IPsec SA creation steps

 

IPsec SA creation steps 
There are two steps on the IPsec SA creation, phase 1 is to creat IKE-SA, and phase 2 is to creat IPSEC-SA, the phase2 will be protected by phase 1. phase 1 creat a security tunnel to protect phase2.

step 1:  creat IKE-SA,  there are two modes on this step, the major is main mode, which including six messages;
       1,&2, to negotiate the security policy, 1,initiator send all type policys supported to remote, and if remote search one of them which it support too, it will respone to initiator;

including Authentication method: psk or md5; hash- algorithm : md5 or sha; encryption algorithm :des or 3des ; sa life time (duration) x seconds;

       3&4 , to exchange the DH and  key, and creat key;
       5&6, those two messages had been protected by key_id, to authentication  each other;

step2 : craet IPSEC-SA;
      1, negotiate the IPSEC-protocol:esp or ah;   ipsec-mode:tunnel or transport; hash-algorithm: md5 or sha;
      2, ack and ack too .

第一阶段
有主模式和积极模式2种
注意!!!只有remote vpn和Easy vpn是积极模式的,其他都是用主模式来协商的
让IKE对等体彼此验证对方并确定会话密钥,这个阶段永DH进行密钥交换,创建完IKE SA后,所有后续的协商都将通过加密合完整性检查来保护
phase 1帮助在对等体之间创建了一条安全通道,使后面的phase 2过程协商受到安全保护

第二阶段
快速模式
协商IPSEC SA使用的安全参数,创建IPSEC SA,使用AH或ESP来加密IP数据流

详细过程主模式协商
IKE phase 1在IPSEC对等体间交换6条消息,这些消息的具体格式取决于使用的对等体认证方法

一,使用预共享密钥进行验证的主模式(6条)
协商过程使用ISAKMP消息格式来传递(UDP 500)
第一阶段
准备工作
在前2条消息发送以前,发送者和接受者必须先计算出各自的cookie(可以防重放和DOS攻击),这些cookie用于标识每个单独的协商交换消息
cookie---RFC建议将源目IP,源目端口,本地生成的随机数,日期和时间进行散列操作.cookie成为留在IKE协商中交换信息的唯一标识,实际上cookie是用来防止DOS攻击的，它把和其他设备建立IPSEC所需要的连接信息不是以缓存的形式保存在路由器里，而是把这些信息HASH成个cookie值

1&2消息
消息1---发送方向对等体发送一条包含一组或多组策略提议,在策略提议中包括5元组(加密算法,散列算法,DH,认证方法,IKE SA寿命)
1．策略协商，在这一步中，就四个强制性参数值进行协商：

1）加密算法：选择DES或3DES

2）hash算法：选择MD5或SHA

3）认证方法：选择证书认证、预置共享密钥认证或Kerberos v5认证

4）Diffie-Hellman组的选择
消息2---接受方查看IKE策略消息,并尝试在本地寻找与之匹配的策略,找到后,则有一条消息去回应
注意!!!发起者会将它的所有策略发送给接受者,接受者则在自己的策略中寻找与之匹配的策略(对比顺序从优先级号小的到大的)（默认策略实际就是个模版没作用，如果认证只配置预共享的话，其他参数就会copy默认策略里的）

在1&2消息中报错可能出现的原因
1，peer路由不通
2，crypto iskmp key没有设置
3，一阶段的策略不匹配

3&4消息
这2条消息,用于交换DH的公开信息和随机数
两个对等体根据DH的公开信息都算出了双方相等的密植后,两个nonce连通预共享密钥生成第一个skeyID
随后便根据SKEY__ID来推算出其他几个skeyID
skeyID_d---用来协商出后续IPSEC SA加密使用的密钥的
skeyID_a---为后续的IKE消息协商以及IPSEC SA协商进行完整性检查(HMAC中的密钥)
skeyID_e---为后续的IKE消息协商以及IPSEC SA协商进行加密

5&6消息
这2条消息用于双方彼此验证,这个过程是受skeyID_e加密保护的
为了正确生成密钥,每一个对等体必须找到与对方相对应的预共享密钥,当有许多对等体连接时,每一对对等体两端都需要配置预共享密钥,每一对等体都必须使用ISAKMP分组的源IP来查找与其对等体对应的预共享密钥(此时由于ID还没到,彼此先用HASH来彼此验证对方)
HASH认证成分－－－SKEYID_a,cookieA,cookieB，preshare_key,SA paload,转换集，策略

在5&6消息中报错可能出现的原因
1，crypto iskmp key设置错了

接受者处理过程
1,用skeyID_e对消息进行加密  2,用ID(源IP)查找出与共享密钥 3,skeyID_a和preshare-key等一堆东西一起来计算HASH 4,和收到的HASH做比较

第二阶段(3条)
phase 2的目标是协商IPSEC SA,而且只有一种模式,快速模式,快速模式的协商是受IKE SA保护的

·使用哪种IPSec协议：AH或ESP

·使用哪种hash算法：MD5或SHA

使用什么模式: 隧道还是传输

·是否要求加密，若是，选择加密算法：3DES或DES 在上述三方面达成一致后，将建立起两个SA，分别用于入站和出站通信。

1&2消息
消息1---发送方发送一条报文,其中包含HASH,IPSEC策略提议,NONCE和可选的DH,身份ID
HASH:是用于给接受方作完整性检查的,用于再次认证对等体(必须)HASH的成分和5－6阶段一样
IPSEC策略提议:其中包括了安全协议,SPI,散列算法,隧道模式,IPSEC SA生命周期(必须)
NONCE:用于防重放攻击,还被用作密码生成的材料,仅当启用PFS时用到
ID:描述IPSEC SA是为哪些地址,协议和端口建立的
PFS(利用DH交换,可选):用了PFS后就会在第二阶段重新DH出个数据加密KEY,这个KEY和以前IKE协商出来的KEY没有任何关系,然后由这个新KEY来加密数据，只有到这个IPSEC SA的生命周期后,会再次DH出新的KEY,这样,安全性就提高了（普通等ipec SA过期或密钥超时时，重新生成的数据加密密钥还是根据以阶段DH出来的skeyID_d衍生出来的）（PFS启用后，数据加密部分使用的密钥就没有了衍生的过程）
DH:重新协商IPSEC SA实使用的密钥(正常情况下IPSEC阶段使用的密钥都是由skeyID_d衍生而来,密钥之间都有一定的关系,就算IPSEC SA超时,新的KEY还是和skeyID_d有一定的关系)

在1&2消息中报错可能出现的原因
1，ipsec trasport不匹配
2，感兴趣流不对称