VPN的概述

VPN的概述

VPN --- 虚拟专用网 --- 一般指依靠ISP或者其他NSP，也可以是企业自身，提供的一条虚拟网络专线。这个虚拟的专线是逻辑上的，而不是物理上的，所以称为虚拟专用网 。---- 即使用IP机制仿真出一个私有的广域网

虚拟：用户不在需要拥有实际的长途数据线缆，而是使用公共网络资源建立自己的专用网络。

专用：可以定制最符合自身需求的网络。

核心技术：封装技术

注意：vpn不一定需要依靠运营商来搭建；vpn不一定必须要跨越公网

总结：

VPN诞生的原因 ：

1. 物理网络不适用，成本太高，并且如果位置不固定，则无法构建物理专线；

2. 公网安全无法保证。

由于VPN的诞生，导致网络部署的灵活性大大提升。

VPN的分类

根据建设的单位不同分类

• 企业自建的VPN专线：GRE，IPSEC，SSL VPN，L2TP --- 这种VPN构建成本较低，因为不需要支付专线的费用，仅需要承担购买VPN设备的费用。并且，在网络控制方面，也拥有更多的主动性。

• 直接租用运营商的VPN专线：MPLS VPN。这种方式需要企业支付专线的租用费用，但是，控制，安全以及网速方面的问题都将由运营商来承担。MPLS VPN的优势在于，专线的租用成本低。

根据组网方式不同分类

• Client to LAN（ACCESS VPN）

  • 

• LAN to LAN

  • 
  • Intranet --- 内联网 --- 企业内部虚拟专网；Extranet --- 外联网 --- 拓展的企业内部虚拟专网。相较而言，外联网一般连接合作单位，而内联网一般连接分公司，所以，外联网的权限赋予会比较低，并且，安全把控方面会比较严格。

根据VPN技术实现的层次来进行分类

此图是基于TCP/IP模型来进行划分的。

为什么GRE工作在三层网络层？？

因为GRE在原来的数据上封装了新的IP头部和协议隧道头部，而这个过程是在三层进行的，所以工作位置在网络层。

VPN的核心技术

vpn的核心技术 --- 隧道技术，而隧道技术 --- 封装技术

IPX三次网络技术。数据通过在数据其数据头部添加IP头部可以使得数据在共有网络中传输，到达目标之后重新解封装，从而获得原始数据。

VPN通过封装本身就是对数据的一种保护，而工作在不同层次的VPN，其实质就是保护其所在层次即以上的数据。注意L2TP不会保护网络接口层的数据，因为如果网络接口层数据被加密了之后，数据就无法在网络中传输，最基本的MAC地址就识别不出来，就无法传输。当然，这种保护在没有加密的情况下，并不代表安全。我们一般网络封装协议都是由三部分组成的 --- 乘客协议，封装协议，运输协议。通常可以查看乘客协议在那一层，就可以得出这个VPN技术就工作在哪一层。

VPN其他常用技术

• 身份认证技术：身份认证是VPN技术的前提。

  • GRE VPN --- 本身不支持身份认证的。（GRE里面有个"关键字"机制。类似于ospf的认证，商量一个口令，在GRE中该措施仅是用来区分通道的）

  • L2TP VPN--- 因为他后面的乘客协议是PPP协议，所以，L2TP可以依赖PPP提供的认证，比如PAP，CHAP。

  • IPSEC VPN和SSL VPN --- 都支持身份认证

• 加解密技术：以此来抵抗网络中的一些被动攻击。

  • 注意：加解密技术使用的实质是一个双向函数，即一个可逆的过程。和HASH算法有本质的区别加密技术也是安全通道的保障。

  • GRE VPN和L2TP VPN不支持加解密技术。通常可以结合IPSEC技术来实现加解密。

  • IPSEC VPN和SSL VPN都是支持加解密技术的。

• 数据认证技术 --- 验货 --- 保证数据的完整性。

  • HASH --- 计算摘要值，之后，通过比对摘要值来保障完整性。

  • GRE VPN --- 可以加入校验和。但是，GRE的这种功能是可选的，两边开启之后，才会激活数据认证功能。

  • L2TP VPN --- 不支持数据认证。

  • IPSEC VPN，SSL VPN都是支持数据认证的。

• 密钥管理技术

加密技术

1. 古典加密技术

   • 算法保密原则

   • 凯撒密码

2. 近、现代加密技术

   • 算法公开，密钥保密

   • 对称加密算法和非对称加密算法

对称加密算法

概念：加密和解密的过程中使用的是同一把密钥。所以，对称加密所使用的算法一定是一种双向函数，是可逆的。即包含异或运算，相同为零，不同为一(运算法则相当于不带进位的二进制加法)。

流加密

一个简单的流加密法需要一个"随机"的二进制位流作为密钥，将明文与此密钥流进行异或逻辑运算，就可生成密文，密文再与密钥进行异或逻辑运算，就可还原成明文。

主要是基于明文流（数据流）进行加密，在流加密中，我们需要使用的密钥是和明文流相同长度的一串密钥流。

常见流加密算法 --- RC4

分组加密(块加密算法)

块加密法每次作用于固定大小的位块，它对每个块执行相同的变换，从而生成相等个数的密文块。

举例子

一串数据，分成八个二级制位一组。并且规定好密钥和初始向量。假设规定11位的密钥，初始向量为110。给数据的第一组加上初始向量构成11位，然后与密钥进行异或逻辑运算，并且再结果中找出后三位与下一组构成11位，再与密钥异或逻辑运算，从而完成加密。

常见的对称加密算法

目前比较常用的对称加密算法 --- DES/3DES，AES（高级加密标准）

对称加密算法的缺点

1. 密钥共享

   • 带外传输 --- 不方便

   • 带内传输 --- 不安全

2. 密钥管理 --- N * N

   • 
   • 密钥太多，管理困难

非对称加密算法

非对称加密算法和对称加密算法的主要区别在于，对称加密算法加解密仅使用同一把密钥，而非对称加密算法，加密和解密使用的是不同的密钥。一把叫做公钥，另一把叫做私钥。这两把钥匙，任意一把钥匙都可以进行加密的操作，然后，需要通过另外一把钥匙来进行解密。

非对称加密算法加密过程

非对称加密算法使用的算法一定是不可逆的，取模运算(求余)

常见的非对称加密算法

常用的非对称加密算法 --- RSA

国密算法

对称加密算法和非对称加密算法对比

	对称加密算法	非对称加密算法
安全性	较低	较高
速度	块	较慢
密钥数量	n * n	n

结论：我们一般采用的做法是，在数据传输的时候，我们会选择使用对称加密算法进行加密，为了保证效率。但是，对称加密算法最主要的问题是密钥传递可能存在安全风险，所以，我们在传递密钥的时候，可以通过非对称加密算法进行加密，保证密钥传递的安全性。实现二者的互补，达到安全传输的目的加密过程.

DH算法

也可以使用DH算法（Diffie-Hellman密钥交换协议）用来分发对称密钥，但是注意DH算法不是非对称加密算法。

用颜色来表示过程更清楚

身份认证以及数据认证技术

对数据经行完整性校验，我们会针对原始数据进行HASH运算，得到摘要值，之后，发送到对端，也进行相同的运算，比对摘要值。如果摘要值相同，则数据完整；如果不同，则数据不完整。而身份认证则是通过数字证书来进行认证的(或者共享密钥Pre-Shared Key，简称PSK)。

HASH算法，又叫散列函数。他的特点是

1. 不可逆；

2. 相同输入，相同输出；

3. 雪崩效应；

   • 原始数据中即使存在细微的区别，也会在结果中呈现出比较明显的变化，方便，我们看出数据是否被篡改。

4. 等长输出。

   • 不管原始数据多长，运算之后的摘要值长度是固定。（MD5可以将任意长度的输入，转换成128位的输出。）

常见HASH算法

我们可以使用私钥对摘要值进行加密，之后传递，这就形成了数字签名。

经过Alice的私钥加密摘要值形成数字签名传给Bob，Bob再用同样的Hash算法对数据经行运算，得出的摘要值。然后Bob通过Alice的公钥对数字签名经行解密，得到Alice生成的摘要值与Bob生成的摘要值经行对比，从而完成数据完整性校验

这个过程只能保证公私钥配对，验证不了对方身份

注意：这整个过程只能表示Bob收到的数据，的确是他拥有公钥的这个人发送的数据，但是，你拥有公钥有没有被别人恶意篡改或者替换，这种方法是无法识别出来的，所以，这仅能实现一种数据源的检测，不能进行身份认证。同时，可以完成完整性校验。

数字证书

CA可信机构，用来提供身份信息认证的第三方机构。

通信双方需要完全信任这个第三方机构，之后，让CA为公钥作证。因为双方都信任该CA机构，所以，实现拥有这个CA机构的公钥信息。CA机构会使用自己的私钥对A的公钥和一些其他信息一起进行加密，生成数字证书。

PKI体系

PKI的组成

CA中心

即证书授予中心，或者认证授权机构，作为电子商务交易中受信任的第三方。

CA中心的作用

数据传输安全案例

1. 原始信息HASH算法得到摘要值 ---- 为了做完整性校验。为了保证我们的摘要值在传递的过程中，不会被篡改，所以，需要使用私钥进行加密。形成数字签名。

2. 针对原始信息，数字签名，数字证书（是用户提前向CA机构申请，获取到的通过CA机构私钥加密后的证书。里面主要包含了Alice的公钥。主要是做身份认证使用）进行加密。使用的是对称加密算法。对称机密算法需要使用对应的密钥来进行加密。

3. 将对称加密算法的密钥通过Bob的公钥进行加密，形成密钥信封。（这里是通过非对称加密算法的方式，来传输对称密钥的。也可以使用DH算法，使双方获得对称密钥。）

4. 将加密信息和密钥信封通过公网传递到对端Bob处。

5. Bob首先对密钥信封进行解密。因为这个密钥信封是通过Bob的公钥进行加密的，所以，使用Bob自己的私钥就可以进行解密。解密后，将得到对称密钥。

6. 使用对称密钥去解密加密信息。 ---- 原始数据，数字签名，数字证书

7. 使用CA机构的公钥来解开数字证书。因为数字证书是由CA机构的私钥进行加密的，并且，Bob本身也信任CA机构，所以，自身设备上是拥有CA机构的公钥的。

8. 解开数字证书后将得到Alice的公钥，根据Alice的公钥可以解开数字签名。因为数字签名是由Alice自己的私钥来进行加密的，所以，如果可以顺利的使用ALICE的公钥进行解密，则完成了身份认证和数据源鉴别工作。

9. Bob自身需要对原始信息进行HASH运算，并且，数字签名解开后，里面也包含ALice发送时对原始信息进行HASH运算的摘要值，比对两次摘要值，则可完成完整性校验。