèi)層IP目的地址是企業(yè)內(nèi)部的各個客戶端。

對于安全網(wǎng)關來說，需要接入成千上萬的IPSEC客戶端，如何來區(qū)分各個IPSEC客戶端呢，使用各自的加密和認證算法進行加密和解密呢？

2.2 為什么要區(qū)分IPSEC客戶端

每一個客戶端接入安全網(wǎng)關都需要協(xié)商以下參數(shù)才能建立IPSEC隧道：

1）加密和認證算法，例如3DES，ASE128以及認證算法MD5，SHA1等；

2）需要加解密的數(shù)據(jù)流，也就是IPSEC ACl，源IP目的IP；

3）加密密鑰和認證密鑰，每一個IPSEC的隧道密鑰必然不同。

以上數(shù)據(jù)的合集在IPSEC技術框架中的術語叫IPSEC SA()，即IPSEC安全聯(lián)盟，每一個IPSEC SA代表需要加密的那份數(shù)據(jù)需要的參數(shù)。如果安全網(wǎng)關無法區(qū)分客戶端，下行數(shù)據(jù)流就無法正確發(fā)到客戶端或者加解密失敗。

2.3 基于ACL查詢的IPSEC場景

IKE協(xié)議交互分為兩個階段，第一階段為IKE SA的建立，第二階段為IPSEC SA的建立.IPSEC SA建立在IKE SA的基礎上，IPSEC SA主要目的是建立后續(xù)業(yè)務數(shù)據(jù)需要加密的密鑰以及哪些數(shù)據(jù)需要加密.如下圖所示，TSi(Traffic Selector Initiator)和TSr為Traffic Selector Responser，發(fā)起者的流量范圍與接收者的流量范圍兩者相與，便可以獲取需要加密的數(shù)據(jù)acl.

例如上述IPSEC客戶端之間的IPSEC協(xié)商時，TS為必選參數(shù)。

TSi為192.168.1.0/24-192.168.2.0/27

TSr為192.168.1.0/27-192.168.2.0/24

那么最終協(xié)商的traffic selector為192.168.1.0/27-192.168.2.0/27

根據(jù)IKE協(xié)議交互我們得知，IKE協(xié)商時traffic selector是一個非常重要的參數(shù)，如果客戶端與安全網(wǎng)關不一致時，隧道是無法協(xié)商成功的，我們一般稱traffic selector為IPSEC ACL。

根據(jù)以上分析得知,當安全網(wǎng)關收到需要加密的數(shù)據(jù)時，可以根據(jù)內(nèi)層的數(shù)據(jù)自動匹配IPSEC ACL選擇IPSEC SA，也就是匹配到不同的客戶端。如上圖所示。

2.4 基于路由方式的IPSEC場景

基于ACL查詢的IPSEC場景適合于內(nèi)層IP地址網(wǎng)段能比較容易區(qū)分，也就是每一個IPSEC對等體的流量范圍不一致時。當內(nèi)層網(wǎng)段無法區(qū)分每一個客戶端，并且ACL只能使用相同的ACL時，如下圖所示，所有的IPSEC客戶端的內(nèi)層IP都有3個網(wǎng)段，無法進行歸類，只能使用0.0.0.0/0通配符網(wǎng)段。

在該場景下安全網(wǎng)關不能再通過協(xié)商的ACL來進行SA查詢了，因為所有客戶端協(xié)商的ACL源地址網(wǎng)段都是0.0.0.0/0通配符。為了能正確匹配所有客戶端，安全網(wǎng)關需要為每一個客戶端配置內(nèi)層IP網(wǎng)段的路由（即需要加密的數(shù)據(jù)流的網(wǎng)段），并且每一條路由與IPSEC隧道標示進行關聯(lián)，這樣就可以通過路由正確匹配IPSEC SA了。假設安全網(wǎng)關接入兩個客戶端，在安全網(wǎng)關上需要做如下部署：

1）IPSEC客戶端1的IPSEC隧道記錄為tunnel1

IPSEC客戶端2的IPSEC隧道記錄為tunnel2。

2）ip route 192.168.1.1/29 tunnel1；

ip route 172.16.1.1/29 tunnel1；

ip route 10.192.1.1/29 tunnel1；

ip route 192.168.2.1/29 tunnel2；

ip route 172.16.2.1/29 tunnel2；

ip route 10.192.2.1/29 tunnel2。

3 結論

基于筆者的經(jīng)驗，對以上兩種IPSEC SA的查詢方式作了比較，提供給使用者以及相關技術開發(fā)者參考。

[1]Harkins，D.and D.Carrel，"The Internet Key Exchange(IKE)"，RFC 2409，1998，11.

[2]D.Maughan，and J.Turner“Internet Security Association and Key Management Protocol (ISAKMP)”，RFC 2408，1998，11.

TP39

A

1674-6708（2010）30-0222-02