IKE工作过程
1. IKE概述
2. ISAKMP协议
3. IPSec协议工作原理
IPSec协商建立分为两个阶段：管理连接的建立和数据连接的建立。（1）阶段一（管理连接的建立）的任务/步骤：目的：生成1个双向的ISAKMP SA用来保护阶段二。①安全参数协商（加密算法、HASH算法、DH组、身份认证、生命周期）并建立“初始化”SA；②DH算法（交换公钥、随机数）计算出Key DH、生成许多密钥；③对等体/设备身份认证（Pre-shared、rsa-sig证书、加密随机数）。（2）阶段二（数据连接的建立）的任务/步骤：目的：生成2个单向的IPSec SA用来保护数据。①协商安全参数（安全协议ESP或AH，工作模式、加密算法、HASH算法、生命周期）并建立“初始化”SA；②为数据传输生成密钥；③对等体/设备身份认证（Pre-shared、rsa-sig证书、加密随机数）。
| 对比维度 | ISAKMP SA | IPSec SA |
|---|---|---|
| 定义与作用 | IKE 第一阶段建立，双向安全通道，为后续 IPSec SA 协商提供安全环境 | IKE 第二阶段建立，单向数据保护规则，定义 IP 数据加密、认证的具体方式 |
| 建立阶段 | IKE 协商第一阶段，先于 IPSec SA 建立 | IKE 协商第二阶段，依赖 ISAKMP SA 已建立的安全通道 |
| 安全参数侧重 | 保障 IKE 控制消息安全，含加密 / 认证算法（如 AES、HMAC - SHA1 ）、DH 组、身份认证方式（预共享密钥 / 证书） | 保护实际 IP 数据，含协议（AH/ESP ）、工作模式（隧道 / 传输）、加密 / 认证算法（如 AES - 256、HMAC - SHA256 ）、密钥周期等 |
| 生命周期管理 | 独立生命周期（时间 / 流量触发），过期后需重新走 IKE 第一阶段协商 | 独立生命周期（时间 / 流量触发），过期后需重新走 IKE 第二阶段协商重建 |
| 数据保护范围 | 仅保护IKE 协商的控制消息，确保协商过程安全可信 | 直接保护实际传输的 IP 数据包，实现数据加密、认证、抗重放等 |
| 方向特性 | 双向（单条 SA 覆盖双端通信） | 单向（入站、出站需分别建立 SA ） |
两个IPSec实体之间的IKE协商分为两个阶段：第一阶段：建立ISAKMP SA（也可称为IKE SA）• 两种模式：– 主模式（main mode）：6条ISAKMP消息交互– 野蛮模式（aggressive mode）：3条ISAKMP消息交互• ISAKMP SA是为第二阶段的ISKMP消息提供安全保护第二阶段：建立IPSec SA• 一种模式：– 快速模式（quick mode）:3条ISAKMP消息交互• IPSec SA是为IP数据提供安全保护，即前面概念中介绍的SA
ISAKMP SA（阶段一相同）可以用来保护多个第二阶段IPSec SA协商的通信过程。
ISAKMP SA 保护多个第二阶段 IPSec SA 协商的核心条件可总结为：
- 基础安全机制有效：第一阶段成功完成身份认证（预共享密钥 / 证书等方式匹配），且通过 DH 算法生成有效共享密钥，确保双方身份可信、密钥基础一致。
- 安全参数兼容稳定：ISAKMP SA 协商的加密 / 认证算法、DH 组等参数在多个 IPSec SA 协商期间保持一致且适用，生存周期设置合理以覆盖多次协商。
- 通信与策略适配：设备配置稳定（不修改核心安全参数）、网络链路通畅，且安全策略允许并支持基于同一 ISAKMP SA 进行多 IPSec SA 协商，设备具备相应管理能力。
3.1 ISAKMP报文格式
ISAKMP消息报头：
1、发起方Cookie（Initiator Cookie）：64 bit
2、应答方Cookie（Initiator Cookie）：64 bit
3、下一个载荷（Next Payload）：4 bit
4、版本号：8 bit
5、交换类型（Exchange Type）：4 bit
6、标志（Flags）：4 bit
7、报文ID（Message ID）：32 bit
8、报文长度（length）：32位
一个完整的ISAKMP报文结构：
3.2 IPSec协议工作过程
情况一（主模式+快速模式）：
阶段一（主模式）：
·目的：ISAKMP SA/IKE SA
1、协商加密套件（加密算法、HSAH算法、DH组、身份认证方式、生命周期）
① 发起方I -> 应答方R：I的Cookie，支持所有加密套件（加密算法、HASH算法、DH组、身份认证方式、生命周期）
② 发起方I <- 应答方R：I和R的Cookie，选出一套加密套件（选序号最小的策略）
2、交换密钥计算材料，生成密钥
① 发起方I -> 应答方R：I和R的Cookie，DH算法交换公钥I、随机数I
② 发起方I <- 应答方R：I和R的Cookie，DH算法交换公钥R、随机数R
·交换完材料后计算密钥：
① 首先发起方I和应答方R都配置了相同的pre-share key（预共享密钥）
② K(DH)（DH密钥）：
发起方：用公钥R和私钥I通过DH算法计算K(DH)；
应答方：用公钥I和私钥R通过DH算法计算K(DH)
注意：只要双方的DH组是相同的，DH算法算出来的Key(DH)就相同。
③ SkeyID（身份认证密钥）：
用pre-share-key、随机数I、随机数R通过PRF算法计算SkeyID；
用SkeyID、Key DH、I和R的Cookie、0（常数）通过PRF算法计算SkeyID-d【SkeyID-d密钥仅仅做加密密钥、完整性密钥的材料使用】
④ SkeyID-a（完整性校验密钥）：
用SkeyID、SkeyID-d、K(DH)、I和R的Cookie、1（常数，且与上面的常数不相同）通过PRF算法计算SkeyID
⑤ SkeyID-e（数据加解密密钥）：
用SkeyID、SkeyID-a、K(DH)、I和R的Cookie、2（常数，且与上面的常数不相同）通过PRF算法计算SkeyID
3、身份认证（这两个报文都是加密的）
① 发起方I -> 应答方R：SkeyID-a完整性校验{ SkeyID-e加密（HASH（I）和I的身份ID）}
② 发起方I <- 应答方R：SkeyID-a完整性校验{ SkeyID-e加密（HASH（R）和R的身份ID）}
阶段二（快速模式）：
目的：IPSec SA
1、安全参数（保护的协议AH/ESP，工作模式传输/隧道，加密算法、校验算法，生命周期）
发起方I -> 应答方R：{ I和R的Cookie，[ 安全参数（保护的协议AH/ESP，工作模式传输/隧道，加密算法、校验算法，生命周期），DH公钥I，随机数I，I的身份ID ]SkeyID-e }SkeyID-a
2、交换密钥计算材料，生成密钥
发起方I <- 应答方R：{ I和R的Cookie，[ 确认安全参数（保护的协议AH/ESP，工作模式传输/隧道，加密算法、校验算法，生命周期），DH公钥R，随机数R，R的身份ID，R的身份认证HASH载荷 ]SkeyID-e }SkeyID-a
3、身份认证
发起方I -> 应答方R：{ I和R的Cookie，[ I的身份认证HASH载荷 ]SkeyID-e }SkeyID-a
情况二（野蛮模式+快速模式）：
阶段一（野蛮模式）：
目的：ISAKMP SA/IKE SA
1、加密套件（加密算法、HSAH算法、DH组、身份认证方式、生命周期）
发起方I -> 应答方R：I的Cookie，加密套件（加密算法、HASH算法、DH组、身份认证方式、生命周期），DH公钥I，随机数I，I的身份ID
2、交换密钥计算材料，生成密钥
发起方I <- 应答方R：I和R的Cookie，确认加密套件（加密算法、HASH算法、DH组、身份认证方式、生命周期），DH公钥R，随机数R，R的身份ID，R的身份认证HASH载荷
3、身份认证
发起方I -> 应答方R：{ I和R的Cookie，[ I的身份认证HASH载荷 ]SkeyID-e }SkeyID-a
阶段二（快速模式）：
目的：IPSec SA
1、安全参数（保护的协议AH/ESP，工作模式传输/隧道，加密算法、校验算法，生命周期）
发起方I -> 应答方R：{ I和R的Cookie，[ 安全参数（保护的协议AH/ESP，工作模式传输/隧道，加密算法、校验算法，生命周期），DH公钥I，随机数I，I的身份ID ]SkeyID-e }SkeyID-a
2、交换密钥计算材料，生成密钥
发起方I <- 应答方R：{ I和R的Cookie，[ 确认安全参数（保护的协议AH/ESP，工作模式传输/隧道，加密算法、校验算法，生命周期），DH公钥R，随机数R，R的身份ID，R的身份认证HASH载荷 ]SkeyID-e }SkeyID-a
3、身份认证
发起方I -> 应答方R：{ I和R的Cookie，[ I的身份认证HASH载荷 ]SkeyID-e }SkeyID-a