网络安全——网络层安全协议（3）

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前言

本章本章讲解继续讲解本章将会继续讲解网络层的安全协议，IPSec采用的安全技术。

一.IPSec采用的安全技术

1.IPSec的安全特性

IPSec有两个基本安全目标，决定它应该拥有以下5个安全特性。

IPSec 的安全特性主要有不可否认性、反重播性、数据完整性和数据可靠性，认证。

（1）不可否认性

不可否认性。“不可否认性”可以证实消息发送方是唯一可能的发送者，发送者不能否认发送过消息。不可否认性”是采用公钥技术的一个特征，当使用公钥技术时，发送方用私钥产生一个数字签名，随消息一起发送，接收方用发送者的公钥来验证数字签名。

在理论上，只有发送者才唯一拥有私钥：“不可否认性”不是基于认证的共享密钥技术的特征，因为在基于认证的共享密钥技术中，发送方和接收方掌握相同的密钥。

（2）反重播性

反重播性。“反重播”确保每个IP包的唯一性，保证信息万一被截取复制后，不能再被重新利用、重新传输回目的地址。该特性可以防止攻击者截取破译信息，再用相同的信息包冒取非法访问权(即使这种冒取行为发生在数月之后)。

（3）数据完整性

数据完整性。防止传输过程中数据被篡改，确保发出数据和接收数据的一致性。IPSec利用Hash函数，为每个数据包产生一个加密检查和，接收方在打开包前，先计算检查和，若包遭篡改导致检查和不相符，数据包即被丢弃。

（4）数据可靠性（加密）

数据可靠性（加密）。传输前对数据进行加密，可以保证即使传输过程中数据包遭截取，信息也无法被读。该特性在IPSee中为可选项，与IPSec策略的具体设置相关。

（5）认证

认证。数据源发送信任状，由接收方验证信任状的合法性，只有通过认证的系统才可以建立通信连接。

2.基于电子证书的公钥认证

一个架构良好的公钥体系，在信任状的传递中不造成任何信息外泄，能解决很多安全问题。IPSec与特定的公钥体系相结合，可以提供基于电子证书的认证。

公钥证书认证在Windows 2000中，适用于对非Windows2000主机、独立主机、非信任域成员的客户机或者不运行Kerberos v5认证协议（域内主要的安全身份验证协议）的主机进行身份认证。

3.预置共享密钥认证

IPSec也可以使用预置共享密钥进行认证。预共享意味着通信双方必须在IPSec策略设置中就共享的密钥达成一致。

之后，在安全协商过程中，信息在传输前使用共享密钥加密，接收端使用同样的密钥解密。如果接收方能够解密，即被认为可以通过认证，但在Windows 2000 IPSec策略中，这种认证方式被认为不够安全，而一般不推荐使用。

4.公钥加密

IPSec的公钥加密用于身份认证和密钥交换。

（1）公钥加密

公钥加密，也叫非对称（密钥）加密（public key encryption），属于通信科技下的网络安全二级学科，指的是由对应的一对唯一性密钥（即公开密钥和私有密钥）组成的加密方法。它解决了密钥的发布和管理问题，是商业密码的核心。在公钥加密体制中，没有公开的是私钥，公开的是公钥。

（2）秘钥交换

秘钥一般指密钥。 密钥是一种参数，它是在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数。密钥分为对称密钥与非对称密钥

使用公钥加密法，每个用户拥有一个密钥对，其中私钥仅为个人所知，公钥则可分发给任意需要与之进行加密通信的人。

例如：A想要发送加密信息给B.则A需要用B的公钥加密信息，之后只有B才能用他的私钥解密该加密信息，虽然密钥对中两把钥匙彼此相关，但要想从其中一把推导出另一把，以目前计算机的运算能力来看，这种做法非常困难。

因此，在这种加密法中，公钥可以广为分发，而私钥则需要仔细地妥善保管。

5.Hash函数保证数据完整性

Hash信息验证码（Hash Message Authentication Codes,HMAC)验证接收消息和发送消息的完全一致性(完整性)。这在数据交换中非常关键，尤其当传输媒介，如公共网络中不提供安全保证时更显重要。

HMAC结合Hash算法和共享密钥提供完整性。Hash散列通常也被当成是数字签名，但这种说法不够准确，两者的区别在于：Hash散列使用共享密钥，而数字签名基于公钥技术。

Hash算法也称为消息摘要或单向转换。称它为单向转换的原因如下。

• （1）双方必须在通信的两端各自执行Hash函数计算。
• （2）使用Hash函数很容易从消息计算出消息摘要，但以目前计算机的运算能力，其逆向反演过程几乎不可实现。

6.加密保证数据可靠性

IPSec使用的数据加密算法是DES-Data Encryption Standard(数据加密标准）DES密钥长度为56位，在形式上是一个64位数。

DES以64位（8字节）为分组对数据加56密，每64位密文，经过16轮置换生成64位密文，其中每字节有1位用于奇偶校验，所以实际有效密钥长度是56位。IPSec还支持3DES算法，3DES可提供更高的安全性，但计算速度更慢。

7.密钥管理

• （1）动态密钥更新。IPSec策略使用“动态密钥更新”法决定一次通信中新密钥产生的频率。
• （2）密钥长度。密钥长度每增加一位，可能的密钥数就会增加一倍，相应地，破解密钥的难度也会随之呈指数级加大。
• （3）Diffie-Hellman算法。要启动安全通信，通信两端必须首先得到相同的共享密钥（主密钥），但共享密钥不能通过网络相互发送，因为这种做法极易泄密。

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