IKEv1原理

一，符号参数介绍

　HDR：HDR是ISAKMP报文的头部。当带有 * 号时表示被加密。

　SPI：Security Parameter Index，安全参数索引。可以手工配置（基本不使用），IKE协商产生。是对IP地址，端口，协议，日期，本地生成的随机数的hash计算。

　Ci：是发起者的cookie，及ISAKMP头部中的SPI。

　Cr：是响应者的cookie，及ISAKMP头部中的SPI。

　SA：安全联盟，具有一个或多个提议的安全联盟协商，内容包括认证算法，认证方式，加密算法，DH组。被SPI，目的地址，安全协议号（AH或ESP）唯一标识。

　g^xy：由Diffie-Hellman算法得出的只有双方知道的值。

　KE：KE是在DH算法和密钥相关的信息，相当于生成各种密钥的材料。其材料包括有（Ci：发起方的SPI（cookie值），响应方的SPI（Cookie值）。

　g^xi和g^xr：是DH组的发起方和响应方的公共值。

　Ni：发起者发送的伪随机数。

　Nr：响应者发送的伪随机数。

　SKEYID：由其他材料推导出的字符串。

　SKEYID_d：是为了得出密钥的安全关联参数。

　SKEYID_e：用于加密5，6消息和后续的阶段2消息。

　SKEYID_a：用于验证的计算因子。

　IDii：发起方身份标识。

　IDir：响应方身份标识。

　HASH：散列值的载荷。

二，IKEv1

2.1主模式

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|　　　　　　发起方　　　　　　　　　　　　　　　　　　响应方　　　　　　|　　　　　　

|　　　　　HDR，SA　　　　　　　　==》　　　　　　　　　　　　　　 |（发送给IKE安全提议给对方查找匹配的提议。）

|　　　　　　　　　　　　　　　　　《==　　　　　　HDR，SA　　　　　　 |（接受提议给对方发送确认的IKE安全提议）

|　　　　　HDR，KE，Ni　　　　　 ==》　　　　　　　　　　　　　　　　|（发送密钥生成信息给对方生成密钥）

|　　　　　　　　　　　　　　　　　《==　　　　　　HDR，KE，Nr　　　　|（发送密钥生成信息给对方生成密钥）

|　　　　 HDR*，IDii，HASH_I　　　==》　　　　　　　　　　　　　　　　|（发送身份和验证数据给对方验证身份和验证交换过程）

|　　　　　　　　　　　　　　　　　《==　　　HDR*，IDir，HASH_R　　　 |（发送身份和验证数据给对方验证身份和验证交换过程）

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2.1.1消息1~2

　　发起方发送HDR（ISAKMP头部，内有Ci），SA（安全联盟）内有IKE提议（发起方可以供响应方选择的认证算法，认证方式，加密算法，DH组）。

　　响应方收到后，也发送HDR（Cr），SA（自己选择对方ike提议中的一组算法）给发起方。

2.1.2消息1~2抓包

1.消息1

　　这是发起方发送给响应方的第一个消息，HDR（暂时已知Ci，因为对端暂时未发送）。

　　展开SA载荷，内有IKE可以协商的参数。

2.消息2

　　响应方收到发起方的消息1，ISAKMP头部HDR中有双方的SPI值，并且发送的SA中是接收对端ike提议的结果。

2.1.3消息3~4

　　　发起方发送HDR，KE（Key Exchange，密钥交换材料的载荷。包含g^xi），Ni（发起方的伪随机数）。

　　　响应方发送HDR，KE（Key Exchange，密钥交换材料的载荷。包含g^xr），Nr（响应方的伪随机数）。

　　　发起方和响应方均接收完密钥材料后，经过协商选择的DH组算法通过交换的密钥材料算出只有双方共同知道的g^xy。

　　　在此实验中使用的预共享密钥，则SKEYID的值的计算方式为： SKEYID = prf（pre-shared-key，Ni | Nr）。由预共享密钥，双方的随机数得出。如果是数字证书的方式，SKEYID = prf(Ni|Nr，g^xy）。

　　　得出SKEYID后，我们可以得到SKEYID_d，它可以由已知条件得出：SKEYID_d = prf(SKEYID, g^xy | Ci | Cr | 0)。至于SKEYID_d的作用，rfc文档中的解释是得到密钥的安全相关参数。

　　　SKEYID_a = prf ( SKEYID, g^xy, | Ci | Cr | 1)用于提供ISAKMP消息，作为完整性的密钥，被用作HMAC计算的计算因子。

　　　SKEYID_e = prf( SKEYID, g^xy, | Ci | Cr | 2)用于后续5，6，阶段2消息的加密。

　　　如果没有配置PFS（完美向前保护）则，KEYMAT = prf ( SKEYID_d, protocol | SPI | Ni_b | Nr_b )。配置了PFW则，KEYMAT = prf(SKEYID_d, g^xy | protocol | SPI | Ni_b | Nr_b)。

2.1.4消息3~4抓包

发起方消息3：

响应方消息4：

2.1.5消息5~6

　　　将HDR*（ISAKMP的头部，被加密的），IDii（发起方的ID号，我觉得这应该也被加密了），HASH_I（hash计算的值）。

　　　HASH_I = prf ( SKEYID, g^xi | g^xr | Ci | Cr | SA | IDii )

　　　HASH_R = prf ( SKEYID, g^xr | g^xi | Cr | Ci | SA | IDir)

2.2野蛮模式

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|　　　　发起方　　　　　　　　　　　　　　　　　　接收方　　　　　　　　　　　　|

|　　HDR，SA，KE，Ni，IDii 　　==》　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 |
|　　　　　　　　　　　　　　　　《==　　　　HDR，SA，KE，Nr，IDir，HASH_R |

|　　　HDR*,HASH_I　　　　　　　　==》　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　|

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消息①：发起方发送ISAKMP消息，携带建立的IKE SA所使用的参数和密钥生成相关的信息和身份验证信息。

消息②：网关B对收到的第一个数据包进行确认，查找并返回SA，密钥生成信息和身份验证信息。

消息③：发起方回应验证结果，并建立IKESA（加密）。

1.第一个消息中带有，HDR(ISAKMP头部），SA（安全联盟），KE（生成密钥的关键材料），Ni（伪随机数），IDii（设备识别号）。在图中已标出。

SA：加密算法，验证算法等

KE，Ni，IDii：

2.第二个消息带有HDR（ISAKMP报头，SA（安全联盟），KE（密钥生成关键材料），Nr（随机数），IDir（设备识别号），HASH_R（用于验证）。

2.3快速模式

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|　　　　　　发起方　　　　　　　　　　　　　　　　响应方　　　　　　　　　 |

|　　　　HDR*,HASH(1),SA，Ni　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 |（发送IPSec安全提议，身份，验证数据给对方，对方查找匹配的安全提议并生成密钥）

|　　　　　　[, KE] [, IDci, IDcr ] ==》　　　　　　　　　　　　　　　　　　|

|　　　　　　　　　　　　　　　　　　《==　　　　HDR*，HASH(2), SA, Nr　　 |（发送确认的安全提议，身份和验证数据，对方接受安全提议和生成密钥）

|　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[, KE ] [, IDci, IDcr ]　 |

|　　　　HDR*, HASH(3)　　　　　　　==》　　　　　　　　　　　　　　　　|（发送确认信息，接受信息）