1. 加密算法（保障机密性）
IPSec VPN 采用两类加密算法来确保数据机密性：
- 对称密钥算法：加密方与解密方使用相同密钥。主要用于加密用户数据，常见算法有：
- DES：采用 56 位密钥，是较早的对称加密算法，但安全性随技术发展有所不足。
- 3DES：使用 168 位密钥，是 DES 的改进版，安全性提升，但运算速度相对较慢。
- AES：支持 128、192、256 位密钥，安全性高且运算高效，是目前广泛应用的对称加密算法。
- 非对称密钥算法：加密方用对端公钥加密数据，解密方用自身私钥解密数据。主要用于密钥交换和数字签名，常见算法有：
- RSA：支持 512、768、1024、2048 位等密钥长度，在密钥交换和数字签名领域应用广泛。
- DH：可采用 768、1024、1536 位等密钥长度，用于安全的密钥协商，使通信双方能在不安全的网络环境中协商出共享密钥。
2. HASH / 散列算法（保障完整性）
借助散列函数实现数据完整性检查，常见散列函数有：
- MD5：生成 128 位的散列值，能将任意长度数据映射为固定长度散列值，但存在一定安全缺陷，在部分对安全性要求极高的场景逐渐被替代。
- SHA 系列：
- SHA - 1：生成 160 位散列值，安全性比 MD5 高，但也面临安全挑战。
- SHA - 2 （如 SHA - 256）、SHA - 3 ：分别生成 256 位和512位，不同长度（依具体算法）的散列值，安全性进一步提升。
工作流程为：发送方对密文数据和密钥通过 Hash 算法生成 HMAC（散列值），并将密文数据与 HMAC 一同发送；接收方收到后，用同样的密文数据和密钥通过 Hash 算法生成新的 HMAC 数据，若与接收到的 HMAC 相等，说明密文在传输中未被篡改，反之则被篡改。
3. 身份认证（防范中间人身份欺骗）
身份认证涵盖设备身份认证和用户身份认证两方面：
- 设备身份认证：
- 预共享密钥（Pre - Shared Keys）认证：通信双方预先共享一个密钥，通过该密钥来验证对方设备身份。
- RSA 签名认证：利用 RSA 非对称加密算法，通过数字签名的方式验证设备身份，安全性较高。
- 用户身份认证：采用多种方式，如短信验证（通过向用户手机发送验证码验证身份）、USB - Key（用户插入包含身份认证信息的 USB 设备进行验证）、用户名和密码组合验证等，确保接入 VPN 的用户身份合法。
4. 封装安全协议
4.1 协议组成
IPSec 借助 AH 协议（协议号 51） 和 ESP 协议（协议号 50） 保护 IP 报文：
- AH 协议 ：可提供数据完整性确认、数据来源确认、防重放等安全特性，常用 HMAC - MD5、HMAC - SHA1 等摘要算法实现。
- ESP 协议 ：能提供数据完整性确认、数据加密、防重放等安全特性。数据加密常用 DES、3DES、AES 等加密算法；数据完整性常用 HMAC - MD5、HMAC - SHA1 等摘要算法实现。
4.2 工作模式
IPSec 对报文保护存在 传输模式 和 隧道模式 两种模式，隧道模式会添加新 IP 头：
（一）传输模式
- AH 传输模式：
- 发送方：网络层+AH头+传输层+应用层+完整性校验密钥 ->HASH1;
网络层+AH头（HASH1）+传输层+应用层
接收方：网络层+AH头+传输层+应用层+完整性校验密钥 ->HASH2；
对比HASH1和HASH2
- ESP 传输模式：
- 发送方：（传输层+应用层）+ESP尾+数据加密密钥 ->加密数据；
网络层，（ESP头+加密数据）+完整性校验密钥 ->HASH1；
网络层+ESP头+加密数据+ESP认证（HASH1）；
接收方： 网络层+ESP头+加密数据+ESP认证（HASH1）；
ESP头+加密数据+完整性校验密钥 ->HASH2；
对比HASH1和HASH2
（二）隧道模式
- AH 隧道模式：
- 发送方：新网络层+AH头+原始网络层+传输层+应用层+完整性校验密钥 ->HASH1；
新网络层+AH头（HASH1）+原始网络层+传输层+应用层
接收方： 新网络层+AH头+原始网络层+传输层+应用层+完整性校验密钥 ->HASH2；
对比HASH1和HASH2
- ESP 隧道模式：
- 发送方：（原始网络层+传输层+应用层）+ESP尾+数据加密密钥 ->加密数据；
新网络层，（ESP头+加密数据）+完整性校验密钥 ->HASH1；
新网络层+ESP头+加密数据+ESP认证（HASH1）
接收方：新网络层+ESP头+加密数据+ESP认证（HASH1）；
ESP头+加密数据+完整性校验密钥 ->HASH2；
对比HSAH1和HASH2
4.3 保护范围
- AH 保护范围：
- 传输模式下，验证范围为 IP 头部、AH 头部、数据部分。
- 隧道模式下，验证范围为新 IP 头部、AH 头部、原 IP 头部、数据部分。
- ESP 保护范围：
- 传输模式下，IP头部，验证范围为ESP 头部、加密数据部分，ESP验证；数据部分和 ESP 填充会被加密。
- 隧道模式下，新 IP 头部，验证范围为ESP 头部、加密数据部分，ESP 验证；原 IP 头部、数据部分和 ESP 填充会被加密。
5. IPSec VPN工作原理**--- ---对称key的产生、传递、管理**
（1）加解密算法--- ---发送方和接收方均为key1；
（2）HASH算法--- ---发送方和接收方均为key2；
（3）身份认证--- ---发送方和接收方均为key3；
要求：双方完成对应功能使用的key相同，即横向相同；
任一方的key1、key2、key3不相同，即纵向不同。
6. Key的传递--- ---DH算法
- 密钥生成与交换：PeerA 和 PeerB 各自生成公钥（Public）和私钥（Private），并相互交换公钥（PeerA 把自身公钥发给 PeerB，PeerB 把自身公钥发给 PeerA ）。
- 共享密钥计算：双方分别用自己的私钥与对方的公钥，通过 DH 算法计算，最终得到相同的共享密钥（Secret_Key_X ），实现安全的密钥协商 。
7. DH密钥组
DH使用组的概念来定义这个KDH是怎么产生的即不同的组****将产生的公钥和私钥以及KDH的长度是不同的。
8. 思考
IPSec协议如何保护IP数据？
-- 1.两个使用IPSec协议的设备之间，如何选择共同的加密算法与验证算法以及使用相同的密钥？
-- 2.两个使用IPSec协议的设备之间，如何选择相同的保护方式，使用AH还是ESP？
-- 3.如果本地与多个设备之间使用IPSec保护数据，那么本地如何区分与不同设备之间的保护策略？
IPSec 借安全关联（SA） 与 IKE 协议保 IP 数据：
- 算法密钥：IKE 分两阶段，先建 IKE SA 协商基础算法密钥，再建 IPSec SA 确定数据保护的算法与密钥，同步共享密钥。
- 保护方式：IKE 协商 IPSec SA 时，依策略选 AH（仅认证）或 ESP（加密 + 认证），写入 SA 统一执行。
- 多设备策略：靠 SA 的对端 IP、SPI 等唯一标识，收包时匹配对应 SA，应用专属加密、认证等策略区分多设备。
上述问题中涉及到的加密算法、验证算法、加密密钥、验证密钥、AH/ESP等要素，都包含在安全关联（Security Association）。
9. SA概述
-- 安全关联（Security Association，简称SA）是两个IPSec实体（主机、安全网关）之间经过协商建立起来的一种协定，内容包括采用何种IPSec协议（AH还是ESP）、运行模式（传输模式还
是隧道模式）、验证算法、加密算法、加密密钥、密钥生存期、抗重放窗口、计数器等，从而决定了保护什么、如何保护以及谁来保护。可以说SA是构成IPSec的基础。
-- AH和ESP****都使用SA中的参数来对IP数据进行保护。
-- SA是单向的，入方向（inbound）SA负责处理接收到的数据包，出方向（outbound）SA负责处理要发送的数据包。因此每个通信方必须要有两种SA，一个入方向SA，一个出方向SA，这两个SA构成了一个SA束（SA Bundle）。
SA如何产生？
-- 1.手工配置
• 人工密钥协商：SA的内容由管理员手工指定、手工维护。
-- **手工维护容易出错，而且手工建立的SA没有生存周期限制，永不过**期，除非手工删除，因此有安全隐患，在项目中几乎不会使用。
-- 2.IKE(互联网密钥交换协议)自动管理
• **SA的自动建立、动态维护和删除是通过IKE进行的。而且SA有生命期。如果安全策略要求建立安全、保密的连接，但又不存在与该连接相应的SA****，IPSec会立刻启动IKE来协商SA。**