面试题：网络编程中IPSec安全协议的密钥管理机制

Question

请详细描述IPSec安全协议中IKE（Internet Key Exchange）的密钥协商过程，包括阶段1和阶段2分别完成的任务、使用的主要协议以及安全性考量。

Answer 1

IKE密钥协商过程

阶段1

• 完成任务：在通信双方之间建立一个安全的通信信道，称为IKE SA（安全关联），用于保护后续阶段2的密钥协商。它验证双方身份，为后续数据传输协商加密和认证算法。
• 使用主要协议：
  • ISAKMP（Internet Security Association and Key Management Protocol）：为IKE提供了一个通用的框架，定义了交换密钥和建立SA的消息格式和过程。
  • Oakley：定义了密钥交换的模式，如主模式和野蛮模式。
  • SKEME（Secure Key Exchange Mechanism）：提供了多种密钥交换技术和认证方法。
• 安全性考量：
  • 身份认证：通过预共享密钥、数字证书等方式验证双方身份，防止中间人攻击。
  • 保密性：使用Diffie - Hellman密钥交换等技术协商加密密钥，确保通信内容不被窃听。
  • 完整性：使用消息认证码（MAC）确保消息在传输过程中未被篡改。

阶段2

• 完成任务：利用阶段1建立的IKE SA，为IPsec数据传输协商具体的IPsec SA，包括加密算法、认证算法、密钥等参数。
• 使用主要协议：同样基于ISAKMP协议，通过快速模式（Quick Mode）进行协商。
• 安全性考量：
  • 密钥新鲜度：为每个IPsec SA生成新鲜的密钥，减少密钥被破解的风险。
  • 防重放攻击：通过使用序列号等机制，防止攻击者重放旧的消息。