计算机世界网-IKE协议与实现1

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Internet密钥交换（IKE）解决了在不安全的网络环境（如Internet）中安全地建立或更新共享密钥的问题。IKE是非常通用的协议，不仅可为IPsec协商安全关联，而且可以为SNMPv3、RIPv2、OSPFv2等任何要求保密的协议协商安全参数。
IKE协议与实现
曾韵 汤隽(zzcyr@263.net)
一、IKE的作用
当应用环境的规模较小时，可以用手工配置SA；当应用环境规模较大、参与的节点位置不固定时， IKE可自动地为参与通信的实体协商SA，并对安全关联库（SAD）维护，保障通信安全。
二、IKE的机制
IKE属于一种混合型协议，由Internet安全关联和密钥管理协议（ISAKMP）和两种密钥交换协议OAKLEY与SKEME组成。IKE创建在由ISAKMP定义的框架上，沿用了OAKLEY的密钥交换模式以及SKEME的共享和密钥更新技术，还定义了它自己的两种密钥交换方式。
IKE使用了两个阶段的ISAKMP：第一阶段，协商创建一个通信信道（IKE SA），并对该信道进行验证，为双方进一步的IKE通信提供机密性、消息完整性以及消息源验证服务；第二阶段，使用已建立的IKE SA建立IPsec SA（如图1所示）。

IKE共定义了5种交换。阶段1有两种模式的交换：对身份进行保护的“主模式”交换以及根据基本ISAKMP 文档制订的“野蛮模式”交换。阶段2 交换使用“快速模式”交换。IKE 自己定义了两种交换：1为通信各方间协商一个新的DiffieHellman 组类型的“新组模式”交换；2在IKE 通信双方间传送错误及状态消息的ISAKMP信息交换。
1．主模式交换
主模式交换提供了身份保护机制，经过三个步骤，共交换了六条消息。三个步骤分别是策略协商交换、DiffieHellman共享值、nonce交换以及身份验证交换（如图2所示）。

2．野蛮模式交换
野蛮模式交换也分为三个步骤，但只交换三条消息：头两条消息协商策略，交换DiffieHellman公开值必需的辅助数据以及身份信息；第二条消息认证响应方；第三条消息认证发起方，并为发起方提供在场的证据（如图3所示）。

3．快速模式交换
快速模式交换通过三条消息建立IPsec SA：头两条消息协商IPsec SA的各项参数值，并生成IPsec 使用的密钥；第二条消息还为响应方提供在场的证据；第三条消息为发起方提供在场的证据（如图4所示）。

4．新组模式交换
通信双方通过新组模式交换协商新的Diffie－Hellman组。新组模式交换属于一种请求/响应交换。发送方发送提议的组的标识符及其特征，如果响应方能够接收提议，就用完全一样的消息应答（如图5所示）。

5．ISAKMP信息交换
参与IKE通信的双方均能向对方发送错误及状态提示消息。这实际上并非真正意义上的交换，而只是发送单独一条消息，不需要确认（如图6所示）。

三、IKE的安全
1．机密性保护
IKE使用DiffieHellman组中的加密算法。IKE共定义了五个DiffieHellman组，其中三个组使用乘幂算法（模数位数分别是768、1024、1680位），另两个组使用椭圆曲线算法（字段长度分别是155、185位）。因此，IKE的加密算法强度高，密钥长度大。
2．完整性保护及身份验证
在阶段1、2交换中，IKE通过交换验证载荷（包含散列值或数字签名）保护交换消息的完整性，并提供对数据源的身份验证。IKE列举了四种验证方法：1预共享密钥；2数字签名；3公钥加密；4改进的公钥加密。
3．抵抗拒绝服务攻击
对任何交换来说，第一步都是cookie交换。每个通信实体都生成自己的cookie，cookie提供了一定程度的抗拒绝服务攻击的能力。
如果在进行一次密钥交换，直到完成cookie交换，才进行密集型的运算，比如DiffieHellman交换所需的乘幂运算，则可以有效地抵抗某些拒绝服务攻击，如简单使用伪造IP源地址进行的溢出攻击。
4．防止中间人攻击
中间人攻击包括窃听、插入、删除、修改消息，反射消息回到发送者，重放旧消息以及重定向消息。ISAKMP的特征能阻止这些攻击成功。
5．完美向前保密
完美向前保密（PFS），指即使攻击者破解了一个密钥，也只能还原这个密钥加密的数据，而不能还原其他的加密数据。要达到理想的PFS，一个密钥只能用于一种用途，生成一个密钥的素材也不能用来生成其他的密钥。我们把采用短暂的一次性密钥的系统称为“PFS”。
如果要求对身份的保护也是PFS，则一个IKE SA只能创建一个IPsec SA。
四、IKE的实现
IKE是一个用户级的进程。启动后，作为后台守护进程运行。在需要使用IKE服务前，它一直处于不活动状态。可以通过两种方式请求IKE服务：1当内核的安全策略模块要求建立SA时，内核触发IKE。2当远程IKE实体需要协商SA时，可触发IKE。
1．IKE与内核的接口
内核为了进行安全通信，需要通过IKE建立或更新SA。IKE 同内核间的接口有：
1同SPD通信的双向接口。当IKE得到SPD的策略信息后，把它提交给远程IKE对等实体；当IKE收到远程IKE对等实体的提议后，为进行本地策略校验，必须把它交给SPD。
2同SAD通信的双向接口。IKE 负责动态填充SAD，要向SAD发送消息（SPI请求和SA实例），也要接收从SAD返回的消息（SPI 应答）。
2．IKE 对等实体间接口
IKE为请求创建SA的远程IKE对等实体提供了一个接口。当节点需要安全通信时，IKE与另一个IKE对等实体通信，协商建立IPsec SA。如果已经创建了IKE SA，就可以直接通过阶段2 交换创建新的IPsec SA；如果还没有创建IKE SA，就要通过阶段1、2交换创建新的IKE SA及IPsec SA。
（网页编辑：嘉佳）
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