三、第二阶段SA(快速模式SA,为数据传输而建立的安全关联)
这一阶段协商建立IPsec SA,为数据交换提供IPSec服务。第二阶段协商消息受第一阶段SA保护,任何没有第一阶段SA保护的消息将被拒收。
第二阶段协商(快速模式协商)步骤:
1.策略协商,双方交换保护需求:
·使用哪种IPSec协议:AH或ESP
·使用哪种hash算法:MD5或SHA
·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。
2.会话密钥"材料"刷新或交换
在这一步中,将生成加密IP数据包的"会话密钥"。生成"会话密钥"所使用的"材料"可以和生成第一阶段SA中"主密钥"的相同,也可以不同。如果不做特殊要求,只需要刷新"材料"后,生成新密钥即可。若要求使用不同的"材料",则在密钥生成之前,首先进行第二轮的DH交换。
3.SA和密钥连同SPI,递交给IPSec驱动程序。
第二阶段协商过程与第一阶段协商过程类似,不同之处在于:在第二阶段中,如果响应超时,则自动尝试重新进行第一阶段SA协商。
第一阶段SA建立起安全通信信道后保存在高速缓存中,在此基础上可以建立多个第二阶段SA协商,从而提高整个建立SA过程的速度。只要第一阶段SA不超时,就不必重复第一阶段的协商和认证。允许建立的第二阶段SA的个数由IPSec策略属性决定。
四、SA生命期
第一阶段SA有一个缺省有效时间,如果SA超时,或"主密钥"和"会话密钥"中任何一个生命期时间到,都要向对方发送第一阶段SA删除消息,通知对方第一阶段SA已经过期。之后需要重新进行SA协商。第二阶段SA的有效时间由IPSec驱动程序决定。
一、密钥生命期
生命期设置决定何时生成新密钥。在一定的时间间隔内重新生成新密钥的过程称为"动态密钥更新"或"密钥重新生成"。密钥生命期设置决定了在特定的时间间隔之后,将强制生成新密钥。例如,假设一次通信需要1万秒,而我们设定密钥生命期为1千秒,则在整个数据传输期间将生成10个密钥。在一次通信中使用多个密钥保证了即使攻击者截取了单个通信密钥,也不会危及全部通信安全。密钥生命期有一个缺省值,但"主密钥"和"会话密钥"生命期都可以通过配置修改。无论是哪种密钥生命期时间到,都要重新进行SA协商。单个密钥所能处理的最大数据量不允许超过100兆。
二、会话密钥更新限制
反复地从同一个的"主密钥"生成材料去生成新的"会话密钥"很可能会造成密钥泄密。"会话密钥更新限制"功能可以有效地减少泄密的可能性。例如,两台主机建立安全关联后,A先向B发送某条消息,间隔数分钟后再向B发送另一条消息。由于新的SA刚建立不久,因此两条消息所用的加密密钥很可能是用同一"材料"生成的。如果想限制某密钥"材料"重用次数,可以设定"会话密钥更新限制"。譬如,设定"会话密钥更新限制"为5,意味着同一"材料"最多只能生成5 个"会话密钥"。
若启用"主密钥精确转发保密(PFS)",则"会话密钥更新限制"将被忽略,因为PFS 每次都强制使用新"材料"重新生成密钥。将"会话密钥更新限制"设定为1和启用PFS效果是一样的。如果既设定了"主密钥"生命期,又设定了"会话密钥更新限制",那么无论哪个限制条件先满足,都引发新一轮SA协商。在缺省情况下,IPSec不设定"会话密钥更新限制"。
三、Diffie-Hellman(DH)组
DH组决定DH交换中密钥生成"材料"的长度。密钥的牢固性部分决定于DH组的强度。IKE共定义了5个DH组,组1(低)定义的密钥"材料"长度为768位;组2(中)长度为1024位。密钥"材料"长度越长,所生成的密钥安全度也就越高,越难被破译。
DH组的选择很重要,因为DH组只在第一阶段的SA协商中确定,第二阶段的协商不再重新选择DH组,两个阶段使用的是同一个DH组,因此该DH组的选择将影响所有"会话密钥"的生成。
在协商过程中,对等的实体间应选择同一个DH组,即密钥"材料"长度应该相等。若DH组不匹配,将视为协商失败。
四、精确转发保密PFS(Perfect Forward Secrecy)
与密钥生命期不同,PFS决定新密钥的生成方式,而不是新密钥的生成时间。PFS保证无论在哪一阶段,一个密钥只能使用一次,而且,生成密钥的"材料"也只能使用一次。某个"材料"在生成了一个密钥后,即被弃,绝不用来再生成任何其他密钥。这样可以确保一旦单个密钥泄密,最多只可能影响用该密钥加密的数据,而不会危及整个通信。
PFS分"主密钥"PFS和"会话密钥"PFS,启用"主密钥"PFS,IKE必须对通信实体进行重新认证,即一个IKE SA只能创建一个IPsec SA,对每一次第二阶段SA的协商,"主密钥"PFS都要求新的第一阶段协商,这将会带来额外的系统开销。因此使用它要格外小心。
然而,启用"会话密钥"PFS,可以不必重新认证,因此对系统资源要求较小。"会话密钥"PFS只要求为新密钥生成进行新的DH交换,即需要发送四个额外消息,但无须重新认证。 PFS不属于协商属性,不要求通信双方同时开启PFS。"主密钥"PFS和"会话密钥"PFS均可以各自独立设置。
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