Internet密钥交换协议

IKE协议(因特网密钥交换协议)
因特网密钥交换协议（IKE）是一份符合因特网协议安全（IPSec）标准的协议。

它常用来确保虚拟专用网络VPN（virtual private network）与远端网络或者宿主机进行交流时的安全。

对于两个或更多实体间的交流来说，安全协会（SA）扮演者安全警察的作用。

每个实体都通过一个密钥表征自己的身份。

因特网密钥交换协议（IKE）保证安全协会（SA）内的沟通是安全的。

因特网密钥交换协议（IKE）是结合了两个早期的安全协议而生成的综合性协议。

它们是：Oakley协议和SKEME协议。

因特网密钥交换协议（IKE）是基于因特网安全连接和密钥管理协议ISAKMP（Internet Security Association and Key Management Protocol）中TCP/IP框架的协议。

因特网安全连接和密钥管理协议ISAKMP 包含独特的密钥交换和鉴定部分。

Oakley协议中指定了密钥交换的顺序，并清楚地描述了提供的服务，比如区别保护行为和鉴定行为。

SKEME协议说明了密钥交换的具体方法。

尽管没有要求因特网密钥交换协议（IKE）符合因特网协议安全（IPSec）的内容，但是因特网密钥交换协议（IKE）内的自动实现协商和鉴定、否则重发服务（请参考否则重发协议）、凭证管理CA（Certification Authority）支持系统和改变密码生成方法等内容均得益于因特网协议安全（IPSec）。

Intenet密钥交换协议(IKE)是用于交换和管理在VPN中使用的加密密钥的.到目前为止,
它依然存在安全缺陷.基于该协议的重要的现实意义,简单地介绍了它的工作机制,并对它进行了安全性分析;对于抵御中间人攻击和DoS攻击,给出了相应的修正方法;还对主模式下
预共享密钥验证方法提出了新的建议;最后给出了它的两个发展趋势:JFK和IKEv2. Internet密钥交换（IKE）解决了在不安全的网络环境（如Internet）中安全地建立或更新共享密钥的问题。

IKE是非常通用的协议，不仅可为IPsec协商安全关联，而且可以为SNMPv3、RIPv2、OSPFv2等任何要求保密的协议协商安全参数。

一、IKE的作用当应用环境的规模较小时，可以用手工配置SA；当应用环境规模较大、参与的节点位置不固定时，IKE可自动地为参与通信的实体协商SA，并对安全关联库（SAD）维护，保障通信安全。

二、IKE的机制IKE属于一种混合型协议，由Internet
安全关联和密钥管理协议（ISAKMP）和两种密钥交换协议OAKLEY与SKEME组成。

IKE 创建在由ISAKMP定义的框架上，沿用了OAKLEY的密钥交换模式以及SKEME的共享和密钥更新技术，还定义了它自己的两种密钥交换方式。

IKE使用了两个阶段的ISAKMP：第一阶段，协商创建一个通信信道（IKE SA），并对该信道进行验证，为双方进一步的IKE 通信提供机密性、消息完整性以及消息源验证服务；第二阶段，使用已建立的IKE SA建立IPsec SA（如图1所示）。

IKE共定义了5种交换。

阶段1有两种模式的交换：对身份进行保护的“主模式”交换以及根据基本ISAKMP 文档制订的“野蛮模式”交换。

阶段2 交换使用“快速模式”交换。

IKE 自己定义了两种交换：1为通信各方间协商一个新的Diffie H ellman 组类型的“新组模式”交换；2在IKE 通信双方间传送错误及状态消息的ISAKMP信息交换。

1．主模式交换主
模式交换提供了身份保护机制，经过三个步骤，共交换了六条消息。

三个步骤分别是策略协商交换、Diffie Hellman共享值、nonce交换以及身份验证交换（如图2所示）。

2．野蛮模式交换野蛮模式交换也分为三个步骤，但只交换三条消息：头两条消息协商策略，交换Diffie Hellman公开值必需的辅助数据以及身份信息；第二条消息认证响应方；第三条消息认证发起方，并为发起方提供在场的证据（如图3所示）。

3．快速模式交换快速模式交换通过三条消息建立IPsec SA：头两条消息协商IPsec SA 的各项参数值，并生成IPsec 使用的密钥；第二条消息还为响应方提供在场的证据；第三条消息为发起方提供在场的证据（如图4所示）。

4．新组模式交换通信双方通过新组模式交换协商新的Diffie－Hellman组。

新组模式交换属于一种请求/响应交换。

发送方发送提议的组的标识符及其特征，如果响应方能够接收提议，就用完全一样的消息应答（如图5所示）。

5．ISAKMP信息交换参与IKE通信的双方均能向对方发送错误及状态提示消息。

这实际上并非真正意义上的交换，而只是发送单独一条消息，不需要确认（如图6所示）。

三、IKE的安全1．机密性保护IKE使用Diffie Hellman组中的加密算法。

IKE共
定义了五个Diffie Hellman组，其中三个组使用乘幂算法（模数位数分别是768、1024、1680位），另两个组使用椭圆曲线算法（字段长度分别是155、185位）。

因此，IKE 的加密算法强度高，密钥长度大。

2．完整性保护及身份验证在阶段1、2交换中，IKE通过交换验证载荷（包含散列值或数字签名）保护交换消息的完整性，并提供对数据源的身份验证。

IKE列举了四种验证方法：1预共享密钥；2数字签名；3公钥加密；4改进的公钥加密。

3．抵抗拒绝服务攻击对任何交换来说，第一步都是cookie交换。

每个通信实体都生成自己的cookie，cookie提供了一定程度的抗拒绝服务攻击的能力。

如果在进行一次密钥交换，直到完成cookie交换，才进行密集型的运算，比如Diffie Hellman交换所需的乘幂运算，则可以有效地抵抗某些拒绝服务攻击，如简单使用伪造IP源地址进行的溢出攻击。

4．防止中间人攻击中间人攻击包括窃听、插入、删除、修改消息，反射消息回到发送者，重放旧消息以及重定向消息。

ISAKMP的特征能阻止这些攻击成功。

5．完美向前保密完美向前保密（PFS），指即使攻击者破解了一个密钥，也只能还原这个密钥加密的数据，而不能还原其他的加密数据。

要达到理想的PFS，一个密钥只能用于一种用途，生成一个密钥的素材也不能用来生成其他的密钥。

我们把采用短暂的一次性密钥的系统称为“PFS”。

如果要求对身份的保护也是PFS，则一个IKE SA只能创建一个IPsec SA。

四、IKE的实现IKE是一个用户级的进程。

启动后，作为后台守护进程运行。

在需要
使用IKE服务前，它一直处于不活动状态。

可以通过两种方式请求IKE服务：1当内核的安全策略模块要求建立SA时，内核触发IKE。

2当远程IKE实体需要协商SA时，可触发IKE。

1．IKE与内核的接口内核为了进行安全通信，需要通过IKE建立或更新SA。

IKE 同内核间的接口有：1同SPD通信的双向接口。

当IKE得到SPD的策略信息后，把它提交给远程IKE对等实体；当IKE收到远程IKE对等实体的提议后，为进行本地策略校验，必须把它交给SPD。

2同SAD通信的双向接口。

IKE 负责动态填充SAD，要向SAD发送消息（SPI请求和SA实例），也要接收从SAD返回的消息（SPI 应答）。

2．IKE 对等实体间接口IKE为请求创建SA的远程IKE对等实体提供了一个接口。

当节点需要安全通信时，IKE与另一个IKE对等实体通信，协商建立IPsec SA。

如果已经创建了IKE SA，就可以直接通过阶段2 交换创建新的IPsec SA；如果还没有创建IKE SA，就要通过阶段1、2交换创建新的IKE SA及IPsec SA。