Internet密鑰交換（IKE）
兩臺IPSec計算機在交換數(shù)據(jù)之前，必須首先建立某種約定，這種約定，稱為"安全關(guān)聯(lián)"，指雙方需要就如何保護(hù)信息、交換信息等公用的安全設(shè)置達(dá)成一致，更重要的是，必須有一種方法，使那兩臺計算機安全地交換一套密鑰，以便在它們的連接中使用。見圖七。
圖七 Internet密鑰交換
Internet 工程任務(wù)組IETF制定的安全關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)法和密鑰交換解決方案--IKE（Internet密鑰交換）負(fù)責(zé)這些任務(wù)，它提供一種方法供兩臺計算機建立安全關(guān)聯(lián) (SA)。SA 對兩臺計算機之間的策略協(xié)議進(jìn)行編碼，指定它們將使用哪些算法和什么樣的密鑰長度，以及實際的密鑰本身。IKE主要完成兩個作用：
·安全關(guān)聯(lián)的集中化管理，減少連接時間
·密鑰的生成和管理
一、什么是SA？
安全關(guān)聯(lián)SA（Security Association）是單向的，在兩個使用 IPSec的實體（主機或路由器）間建立的邏輯連接，定義了實體間如何使用安全服務(wù)（如加密）進(jìn)行通信。它由下列元素組成：1）安全參數(shù)索引SPI；2）IP目的地址；3）安全協(xié)議。
SA是一個單向的邏輯連接，也就是說，在一次通信中，IPSec 需要建立兩個SA，一個用于入站通信，另一個用于出站通信。若某臺主機，如文件服務(wù)器或遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器，需要同時與多臺客戶機通信，則該服務(wù)器需要與每臺客戶機分別建立不同的SA。每個SA用的SPI索引標(biāo)識，當(dāng)處理接收數(shù)據(jù)包時，服務(wù)器根據(jù)SPI值來決定該使用哪種SA。
二、第一階段SA（主模式SA，為建立信道而進(jìn)行的安全關(guān)聯(lián)）
IKE建立SA分兩個階段。第一階段，協(xié)商創(chuàng)建一個通信信道（IKE SA），并對該信道進(jìn)行認(rèn)證，為雙方進(jìn)一步的IKE通信提供機密性、數(shù)據(jù)完整性以及數(shù)據(jù)源認(rèn)證服務(wù)；第二階段，使用已建立的IKE SA建立IPsec SA。分兩個階段來完成這些服務(wù)有助于提高密鑰交換的速度。 第一階段協(xié)商（主模式協(xié)商）步驟：
1．策略協(xié)商，在這一步中，就四個強制性參數(shù)值進(jìn)行協(xié)商：
1）加密算法：選擇DES或3DES
2）hash算法：選擇MD5或SHA
3）認(rèn)證方法：選擇證書認(rèn)證、預(yù)置共享密鑰認(rèn)證或Kerberos v5認(rèn)證
4）Diffie-Hellman組的選擇
2．DH交換
雖然名為"密鑰交換"，但事實上在任何時候，兩臺通信主機之間都不會交換真正的密鑰，它們之間交換的只是一些DH算法生成共享密鑰所需要的基本材料信息。DH交換，可以是公開的，也可以受保護(hù)。在彼此交換過密鑰生成"材料"后，兩端主機可以各自生成出完全一樣的共享"主密鑰"，保護(hù)緊接其后的認(rèn)證過程。
3．認(rèn)證 DH交換需要得到進(jìn)一步認(rèn)證，如果認(rèn)證不成功，通信將無法繼續(xù)下去。"主密鑰"結(jié)合在第一步中確定的協(xié)商算法，對通信實體和通信信道進(jìn)行認(rèn)證。在這一步中，整個待認(rèn)證的實體載荷，包括實體類型、端口號和協(xié)議，均由前一步生成的"主密鑰"提供機密性和完整性保證。
三、第二階段SA（快速模式SA，為數(shù)據(jù)傳輸而建立的安全關(guān)聯(lián)）
這一階段協(xié)商建立IPsec SA，為數(shù)據(jù)交換提供IPSec服務(wù)。第二階段協(xié)商消息受第一階段SA保護(hù)，任何沒有第一階段SA保護(hù)的消息將被拒收。
第二階段協(xié)商（快速模式協(xié)商）步驟：
1．策略協(xié)商，雙方交換保護(hù)需求：
·使用哪種IPSec協(xié)議：AH或ESP
·使用哪種hash算法：MD5或SHA
·是否要求加密，若是，選擇加密算法：3DES或DES 在上述三方面達(dá)成一致后，將建立起兩個SA，分別用于入站和出站通信。
2．會話密鑰"材料"刷新或交換
在這一步中，將生成加密IP數(shù)據(jù)包的"會話密鑰"。生成"會話密鑰"所使用的"材料"可以和生成第一階段SA中"主密鑰"的相同，也可以不同。如果不做特殊要求，只需要刷新"材料"后，生成新密鑰即可。若要求使用不同的"材料"，則在密鑰生成之前，首先進(jìn)行第二輪的DH交換。
3．SA和密鑰連同SPI，遞交給IPSec驅(qū)動程序。
第二階段協(xié)商過程與第一階段協(xié)商過程類似，不同之處在于：在第二階段中，如果響應(yīng)超時，則自動嘗試重新進(jìn)行第一階段SA協(xié)商。
第一階段SA建立起安全通信信道后保存在高速緩存中，在此基礎(chǔ)上可以建立多個第二階段SA協(xié)商，從而提高整個建立SA過程的速度。只要第一階段SA不超時，就不必重復(fù)第一階段的協(xié)商和認(rèn)證。允許建立的第二階段SA的個數(shù)由IPSec策略屬性決定。
兩臺IPSec計算機在交換數(shù)據(jù)之前，必須首先建立某種約定，這種約定，稱為"安全關(guān)聯(lián)"，指雙方需要就如何保護(hù)信息、交換信息等公用的安全設(shè)置達(dá)成一致，更重要的是，必須有一種方法，使那兩臺計算機安全地交換一套密鑰，以便在它們的連接中使用。見圖七。
圖七 Internet密鑰交換
Internet 工程任務(wù)組IETF制定的安全關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)法和密鑰交換解決方案--IKE（Internet密鑰交換）負(fù)責(zé)這些任務(wù)，它提供一種方法供兩臺計算機建立安全關(guān)聯(lián) (SA)。SA 對兩臺計算機之間的策略協(xié)議進(jìn)行編碼，指定它們將使用哪些算法和什么樣的密鑰長度，以及實際的密鑰本身。IKE主要完成兩個作用：
·安全關(guān)聯(lián)的集中化管理，減少連接時間
·密鑰的生成和管理
一、什么是SA？
安全關(guān)聯(lián)SA（Security Association）是單向的，在兩個使用 IPSec的實體（主機或路由器）間建立的邏輯連接，定義了實體間如何使用安全服務(wù)（如加密）進(jìn)行通信。它由下列元素組成：1）安全參數(shù)索引SPI；2）IP目的地址；3）安全協(xié)議。
SA是一個單向的邏輯連接，也就是說，在一次通信中，IPSec 需要建立兩個SA，一個用于入站通信，另一個用于出站通信。若某臺主機，如文件服務(wù)器或遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器，需要同時與多臺客戶機通信，則該服務(wù)器需要與每臺客戶機分別建立不同的SA。每個SA用的SPI索引標(biāo)識，當(dāng)處理接收數(shù)據(jù)包時，服務(wù)器根據(jù)SPI值來決定該使用哪種SA。
二、第一階段SA（主模式SA，為建立信道而進(jìn)行的安全關(guān)聯(lián)）
IKE建立SA分兩個階段。第一階段，協(xié)商創(chuàng)建一個通信信道（IKE SA），并對該信道進(jìn)行認(rèn)證，為雙方進(jìn)一步的IKE通信提供機密性、數(shù)據(jù)完整性以及數(shù)據(jù)源認(rèn)證服務(wù)；第二階段，使用已建立的IKE SA建立IPsec SA。分兩個階段來完成這些服務(wù)有助于提高密鑰交換的速度。 第一階段協(xié)商（主模式協(xié)商）步驟：
1．策略協(xié)商，在這一步中，就四個強制性參數(shù)值進(jìn)行協(xié)商：
1）加密算法：選擇DES或3DES
2）hash算法：選擇MD5或SHA
3）認(rèn)證方法：選擇證書認(rèn)證、預(yù)置共享密鑰認(rèn)證或Kerberos v5認(rèn)證
4）Diffie-Hellman組的選擇
2．DH交換
雖然名為"密鑰交換"，但事實上在任何時候，兩臺通信主機之間都不會交換真正的密鑰，它們之間交換的只是一些DH算法生成共享密鑰所需要的基本材料信息。DH交換，可以是公開的，也可以受保護(hù)。在彼此交換過密鑰生成"材料"后，兩端主機可以各自生成出完全一樣的共享"主密鑰"，保護(hù)緊接其后的認(rèn)證過程。
3．認(rèn)證 DH交換需要得到進(jìn)一步認(rèn)證，如果認(rèn)證不成功，通信將無法繼續(xù)下去。"主密鑰"結(jié)合在第一步中確定的協(xié)商算法，對通信實體和通信信道進(jìn)行認(rèn)證。在這一步中，整個待認(rèn)證的實體載荷，包括實體類型、端口號和協(xié)議，均由前一步生成的"主密鑰"提供機密性和完整性保證。
三、第二階段SA（快速模式SA，為數(shù)據(jù)傳輸而建立的安全關(guān)聯(lián)）
這一階段協(xié)商建立IPsec SA，為數(shù)據(jù)交換提供IPSec服務(wù)。第二階段協(xié)商消息受第一階段SA保護(hù)，任何沒有第一階段SA保護(hù)的消息將被拒收。
第二階段協(xié)商（快速模式協(xié)商）步驟：
1．策略協(xié)商，雙方交換保護(hù)需求：
·使用哪種IPSec協(xié)議：AH或ESP
·使用哪種hash算法：MD5或SHA
·是否要求加密，若是，選擇加密算法：3DES或DES 在上述三方面達(dá)成一致后，將建立起兩個SA，分別用于入站和出站通信。
2．會話密鑰"材料"刷新或交換
在這一步中，將生成加密IP數(shù)據(jù)包的"會話密鑰"。生成"會話密鑰"所使用的"材料"可以和生成第一階段SA中"主密鑰"的相同，也可以不同。如果不做特殊要求，只需要刷新"材料"后，生成新密鑰即可。若要求使用不同的"材料"，則在密鑰生成之前，首先進(jìn)行第二輪的DH交換。
3．SA和密鑰連同SPI，遞交給IPSec驅(qū)動程序。
第二階段協(xié)商過程與第一階段協(xié)商過程類似，不同之處在于：在第二階段中，如果響應(yīng)超時，則自動嘗試重新進(jìn)行第一階段SA協(xié)商。
第一階段SA建立起安全通信信道后保存在高速緩存中，在此基礎(chǔ)上可以建立多個第二階段SA協(xié)商，從而提高整個建立SA過程的速度。只要第一階段SA不超時，就不必重復(fù)第一階段的協(xié)商和認(rèn)證。允許建立的第二階段SA的個數(shù)由IPSec策略屬性決定。