1.ca介紹：
基於Internet網的電子商務系統技術使在網上購物的顧客能夠極
其方便輕鬆地獲得商家和企業的信息，但同時也增加了對某些敏感
或有價值的數據被濫用的風險。買方和賣方都必須對於在因特網上
進行的一切金融交易運作都是真實可靠的，並且要使顧客、商家和
企業等交易各方都具有絕對的信心，因而因特網（Internet）電子商
務系統必須保證具有十分可靠的安全保密技術，也就是說，必須保
證網絡安全的四大要素，即信息傳輸的保密性、數據交換的完整性、發
送信息的不可否認性、交易者身份 的確定性。
然而基於數字證書的應用就是互聯網通訊中標誌通訊各方身份信
息的一系列數據，提供了一種在Internet上驗證您身份的方式，其作
用類似於日常生活中的×××。它是由一個由權威機構-----CA機
構，又稱爲證書授權(Certificate Authority)中心發行的，人們可以
在網上用它來識別對方的身份。數字證書是一個經證書授權中心數
字簽名的包含公開密鑰擁有者信息以及公開密鑰的文件。最簡單的
證書包含一個公開密鑰、名稱以及證書授權中心的數字簽名。一般
情況下證書中還包括密鑰的有效時間，發證機關(證書授權中心)的
名稱，該證書的序列號等信息，證書的格式遵循 ITUT X.509國際
標準。
一個標準的X.509數字證書包含以下一些內容：
Version..................證書的版本標識符（例如，版本3）
Serialnumber................標識證書的唯一整數
Signature....................用於簽證書的算法標識
Issuer................證書頒發者的唯一識別名
Validity ................證書有效時間段
Subject....................證書擁有者的唯一識
SubjectPublicKeyInfo ........證書擁有者的公鑰
IssuerUniqueID........頒發者的可選唯一標識符
SubjectUniqueID ........主體的唯一識別符
Extensions ........可選的擴展
在介紹完了x.509證書的基本結構之後，讓我們來研究一下x.509數
字證書在CA環境之下的應用。
證書在CA中的應用，主要是基於CA(Certificate Authorization)：稱之
爲證書權威，承擔公鑰體系中公鑰的合法性檢驗的責任。它的基本
作用是充當一個通信雙方都相互信任的第三方，由CA負責爲通信雙
方頒發數字證書，當擁有數字證書的雙方要相互通信時，交換並且互
相驗證對方的證書，由於通信雙方都相互信任CA，故由CA頒發的數
字證書也被雙方相互信任。
2.IPSec中的CA：
IPSec的整個過程實際是非常複雜的，但是正是由於它需要一個極
其複雜的過程來對流量實施各種各樣的處理，它才能夠爲網絡通信提
供一個非常安全的底層環境。
IPSec對等體的認證一共有三種方法:
1.pre-shared-key認證
此種認證方法配置最簡單，在小型網絡環境中應用比較廣泛，但是由
於需要針對每一個neighbor指明一個key,因此擴展性不是很好。
2.RSA公鑰加密
RSA公鑰加密相對pre-shared-key較安全，它的本質是在IKE階段一的
第三、四條消息就開始用對方的公鑰進行加密，但是配置過程比較
複雜，需要手工將對端的RSA公鑰保存在本端。
3.RSA私鑰加密
RSA私鑰加密(即數字證書)是三種認證方式中最安全，也是擴展性
最好的。
下面將較詳細的講解RSA私鑰加密在IPSec中的整個過程。
(注：本專題只討論基於certificate認證的main-mode的IPSec協商過程。
其餘認證模式以及認證類型(比如:aggressive-mode)不在本技術專題
範圍之內。)
IPSec協商過程大致可以分爲下列幾個步驟：
1。敏感流量觸發IPSEC建立。
2。IKE階段1
3。IKE階段2
4。IPSEC隧道建立
5。IPSEC隧道終止
IKE階段1：
IKE階段1的主要目的是協商IKE-SA，最終目的是保護IKE階
段2，IPSec-SA的安全協商。
IKE階段1的協商共有兩種模式:Main-mode , Aggressive-mode,本
專題只討論Aggressive-mode,
Main-mode的基本過程是3次交換，6條消息。
1,2條消息: 主要目的是協商IKE_SA
包頭格式如下（注：並非完整的包頭，只列出其中重要的字段）：
對端基於收到的transform-payload的中加密算法，散列算法，DH
組等信息，
將找到一個相匹配的IKE_SA.
同樣對端也會把已經相匹配的IKE_SA封裝在transform_payload
中，傳遞給本端，消息格式基本一致，故不再列出。
IKE_SA是雙向的，即每臺IPSEC路由器的入站與出站方向的SA是
一致的。
3,4消息: DH交換
其目的是產生後繼密鑰資源。
DH交換的工作原理如下：
DH Exchange
p(本端產生的隨機數) q (對端產生的隨機數)
g=h^(p-1)/q
![]()
![]()
![]()
![]()
Xa(本端產生的私鑰) Xb(對端產生的私鑰)
Ya= g^Xa mod p Yb= g^Xb mod p
(本端利用私鑰計算出自已的公鑰) (對端利用私鑰計算出自已
的公鑰)
Ya-------->
<---------Yb
(通信雙方相互交換公鑰,記住只交換公鑰，私鑰永遠不交換)
ZZ = Yb^(Xa) mod p = Ya(Xb) mod p
(雙方計算出一個共同的共享的祕密數字ZZ，也就是後面SKEYID
會話密鑰中的g^xy)
DH交換的工作原理得益於一個非常簡單的數學公式:
(a^m)^n=(a^n)^m
就像(2^2)^3=(2^3)^2=64一樣簡單
從上述DH交換的過程我們可以看到，最終生成的ZZ是由已端
的RSA私鑰和對端的RSA公鑰共同組成，但是雙方在DH交換的
過程中，只是相互交換雙方的RSA公鑰，RSA私鑰永遠不會在線
路上傳遞，因爲即使有竊聽者，他能得到的也只是RSA公鑰，因
此DH交換幫助我們在一個共享的、不安全的底層介質之上，實現
了通信雙方加密密鑰的安全協商。
Message_3 , Message_4消息格式如下:
CKY_I/CKY_R:雙方各自產生的隨機數
KE_Payload：包含了雙方各自的公鑰g^xi
Nonce_Payload:雙方各自產生的臨時值，用於後繼SKEYID的協商
當第3，4條消息交換完成之後，通信雙方將會計算一個非常重要
的參數：
SKEYID(會話密鑰，此密鑰做爲產生後繼三個子密鑰
SKEYID_d, SKEYID_a, SKEYID_e的密鑰源)：
公式如下：SKEYID = prf { Ni|Nr,g^xy }
表示：將Ni與Nr的串聯作爲key,帶入明文的g^xy中，作一個prf(僞隨
機處理)。
利用此SKEYID產生一個子密鑰:
SKEYID_d = prf { SKEYID, g^xy | CKY_I | CKY_R | 0 }
用於最終加密數據的密鑰原材料
SKEYID_a = prf { SKEYID, SKEYID_d | g^xy | CKY_I | CKY_R | 1 }
用於IKE階段2，提供數據完整性保護
SKEYID_e = prf { SKEYID, SKEYID_a | g^xy | CKY_I | CKY_R | 2 }
用於加密後繼的IKE消息
5,6條消息: 對等體之間進行認證(rsa-signature)
採用certificate進行認證：
有必要對signature_payload說明一下：
發起方首先基於IDi_b計算一個HASH（I）：
HASH(I) = prf (SKEYID , g^xi | g^xr | CKY_I | CKY_R | SA | IDi_b )
然後發起方再用自已的RSA密鑰對中的RSA私鑰對此HASH（I）加密。
加密的結果就存放在Signature_Payload中。
注意:以上消息將用SKEYID_e加密，因此main-mode保護的是一部分
的IKE階段1， 和全部的IKE階段2。（IKE階段2的保護將在後文介紹）
對端在收到第5條消息之後，將按照下列步聚解封裝：
1.用SKEYID_e解密。
2.解密Certificate_Payload , 獲得發起方的RSA密鑰對中的公鑰(g^xi).
3.用g^xi解Signature_Payload 獲取HASH（I）
由於signature_payload是用發起方的RSA私鑰加密的，故用發起方的
RSA公鑰可以解密，滿足非對稱加密算法的基本原理。
4.自已計算HASH（I），將所得結果與第3步的HASH（I）進行比較,從
而完成認證。
接收方也會開始一個同樣的過程，包頭幾乎一致辭，唯一不一樣的是
接收方的HASH計算公式
HASH(R) = prf (SKEYID , g^xi | g^xr | CKY_I | CKY_R | SA | IDr_b )
至此，IKE階段1完成，到目前爲止，通信雙方還是沒有爲真正保護用
戶數據的加密算法，散列算法等達成一致，雙方只是爲這一事情的協
商構建了一個安全的通道。
IKE階段2：
IKE階段2只有一種模式:QM(Quick Mode)
主要目的：協商真正用來保護用戶數據的IPSec_SA.
3條消息。
Message 1 , Message 2:
對端收到之後，將基於本端所支持的Ipsec-sa,找到一組通信雙方都
支持的SA。
比如雙方都支持以3DES，SHA分別作爲加密算法和散列算法。
HASH(1)= prf {SKEYID_a , Message_ID | SA | Ni | IDci_b | IDcr_b }
接收端返回的消息幾乎一致，唯一不同的是HASH_payload：
HASH(2)= prf {SKEYID_a , Message_ID | SA | Ni | Nr | IDci_b | IDcr_b}
Message 3:
HASH(3)= prf {SKEYID_a , 0 | Message_ID | Ni_b | Nr_b }
message_3的作用可以簡單的理解爲對message_2的確認。
到此爲止，IKE階段2的協商全部完成，最後通信雙方只剩下一件最
最重要的事情，那就是計算保護用戶數據的加密密鑰。
K= prf { SKEYID_d , Protocol | SPI | Ni_b | Nr_b }
由於IPSEC_sa是單向的， 所以SPI參數是不同的，故入站與出站的
Key值不相同，故數據在加密時和解密時的密鑰也是不一樣的，這
是一件很有意思的事情，也充分說明了IPSec的安生性。
3．基於CA認證的IPSec配置實例：
下面附上在CISCO路由器上的一個基於證書認證的IpSec ×××配置
過程
(僅以R1爲例)：
Certificate配置過程:
利用SCEP獲取路由器的證書
1.配置router的時鐘
clock set
clock timezone
2.控制路由器memory
crypto ca certificate query(可選)
3.配置路由器主機名，域名
hostname
ip domain-name
4. 產生RSA密鑰對
crypto key generate rsa
5.宣稱CA
crypto ca trustpoint CA
enrollment url http://202.106.10.254/certsrv/mscep/mscep.dll
enrollment mode ra
6.獲取CA的證書
crypto ca authenticate CA
7.獲取路由器自已的證書
crypto ca enroll CA
檢查CRL：
crypto ca crl request CA
檢查路由器上的證書:
show crypto ca certificate
刪除路由器上的證書:
conf t
crypto ca certificate chain CA
no certificate
刪除被標識的CA：
no crypto ca idnetity CA
IpSec配置過程：
1.入站ACL允許ISAKMP ， AH ， ESP 進入。
access-list 101 permit udp host 192.168.12.2 host 192.168.12.1 eq isakmp
access-list 101 permit ahp host 192.168.12.2 host 192.168.12.1
access-list 101 permit esp host 192.168.12.2 host 192.168.12.1
access-list 101 permit ospf any any
int s0
ip access-group 101 in
2.打開ISAKMP。
crypto isakmp enable
3.建立IKE策略。
crypto isakmp policy 100
encryption des
hash sha
authentication rsa-sig
group 1
lifetime 86400
4.標識身份類型
crypto isakmp identity hostname
6.定義敏感流量
access-list 102 per ip 172.16.10.0 0.0.0.255 172.16.20.0 0.0.0.255
7.建立transform-set
crypto ipsec transform-set TRANS esp-sha-hmac esp-des
mode tunnel
8.建立加密映射
crypto map IPSEC 100 ipsec-isakmp
match address 102
set peer 192.168.12.2
set transform-set TRANS
set security-association lifetime seconds 3600
set security-association lifetime kilobytes 4608000
9.激活加密映射
int s0
crypto map IPSEC
到此爲止，基於certificate的IPSec實現的基本過程就是如此，
希望對大家有所幫助。
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RFC2409 --------The Internet Key Exchange (IKE)
D. Harkins, D. Carrel
RFC2459 --------Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate and CRL Profile
R. Housley, W. Ford, W. Polk, D. Solo
RFC2402 --------IP Authentication Header
S. Kent, R. Atkinson
RFC2406 --------IP Encapsulating Security Payload (ESP)
S. Kent, R. Atkinson