第17章-網(wǎng)絡(luò)安全

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全本章學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)（VPN）技術(shù)的基本原理理解VPN的關(guān)鍵性技術(shù)——隧道技術(shù)掌握PPP、PPTP、L2F、L2TP等隧道協(xié)議熟悉IPSec協(xié)議，掌握AH協(xié)議與ESP協(xié)議的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)掌握常用的安全技術(shù)，包括加密技術(shù)、密鑰管理、認(rèn)證技術(shù)等理解網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）技術(shù)的基本原理與類(lèi)型17.1虛擬專(zhuān)用網(wǎng)VPN技術(shù)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（VPN）指的是依靠ISP（Internet服務(wù)提供商）和其他NSP（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商），在公用網(wǎng)絡(luò)中建立專(zhuān)用的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。從定義上看，VPN首先是虛擬的，也就是說(shuō)VPN并不是某個(gè)公司專(zhuān)有的封閉線路或者是租用某個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商提供的封閉線路。但VPN同時(shí)又具有專(zhuān)線的數(shù)據(jù)傳輸功能，雖然VPN通訊建立在公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，但是用戶(hù)在使用VPN時(shí)感覺(jué)如同在使用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，所以稱(chēng)為虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。VPN的模型由以下部分組成：（1）VPN客戶(hù)：將VPN連接初始化為VPN服務(wù)器的計(jì)算機(jī)。（2）隧道：連接中封裝數(shù)據(jù)的部分。（3）VPN連接：連接中加密數(shù)據(jù)的部分。（4）隧道協(xié)議：用來(lái)管理隧道及壓縮專(zhuān)用數(shù)據(jù)的協(xié)議。包括PPTP和L2TP隧道協(xié)議。（5）隧道數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)經(jīng)常在專(zhuān)用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈接間發(fā)送。（6）傳輸互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：壓縮數(shù)據(jù)所通過(guò)的共享的或公共的網(wǎng)絡(luò)，通常是IP網(wǎng)絡(luò)?；诮⒌膶?duì)象，VPN可分為企業(yè)內(nèi)部VPN和企業(yè)外部VPN：（1）內(nèi)部VPN：在敏感部門(mén)的網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)主網(wǎng)絡(luò)之間建立的VPN連接，這種VPN在通過(guò)驗(yàn)證機(jī)制提供安全性的同時(shí)，還保證了連通性。該驗(yàn)證機(jī)制是在管理網(wǎng)絡(luò)連接的VPN服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)的。（2）企業(yè)外部VPN：企業(yè)外部VPN連接的是公司網(wǎng)絡(luò)和商業(yè)伙伴，供應(yīng)商或者客戶(hù)所屬的外部網(wǎng)絡(luò)。基于建立通信的方法，VPN又可分為路由器到路由器VPN和遠(yuǎn)程訪問(wèn)VPN：（1）路由器到路由器VPN：客戶(hù)端與一個(gè)路由器相連，而路由器再和VPN服務(wù)器相連。這種連接只有在客戶(hù)端和服務(wù)器互相驗(yàn)證時(shí)才能建立。（2）遠(yuǎn)程訪問(wèn)VPN：VPN客戶(hù)端不需要使用路由器就可以和遠(yuǎn)程訪問(wèn)VPN服務(wù)器直接建立一個(gè)連接，遠(yuǎn)程訪問(wèn)VPN服務(wù)器驗(yàn)證該客戶(hù)端。客戶(hù)端被驗(yàn)證后，才被允許訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)以及遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器管理的資源。17.1虛擬專(zhuān)用網(wǎng)VPN技術(shù)17.2隧道技術(shù)隧道技術(shù)對(duì)于構(gòu)建VPN來(lái)說(shuō)，是一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)。它是一種通過(guò)使用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞數(shù)據(jù)的方式。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)（或負(fù)載）可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或數(shù)據(jù)報(bào)。它的基本過(guò)程是：在源局域網(wǎng)與公網(wǎng)的接口處，將這些協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或數(shù)據(jù)報(bào)重新封裝在新的報(bào)頭中發(fā)送。新的報(bào)頭提供了路由信息，從而使封裝的負(fù)載數(shù)據(jù)能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳遞。被封裝的數(shù)據(jù)報(bào)在隧道的兩個(gè)端點(diǎn)之間通過(guò)公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由。在目的局域網(wǎng)與公網(wǎng)的接口處將數(shù)據(jù)解封裝，取出負(fù)載，并轉(zhuǎn)發(fā)到最終目的地。注意隧道技術(shù)是指包括數(shù)據(jù)封裝、傳輸和解包在內(nèi)的全過(guò)程。被封裝的數(shù)據(jù)報(bào)在公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上傳遞時(shí)所經(jīng)過(guò)的邏輯路徑稱(chēng)為“隧道”。17.2.1隧道類(lèi)型1.自愿隧道（Voluntarytunnel）用戶(hù)或客戶(hù)端計(jì)算機(jī)可以通過(guò)發(fā)送VPN請(qǐng)求配置和創(chuàng)建一條自愿隧道。此時(shí)，用戶(hù)端計(jì)算機(jī)作為隧道客戶(hù)方成為隧道的一個(gè)端點(diǎn)。自愿隧道需要有一條IP連接（通過(guò)局域網(wǎng)或撥號(hào)線路），客戶(hù)端計(jì)算機(jī)必須安裝適當(dāng)?shù)乃淼绤f(xié)議。使用撥號(hào)方式時(shí)，客戶(hù)端必須在建立隧道之前創(chuàng)建與公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的撥號(hào)連接。2.強(qiáng)制隧道（Compulsorytunnel）由支持VPN的撥號(hào)接入服務(wù)器配置和創(chuàng)建一條強(qiáng)制隧道。此時(shí)，用戶(hù)端的計(jì)算機(jī)不作為隧道端點(diǎn)，而是由位于客戶(hù)計(jì)算機(jī)和隧道服務(wù)器之間的遠(yuǎn)程接入服務(wù)器作為隧道客戶(hù)端，成為隧道的一個(gè)端點(diǎn)。自愿隧道技術(shù)為每個(gè)客戶(hù)創(chuàng)建獨(dú)立的隧道，而強(qiáng)制隧道和隧道服務(wù)器之間建立的隧道可以被多個(gè)撥號(hào)客戶(hù)共享，不必為每個(gè)客戶(hù)建立一條新的隧道。因此，一條隧道中可能會(huì)傳遞多個(gè)客戶(hù)的數(shù)據(jù)信息，只有在最后一個(gè)隧道用戶(hù)斷開(kāi)連接之后才終止整條隧道。17.2.2隧道協(xié)議為創(chuàng)建隧道，隧道的客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器雙方必須使用相同的隧道協(xié)議。OSI模型劃分，隧道技術(shù)可以分別以第2層或第3層隧道協(xié)議為基礎(chǔ)：第2層隧道協(xié)議對(duì)應(yīng)OSI模型中的數(shù)據(jù)鏈路層，使用幀作為數(shù)據(jù)交換單位。PPTP、L2TP和L2F（第2層轉(zhuǎn)發(fā)）都屬于第2層隧道協(xié)議，都是將數(shù)據(jù)封裝在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）幀中通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。對(duì)于像PPTP和L2TP這樣的第2層隧道協(xié)議，創(chuàng)建隧道的過(guò)程類(lèi)似于在雙方之間建立會(huì)話；隧道的兩個(gè)端點(diǎn)必須同意創(chuàng)建隧道并協(xié)商隧道各種配置變量，如地址分配、加密或壓縮等參數(shù)。絕大多數(shù)情況下，通過(guò)隧道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都使用基于數(shù)據(jù)報(bào)的協(xié)議發(fā)送。第3層隧道協(xié)議對(duì)應(yīng)OSI模型中的網(wǎng)絡(luò)層，使用包作為數(shù)據(jù)交換單位。IPSec隧道模式屬于第3層隧道協(xié)議，是將IP包封裝在附加的IP報(bào)頭中通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳送。第3層隧道技術(shù)通常不對(duì)隧道進(jìn)行維護(hù)，而第2層隧道協(xié)議（PPTP和L2TP）必須包括對(duì)隧道的創(chuàng)建、維護(hù)和終止。1.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）

PPP為基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的，多協(xié)議自尋址數(shù)據(jù)包的傳輸提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法。PPP最初設(shè)計(jì)是為兩個(gè)對(duì)等結(jié)構(gòu)之間的IP流量的傳輸提供一種封裝協(xié)議。在TCP/IP協(xié)議棧中它是一種關(guān)于同步調(diào)制連接的數(shù)據(jù)鏈路層（OSI模式中的第2層）協(xié)議。PPP主要由以下幾部分組成：（1）封裝：PPP封裝提供了不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議同時(shí)通過(guò)統(tǒng)一鏈路的多路技術(shù)，可以封裝多協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)。（2）鏈路控制協(xié)議（LCP）：PPP提供的鏈路控制協(xié)議LCP用于就封裝格式選項(xiàng)自動(dòng)的達(dá)成一致，處理數(shù)據(jù)包大小的變化，探測(cè)looped-back鏈路和其他普通的配置錯(cuò)誤，以及終止鏈路。（3）網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）：一種擴(kuò)展鏈路控制協(xié)議，用于建立、配置、測(cè)試和管理數(shù)據(jù)鏈路連接。17.2.2隧道協(xié)議17.2.2隧道協(xié)議為了建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路通信，PPP鏈路的每一端必須首先發(fā)送LCP包以便設(shè)定和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路。在鏈路建立之后，LCP可選設(shè)備才可以被認(rèn)證。然后，PPP必須發(fā)送NCP包以便選擇和設(shè)定一個(gè)或更多的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。一旦每個(gè)被選擇的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議都被設(shè)定好了，來(lái)自每個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)就能在連路上發(fā)送了。鏈路將保持通信設(shè)定不變，直到外在的LCP和NCP關(guān)閉鏈路，或者是發(fā)生一些外部事件（如休止?fàn)顟B(tài)的定時(shí)器期滿或者網(wǎng)絡(luò)管理員干涉）的時(shí)候。

PPP協(xié)議結(jié)構(gòu)：（1）Flag：表示幀的起始或結(jié)束，由二進(jìn)制序列01111110構(gòu)成。（2）Address：包括二進(jìn)制序列11111111，標(biāo)準(zhǔn)廣播地址（注意：PPP不分配個(gè)人棧地址）。（3）Control：二進(jìn)制序列00000011，要求用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)序幀。（4）Protocol：識(shí)別幀的Information字段封裝的協(xié)議。（5）Information：0或更多八位字節(jié)，包含Protocol字段中指定的協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)。（6）FCS：幀校驗(yàn)序列（FCS）字段，通常為16位。8162440bitsVariable16-32bitsFlagAddressControlProtocolInformationFCS2.點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道協(xié)議（

PointtoPointTunnelingProtocol，PPTP）

PPTP是一種支持多協(xié)議虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通過(guò)該協(xié)議，遠(yuǎn)程用戶(hù)能夠通過(guò)裝有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議的系統(tǒng)，安全訪問(wèn)公司網(wǎng)絡(luò)，并能撥號(hào)連入本地ISP，通過(guò)Internet安全鏈接到公司網(wǎng)絡(luò)。

PPTP協(xié)議將控制包與數(shù)據(jù)包分開(kāi)?？刂瓢捎肨CP控制，用于嚴(yán)格的狀態(tài)查詢(xún)及信令信息；數(shù)據(jù)包部分先封裝在PPP協(xié)議中，然后封裝到GRE（通用路由協(xié)議封裝）V2協(xié)議中。

PPTP是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）的擴(kuò)展，增強(qiáng)了PPP的身份驗(yàn)證、壓縮和加密機(jī)制。PPTP協(xié)議允許對(duì)IP或IPX數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密，然后封裝在IP包頭中通過(guò)企業(yè)IP網(wǎng)絡(luò)或公共互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。PPTP與路由和遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)程序一起安裝，通過(guò)使用路由和遠(yuǎn)程訪問(wèn)向?qū)?，可以為遠(yuǎn)程訪問(wèn)和請(qǐng)求撥號(hào)路由連接啟用PPTP端口。17.2.2隧道協(xié)議PPTP提供了對(duì)專(zhuān)用數(shù)據(jù)封裝和加密的VPN服務(wù)：（1）封裝：使用通用路由封裝頭文件和IP頭數(shù)據(jù)包裝PPP幀。在IP頭文件中是與VPN客戶(hù)機(jī)和VPN服務(wù)器對(duì)應(yīng)的源和目標(biāo)IP地址。下圖顯示了PPP幀的PPTP封裝：

（2）加密：通過(guò)使用從MS-CHAP或EAP-TLS身份驗(yàn)證過(guò)程中生成的密匙，PPTP幀以MPPE方式進(jìn)行加密。17.2.2隧道協(xié)議17.2.2隧道協(xié)議PPTP協(xié)議結(jié)構(gòu)：Length：該P(yáng)PTP信息的八位總長(zhǎng)，包括整個(gè)PPTP頭。PPTPMessageType：信息類(lèi)型?？赡苤涤校嚎刂菩畔?、管理信息。MagicCookie：以連續(xù)的0x1A2B3C4D進(jìn)行發(fā)送，目的是確保接收端與TCP數(shù)據(jù)流間的正確同步運(yùn)行。ControlMessageType：可能值包括開(kāi)始-控制-鏈接-請(qǐng)求，開(kāi)始-控制-鏈接-答復(fù)，停止-控制-鏈接-請(qǐng)求，停止-控制-鏈接-答復(fù)，回音-請(qǐng)求，回音-答復(fù)。1632bitLengthPPTPMessageTypeMagicCookieControlMessageTypeReserved0ProtocolVersionReserved1FramingCapabilityBearingCapabilityMaximumChannelsFirmwareRevisionHostName（64Octets）VendorString（64Octets）CallManagement：可能值包括導(dǎo)出-呼叫-請(qǐng)求（Outgoing-Call-Request），導(dǎo)出-呼叫-答復(fù)（Outgoing-Call-Reply），導(dǎo)入-呼叫-請(qǐng)求（Incoming-Call-Request），導(dǎo)入-呼叫-答復(fù)（Incoming-Call-Reply），導(dǎo)入-呼叫-鏈接（Incoming-Call-Connected），呼叫-清除-請(qǐng)求（Call-Clear-Request），呼叫-斷開(kāi)鏈接-通告（Call-Disconnect-Notify），廣域網(wǎng)-錯(cuò)誤-通告（WAN-Error-Notify）。PPPSessionControl：設(shè)置-鏈路-信息（Set-Link-Info）。Reserved0&1：必須設(shè)置為0ProtocolVersion：PPTP版本號(hào)FramingCapabilities：指出幀類(lèi)型，該信息發(fā)送方可以提供：異步幀支持（AsynchronousFramingSupported）；同步幀支持（SynchronousFramingSupported）。BearerCapabilities：指出承載性能，該信息發(fā)送方可以提供：模擬訪問(wèn)支持（AnalogAccessSupported）；數(shù)字訪問(wèn)支持（Digitalaccesssupported）。MaximumChannels：該P(yáng)AC可以支持的個(gè)人PPP會(huì)話總數(shù)。FirmwareRevision：若由PAC出發(fā)，則包括發(fā)出PAC時(shí)的固件修訂本編號(hào)；若由PNS出發(fā)，則包括PNSPPTP驅(qū)動(dòng)版本。HostName：包括發(fā)行的PAC或PNS的DNS名稱(chēng)。VendorName：包括特定供應(yīng)商字串，指當(dāng)請(qǐng)求是由PNS提出時(shí)，使用的PAC類(lèi)型或PNS軟件類(lèi)型。17.2.2隧道協(xié)議17.2.2隧道協(xié)議3.第二層轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議（

Level2Forwardingprotocol，L2F）

L2F用于建立跨越公共網(wǎng)絡(luò)（如Internet）的安全隧道，將ISPPOP連接到企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)。這個(gè)隧道建立了一個(gè)用戶(hù)與企業(yè)客戶(hù)網(wǎng)絡(luò)間的虛擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。

L2F允許高層協(xié)議的鏈路層隧道技術(shù)。使用這樣的隧道，使得把原始撥號(hào)服務(wù)器位置和撥號(hào)協(xié)議連接終止與提供的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)位置分離成為可能。L2F允許在L2F中封裝PPP/SLIP包。ISPNAS與家庭網(wǎng)關(guān)都需要共同了解封裝協(xié)議，這樣才能在Internet上成功地傳輸或接收SLIP/PPP包。L2F協(xié)議結(jié)構(gòu)：1111111111111162432bitFKPS00000000CVersionProtocolSequenceMultiplexIDClientIDLengthOffsetKeyVersion：用于創(chuàng)建數(shù)據(jù)包的L2F軟件的主修版本。Protocol：協(xié)議字段，規(guī)定L2F數(shù)據(jù)包中傳送的協(xié)議。Sequence：當(dāng)L2F頭部的S位設(shè)置為1時(shí)的當(dāng)前序列號(hào)。MultiplexID：數(shù)據(jù)包MultiplexID用于識(shí)別一個(gè)隧道中的特殊鏈接。ClientID：ClientID（CLID）支持解除復(fù)用隧道中的終點(diǎn)。Length：整個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度大小（八位形式），包括頭、所有字段以及有效負(fù)載。Offset：該字段規(guī)定通過(guò)L2F協(xié)議頭的字節(jié)數(shù)，協(xié)議頭是有效負(fù)載數(shù)據(jù)起始位置。如果L2F頭部的F位設(shè)置為1時(shí)，就會(huì)有該字段出現(xiàn)。Key：Key字段出現(xiàn)在將K位設(shè)置在L2F協(xié)議頭的情況。這屬于認(rèn)證過(guò)程。Checksum：數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)和。Checksum字段出現(xiàn)在L2F協(xié)議頭中的C位設(shè)置為1的情況。17.2.2隧道協(xié)議4.第二層隧道協(xié)議（Layer2TunnelingProtocol，L2TP）

L2TP是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)隧道協(xié)議，它結(jié)合了PPTP協(xié)議以及L2F協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，能以隧道方式使PPP包通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如ATM和幀中繼等）。但L2TP沒(méi)有任何加密措施，更多的是和IPSec協(xié)議結(jié)合使用，提供隧道驗(yàn)證。

PPP定義了多協(xié)議跨越第二層點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接的一個(gè)封裝機(jī)制。特別地，用戶(hù)通過(guò)使用眾多技術(shù)之一（如ISDN、ADSL等）獲得第二層連接到網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)服務(wù)器（NAS），然后在此連接上運(yùn)行PPP。在這樣的配置中，第二層終端點(diǎn)和PPP會(huì)話終點(diǎn)處于相同的物理設(shè)備中（如：NAS）。L2TP擴(kuò)展了PPP模型，允許第二層和PPP終點(diǎn)處于不同的由包交換網(wǎng)絡(luò)相互連接的設(shè)備來(lái)。通過(guò)L2TP，用戶(hù)在第二層連接到一個(gè)訪問(wèn)集中器（如調(diào)制解調(diào)器池、ADSLDSLAM等），然后這個(gè)集中器將單獨(dú)從PPP幀隧道到NAS。這樣，可以把PPP包的實(shí)際處理過(guò)程與L2連接的終點(diǎn)分離開(kāi)來(lái)。對(duì)于這樣的分離，其好處是L2連接可以在一個(gè)（本地）電路集中器上終止，然后通過(guò)共享網(wǎng)絡(luò)如幀中繼電路或因特網(wǎng)擴(kuò)展邏輯PPP會(huì)話，而不用在NAS上終止。

17.2.2隧道協(xié)議L2TP使用兩種信息類(lèi)型：控制信息和數(shù)據(jù)信息?？刂菩畔⒂糜谒淼篮秃艚械慕?、維持和清除；數(shù)據(jù)信息用于封裝隧道所攜帶的PPP幀?？刂菩畔⒗肔2TP中的一個(gè)可靠控制通道來(lái)確保發(fā)送，當(dāng)發(fā)生包丟失時(shí)，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信息。L2TP依賴(lài)于加密服務(wù)的網(wǎng)際協(xié)議安全（IPSec），基于IPSec的L2TP提供專(zhuān)用數(shù)據(jù)的封裝和加密的主要VPN服務(wù)：（1）封裝：基于IPSec的L2TP數(shù)據(jù)包的封裝由兩層組成：①L2TP封裝：將PPP框架（IP數(shù)據(jù)包、IPX數(shù)據(jù)包或NetBEUI框架）包裝成L2TP。②IPSec封裝：使用IPSec封裝安全措施負(fù)載量（ESP）頭文件和尾文件、提供消息完整性和身份驗(yàn)證的IPSec身份驗(yàn)證尾文件及最后的IP頭數(shù)據(jù)包裝L2TP結(jié)果消息。在IP頭文件中有與VPN客戶(hù)機(jī)和VPN服務(wù)器對(duì)應(yīng)的源和目標(biāo)IP地址。17.2.2隧道協(xié)議17.2.2隧道協(xié)議下圖顯示了PPP數(shù)據(jù)包的L2TP和IPSec封裝：（2）加密：通過(guò)使用在IPSec身份驗(yàn)證過(guò)程中生成的密匙，使用IPSec加密機(jī)制加密L2TP消息。L2TP命令頭：

121632bitTLXXSXOPXXXXVERLengthTunnelIDSessionIDNs（opt）Nr（opt）OffsetSize（opt）OffsetPad（opt）T：T位表示信息類(lèi)型。若是數(shù)據(jù)信息，該值為0；若是控制信息，該值為1。L：當(dāng)設(shè)置該字段時(shí)，說(shuō)明Length字段存在，表示接收數(shù)據(jù)包的總長(zhǎng)。對(duì)于控制信息，必須設(shè)置該值。X：X位為將來(lái)擴(kuò)張預(yù)留使用。在導(dǎo)出信息中所有預(yù)留位被設(shè)置為0，導(dǎo)入信息中該值忽略。S：如果設(shè)置S位，那么Nr字段和Ns字段都存在。對(duì)于控制信息，S位必須設(shè)置。當(dāng)設(shè)置該字段時(shí)，表示在有效負(fù)載信息中存在OffsetSize字段。對(duì)于控制信息，該字段值設(shè)為0。P：如果Priority（P）位值為1，表示該數(shù)據(jù)信息在其本地排隊(duì)和傳輸中將會(huì)得到優(yōu)先處理。Ver：Ver位的值總為002。它表示一個(gè)版本1L2TP信息。Length：信息總長(zhǎng)，包括頭、信息類(lèi)型AVP以及另外的與特定控制信息類(lèi)型相關(guān)的AVPs。17.2.2隧道協(xié)議TunnelID：識(shí)別控制信息應(yīng)用的Tunnel。如果對(duì)等結(jié)構(gòu)還沒(méi)有接收到分配的TunnelID，那么TunnelID必須設(shè)置為0。一旦接收到分配的TunnelID，所有更遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)包必須和TunnelID一起被發(fā)送。CallID：識(shí)別控制信息應(yīng)用的Tunnel中的用戶(hù)會(huì)話。如果控制信息在Tunnel中不應(yīng)用單用戶(hù)會(huì)話（例如，一個(gè)Stop-Control-Connection-Notification信息），CallID必須設(shè)置為0。Nr：期望在下一個(gè)控制信息中接收到的序列號(hào)。Ns：數(shù)據(jù)或控制信息的序列號(hào)。OffsetSize&Pad：該字段規(guī)定通過(guò)L2TP協(xié)議頭的字節(jié)數(shù)，協(xié)議頭是有效負(fù)載數(shù)據(jù)起始位置。OffsetPadding中的實(shí)際數(shù)據(jù)并沒(méi)有定義。如果Offset字段當(dāng)前存在，那么L2TP頭OffsetPadding的最后八位字節(jié)后結(jié)束。17.2.2隧道協(xié)議PPTP和L2TP都使用PPP協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后添加附加包頭用于數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。盡管兩個(gè)協(xié)議非常相似，但是仍存在以下幾方面的不同：（1）PPTP要求互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為IP網(wǎng)絡(luò)。L2TP只要求隧道媒介提供面向數(shù)據(jù)包的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。L2TP可以在IP（使用UDP）、幀中繼永久虛擬電路（PVCs）、X.25虛擬電路（VCs）或ATMVCs網(wǎng)絡(luò)上使用。（2）PPTP只能在兩端點(diǎn)間建立單一隧道。L2TP支持在兩端點(diǎn)間使用多隧道。使用L2TP，用戶(hù)可以針對(duì)不同的服務(wù)質(zhì)量創(chuàng)建不同的隧道。（3）L2TP可以提供包頭壓縮。當(dāng)壓縮包頭時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)（overhead）占用4個(gè)字節(jié)，而PPTP協(xié)議下要占用6個(gè)字節(jié)。（4）L2TP可以提供隧道驗(yàn)證，而PPTP則不支持隧道驗(yàn)證。但是當(dāng)L2TP或PPTP與IPSec共同使用時(shí)，可以由IPSec提供隧道驗(yàn)證，不需在第2層協(xié)議上驗(yàn)證隧道。17.2.2隧道協(xié)議17.3.1IPSec協(xié)議IPSec協(xié)議是一種由IETF設(shè)計(jì)的端到端的、確保基于IP通訊的數(shù)據(jù)安全性的機(jī)制。它支持對(duì)數(shù)據(jù)加密，為網(wǎng)絡(luò)通信提供透明的安全服務(wù)，保護(hù)TCP/IP通信免遭竊聽(tīng)和篡改，同時(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性。其基本工作原理是：發(fā)送方在數(shù)據(jù)傳輸前對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施加密，在整個(gè)傳輸過(guò)程中，報(bào)文都是以密文方式傳輸，直到數(shù)據(jù)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，才由接收端對(duì)其進(jìn)行解密。IPSec對(duì)數(shù)據(jù)的加密以數(shù)據(jù)包而不是整個(gè)數(shù)據(jù)流為單位，這不僅更靈活，也有助于進(jìn)一步提高IP數(shù)據(jù)包的安全性。通過(guò)提供強(qiáng)有力的加密保護(hù)，IPSec可以有效防范網(wǎng)絡(luò)攻擊，保證專(zhuān)用數(shù)據(jù)在公共網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安全性。

IPSec給出了應(yīng)用于IP層上網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全的一整套體系結(jié)構(gòu)，它包括網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議AH（AuthenticationHeader）協(xié)議和ESP（EncapsulatingSecurityPayload）協(xié)議、密鑰管理協(xié)議IKE（InternetKeyExchange）協(xié)議等。IPSec規(guī)定了如何選擇安全協(xié)議、確定安全算法和密鑰交換，向上提供了訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)源驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密等網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)?？梢园袸PSec想像成是位于TCP/IP協(xié)議棧的下層協(xié)議，該層由每臺(tái)計(jì)算機(jī)上的安全策略和發(fā)送、接收方協(xié)商的安全關(guān)聯(lián)（securityassociation，SA）進(jìn)行控制。安全策略由一套過(guò)濾機(jī)制和關(guān)聯(lián)的安全行為組成。如果一個(gè)數(shù)據(jù)包的IP地址、協(xié)議和端口號(hào)都滿足一個(gè)過(guò)濾機(jī)制，那么這個(gè)數(shù)據(jù)包將要遵守關(guān)聯(lián)的安全行為。協(xié)商安全關(guān)聯(lián)（NegotiatedSecurityAssociation）：第一個(gè)滿足過(guò)濾機(jī)制的數(shù)據(jù)包將會(huì)引發(fā)發(fā)送和接收方對(duì)安全關(guān)聯(lián)進(jìn)行協(xié)商。ISAKMP/OAKLEY是這種協(xié)商采用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在一個(gè)ISAKMP/OAKLEY交換過(guò)程中，兩臺(tái)機(jī)器對(duì)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)安全方式達(dá)成一致，進(jìn)行相互驗(yàn)證，然后生成一個(gè)用于隨后的數(shù)據(jù)加密的共享密鑰。17.3.1IPSec協(xié)議驗(yàn)證報(bào)頭（AH）：通過(guò)一個(gè)位于IP報(bào)頭和傳輸報(bào)頭之間的驗(yàn)證報(bào)頭可以提供IP負(fù)載數(shù)據(jù)的完整性和數(shù)據(jù)驗(yàn)證。驗(yàn)證報(bào)頭包括驗(yàn)證數(shù)據(jù)和一個(gè)序列號(hào)，共同用來(lái)驗(yàn)證發(fā)送方身份，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有被改動(dòng)，防止受到第三方的攻擊。IPSec驗(yàn)證報(bào)頭不提供數(shù)據(jù)加密；信息將以明文方式發(fā)送。封裝安全負(fù)載（ESP）：為了保證數(shù)據(jù)的保密性并防止數(shù)據(jù)被第三方竊取，封裝安全負(fù)載提供了一種對(duì)IP負(fù)載進(jìn)行加密的機(jī)制。另外，ESP還可以提供數(shù)據(jù)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)完整性服務(wù)。IPSec是第三層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，支持IP網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的安全傳輸。除了對(duì)IP數(shù)據(jù)流的加密機(jī)制進(jìn)行了規(guī)定之外，IPSec還制定了隧道模式的數(shù)據(jù)包格式，一般被稱(chēng)作IPSec隧道模式。一個(gè)IPSec隧道由一個(gè)隧道客戶(hù)和隧道服務(wù)器組成，兩端都配置使用IPSec隧道技術(shù)，采用協(xié)商加密機(jī)制。17.3.1IPSec協(xié)議IPSec實(shí)現(xiàn)在專(zhuān)用或公共IP網(wǎng)絡(luò)上的安全傳輸，IPSec隧道模式使用安全方式封裝和加密整個(gè)IP包，然后將加密的負(fù)載再次封裝在明文IP包頭內(nèi)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到隧道服務(wù)器端。隧道服務(wù)器對(duì)收到的數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行處理，在去除明文IP包頭，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行解密之后，獲得最初的負(fù)載IP包。負(fù)載IP包在經(jīng)過(guò)正常處理之后被路由到位于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的目的地。17.3.1IPSec協(xié)議IPSec隧道模式具有以下功能和局限：（1）只能支持IP數(shù)據(jù)流。（2）工作在IP棧（IPstack）的底層，因此，應(yīng)用程序和高層協(xié)議可以繼承IPSec的行為。（3）由一個(gè)安全策略（一整套過(guò)濾機(jī)制）進(jìn)行控制。安全策略按照優(yōu)先級(jí)的先后順序創(chuàng)建可供使用的加密和隧道機(jī)制以及驗(yàn)證方式。當(dāng)需要建立通信時(shí)，雙方機(jī)器執(zhí)行相互驗(yàn)證，然后協(xié)商使用何種加密方式。此后的所有數(shù)據(jù)流都將使用雙方協(xié)商的加密機(jī)制進(jìn)行加密，然后封裝在隧道報(bào)頭內(nèi)。17.3.1IPSec協(xié)議

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

IPSec協(xié)議提供了兩種安全機(jī)制：認(rèn)證和加密。認(rèn)證機(jī)制使IP通信的數(shù)據(jù)接收方能夠確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實(shí)身份以及數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否遭篡改。加密機(jī)制通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼來(lái)保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性，以防數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被竊聽(tīng)。IPSec協(xié)議組包含AH協(xié)議、ESP協(xié)議和IKE協(xié)議。AH協(xié)議定義了認(rèn)證的應(yīng)用方法，提供數(shù)據(jù)源認(rèn)證和完整性保證；ESP協(xié)議定義了加密和可選認(rèn)證的應(yīng)用方法，提供可靠性保證。AH和ESP都可以提供認(rèn)證服務(wù)，不過(guò)，AH提供的認(rèn)證服務(wù)要強(qiáng)于ESP。

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

1.驗(yàn)證報(bào)頭（AuthenticationHeader，AH）協(xié)議結(jié)構(gòu)

AH協(xié)議為IP通信提供數(shù)據(jù)源認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性和反重播保證，但是不能提供數(shù)據(jù)的保密性（即沒(méi)有加密數(shù)據(jù)）傳輸。AH包含一個(gè)帶密鑰的Hash散列，此Hash散列在整個(gè)數(shù)據(jù)包中計(jì)算，因此對(duì)數(shù)據(jù)的任何更改將致使散列無(wú)效，從而提供了完整性保護(hù)。下圖為AH在IP格式中的位置以及AH字段的結(jié)構(gòu)：8位8位16位下一報(bào)頭有效載荷長(zhǎng)度保留安全參數(shù)索引（SPI）序號(hào)認(rèn)證數(shù)據(jù)（可變）AH報(bào)頭各字段含義：（1）下一個(gè)報(bào)頭：規(guī)定了下一個(gè)要傳輸IP數(shù)據(jù)報(bào)的類(lèi)型。例如，下一個(gè)報(bào)頭值等于“6”，表示緊接其后的是TCP報(bào)頭。下一個(gè)報(bào)頭字段的值用一個(gè)8位的二進(jìn)制值表示。（2）有效載荷長(zhǎng)度：用一個(gè)8位的二進(jìn)制值表示AH報(bào)頭長(zhǎng)度。（3）保留字段：該字段的值為0，它被保留下來(lái)留待將來(lái)使用。該字段長(zhǎng)度為8位。（4）安全參數(shù)索引（SecurityParametersIndex，SPI）：這是一個(gè)為數(shù)據(jù)報(bào)識(shí)別安全關(guān)聯(lián)的32位偽隨機(jī)值。SPI值0被保留來(lái)表明沒(méi)有安全關(guān)聯(lián)存在。（5）序列號(hào)：從1開(kāi)始的32位單增序列號(hào)，不允許重復(fù)，惟一地標(biāo)識(shí)了每一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包，為安全關(guān)聯(lián)提供反重播保護(hù)。接收端校驗(yàn)序列號(hào)為該字段值的數(shù)據(jù)包是否已經(jīng)被接收過(guò)，若是，則拒收該數(shù)據(jù)包。（6）認(rèn)證數(shù)據(jù)：包含進(jìn)行完整性校驗(yàn)和。接收端接收到分組后，首先執(zhí)行Hash計(jì)算，再與發(fā)送端填充的該字段值比較，若兩者相等，表示數(shù)據(jù)完整，反之，表示在傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)已經(jīng)被修改，則丟棄該分組。

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

增加AH報(bào)頭需要以下幾個(gè)步驟：

1.AH報(bào)頭加到有效載荷上，但認(rèn)證數(shù)據(jù)字段要置為0。

2.對(duì)AH報(bào)頭和有效載荷進(jìn)行散列，以便產(chǎn)生認(rèn)證數(shù)據(jù)。

3.認(rèn)證數(shù)據(jù)被插入到AH報(bào)頭中。

4.加入到IP報(bào)頭，但要把協(xié)議字段值改變?yōu)?1。2.封裝安全有效載荷（ESP）協(xié)議結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中需要經(jīng)過(guò)多個(gè)路由器，只驗(yàn)證在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)的可靠性和完整性還是不夠的。因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)的內(nèi)容對(duì)于它所途徑的中間設(shè)備來(lái)說(shuō)是可見(jiàn)的。這就需要另一種類(lèi)型的IP安全報(bào)頭，即封裝安全有效載荷（ESP）。盡管ESP提供的安全特性和AH類(lèi)似，但AH不提供保密，它只提供完整性和報(bào)文身份驗(yàn)證。ESP為IP數(shù)據(jù)包提供完整性檢查、認(rèn)證和加密，加密使發(fā)送計(jì)算機(jī)通過(guò)修改數(shù)據(jù)報(bào)的內(nèi)容，使之變成中間設(shè)備不能理解的一種格式，可防止篡改。一般ESP不對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)包加密，而是只加密IP包的有效載荷部分，不包括IP頭。但在端對(duì)端的隧道通信中，ESP需要對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)包加密。

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

當(dāng)實(shí)現(xiàn)ESP時(shí)，IP數(shù)據(jù)報(bào)中增添了三個(gè)附加組件，它們是ESP報(bào)頭，ESP報(bào)尾（Tailer）和ESP驗(yàn)證（Auth）。在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，ESP緊隨IP報(bào)頭之后，ESP報(bào)尾和ESP驗(yàn)證在數(shù)據(jù)組件后面。下圖為ESP在IP數(shù)據(jù)報(bào)格式中的位置，以及ESP字段的結(jié)構(gòu)：

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

ESP報(bào)頭由兩個(gè)32位字組成，分別是SecurityParametersIndex（SPI，安全參數(shù)索引）和SequenceNumber（序列號(hào)）。這同AH報(bào)頭的SPI、SN是相同的。而且，如同AH一樣，ESP提供了HMAC完整性檢查，只不過(guò)檢查字段置于整個(gè)分組的最后。這是因?yàn)椴恍枰彺娣纸M就可以計(jì)算出整個(gè)分組的散列值，然后直接填充到HMAC（HashedMessageAuthenticationCode，散列的信息認(rèn)證碼）域，提高了傳輸速率。ESP過(guò)程的步驟如下：（1）有效載荷增加ESP報(bào)尾。（2）有效載荷和報(bào)尾要進(jìn)行加密。（3）增加ESP報(bào)頭。（4）ESP報(bào)頭、有效載荷以及ESP報(bào)尾都用來(lái)生成身份驗(yàn)證數(shù)據(jù)。（5）身份驗(yàn)證數(shù)據(jù)加到ESP報(bào)尾的末端。（6）加上IP報(bào)頭，但要把協(xié)議字段值改變?yōu)?0。

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

3.ESP隧道模式和AH隧道模式

IPSec支持兩種工作模式：一種為傳輸模式，在這種模式下，IPSec報(bào)頭直接插在IP報(bào)頭的后面，同時(shí)IP報(bào)頭的協(xié)議域指明了插放的IPSec報(bào)頭類(lèi)型。另一種模式是隧道模式，在隧道模式下，整個(gè)原數(shù)據(jù)包被當(dāng)作有效載荷封裝了起來(lái)，外面附上新的IP報(bào)頭。其中內(nèi)部IP報(bào)頭（原IP報(bào)頭）指定最終的信源和信宿地址，而外部IP報(bào)頭（新IP報(bào)頭）中包含的常常是做中間處理的安全網(wǎng)關(guān)地址。與傳輸模式不同，在隧道模式中，原IP地址被當(dāng)作有效載荷的一部分受到IPSec的安全保護(hù)，另外，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)加密，還可以將數(shù)據(jù)包目的地址隱藏起來(lái)，這樣更有助于保護(hù)端對(duì)端隧道通信中數(shù)據(jù)的安全性。

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

在傳輸模式下，AH在每一個(gè)數(shù)據(jù)包的IP層與上層之間插入一個(gè)身份驗(yàn)證報(bào)頭，并且在這個(gè)數(shù)據(jù)包的IP分組頭的協(xié)議字段用數(shù)字51指明了緊跟在IP報(bào)頭后面的是AH協(xié)議。而在隧道模式下，AH頭在新的IP報(bào)頭后面，然后才是原始的IP分組。AH在TCP/IP協(xié)議體系中的位置如下：AH頭格式如下：AH對(duì)包括IP報(bào)頭的整個(gè)分組進(jìn)行完整性檢查，但是對(duì)于IP報(bào)頭隨著路由器轉(zhuǎn)發(fā)而改變的值如TTL（TimetoLive）和協(xié)議域等不在完整性檢查范圍之內(nèi)。IP報(bào)頭AH頭TCP/UDP報(bào)頭數(shù)據(jù)新的IP報(bào)頭AH頭原始IP報(bào)頭TCP/UDP報(bào)頭數(shù)據(jù)

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

在傳輸模式下，ESP在每一個(gè)數(shù)據(jù)包的IP層與上層之間插入一個(gè)身份驗(yàn)證報(bào)頭，并且在這個(gè)數(shù)據(jù)包的IP分組頭的協(xié)議域用數(shù)字“50”指明了緊跟在IP報(bào)頭后面的是ESP協(xié)議。而在隧道模式下，ESP頭在新的IP報(bào)頭后面，然后才是原始的IP分組。ESP在TCP/IP協(xié)議體系中的位置：ESP頭格式：與AH不同的是，ESP認(rèn)證完整性檢查部分（HMAC）包括ESP報(bào)頭、傳輸層協(xié)議報(bào)頭，應(yīng)用數(shù)據(jù)和但不包括IP報(bào)頭，因此ESP不能保證IP報(bào)頭不被篡改。ESP加密部分包括上層傳輸協(xié)議信息、數(shù)據(jù)。新的IP報(bào)頭ESP頭原始IP報(bào)頭TCP/UDP報(bào)頭數(shù)據(jù)認(rèn)證（HMAC）IP報(bào)頭ESP頭TCP/UDP報(bào)頭數(shù)據(jù)認(rèn)證（HMAC）

17.3.2IPSec協(xié)議類(lèi)型

17.4.1安全技術(shù)—加密技術(shù)VPN常常在不安全的Internet中通信，通信的內(nèi)容可能涉及企業(yè)的機(jī)密數(shù)據(jù)，因此需要建立強(qiáng)大的安全功能以確保企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不受到外來(lái)攻擊，確保通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)傳送的企業(yè)數(shù)據(jù)的安全。VPN中的安全技術(shù)通常由加密技術(shù)、密鑰管理和認(rèn)證技術(shù)組成。認(rèn)證和加密是信息安全的兩大部分，加密是為了不讓傳送的信息泄漏出去，防止如竊聽(tīng)等的第三方的被動(dòng)攻擊；而認(rèn)證是防止第三方對(duì)傳送的文件進(jìn)行主動(dòng)攻擊，如篡改、偽造?？梢?jiàn)，加密和認(rèn)證是兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程。對(duì)需要發(fā)送的消息加密，這樣沒(méi)有經(jīng)過(guò)授權(quán)的用戶(hù)是不能提取真正的內(nèi)容的。我們把發(fā)送方要發(fā)送的數(shù)據(jù)看成是明文，明文通過(guò)加密后就叫密文。相應(yīng)的，有加密算法和解密算法，分別是使用在加密過(guò)程中的規(guī)則、解密過(guò)程的規(guī)則。而加密算法和解密算法都是在一組密鑰的控制下進(jìn)行的，稱(chēng)之為加密密鑰和解密密鑰。

1.對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)下圖顯示了對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)的基本思想：

最著名的對(duì)稱(chēng)加密算法是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES），其基本思想是二進(jìn)制的明文分成每64bits一組，再用一個(gè)64bits密鑰（其中有56bits參與加密運(yùn)算，其余八位是用于錯(cuò)誤檢測(cè)的）對(duì)分組的明文序列進(jìn)行16輪代換和換位加密，形成密文。DES算法簡(jiǎn)單，除了順序輸入密鑰以外，其加密和解密的過(guò)程完全相同（解密過(guò)程是加密的逆過(guò)程），這樣非常利于算法的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。17.4.1安全技術(shù)—加密技術(shù)右圖為DES加密流程：對(duì)稱(chēng)加密算法雖然加密的速度很快，但是必須通過(guò)雙方共享密鑰才能實(shí)現(xiàn)加解密。所以，如何安全的共享密鑰，就引發(fā)了密鑰的安全管理問(wèn)題。還有一個(gè)問(wèn)題，如果不只是兩個(gè)通信實(shí)體之間進(jìn)行加密解密的安全保護(hù)，而是兩個(gè)以上的實(shí)體，這就需要多個(gè)密鑰。為每?jī)蓚€(gè)實(shí)體分配一個(gè)密鑰。比如，三個(gè)實(shí)體就該有三個(gè)密鑰，四個(gè)實(shí)體就需要6個(gè)密鑰?？梢钥闯觯诙鄠€(gè)實(shí)體之間進(jìn)行交流就產(chǎn)生了多個(gè)密鑰的麻煩。正是由于對(duì)稱(chēng)加密算法的這些缺陷，人們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了以下的公鑰體制。17.4.1安全技術(shù)—加密技術(shù)3.公鑰加密技術(shù)公鑰加密算法摒棄了對(duì)稱(chēng)加密中的基本工具：置換和代換，使用數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)密鑰算法。它是以非對(duì)稱(chēng)的思想來(lái)設(shè)計(jì)的，使用了兩個(gè)密鑰：公鑰和私鑰，不需要額外的傳送密鑰，這對(duì)密鑰的保密、分配都有深刻的作用，而這兩方面是對(duì)稱(chēng)加密算法中最為頭痛的問(wèn)題。同時(shí)也給認(rèn)證帶來(lái)了深刻的影響。公鑰體制的加解密算法，每個(gè)用戶(hù)都有一對(duì)密鑰：一個(gè)是用戶(hù)加密的公鑰，一個(gè)是用來(lái)解密的私鑰。公鑰是對(duì)外公開(kāi)的，私鑰是用戶(hù)自己擁有的。公鑰體制的一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是知道加密算法和公鑰，是不能推斷出用戶(hù)的私鑰的。而想要對(duì)密文進(jìn)行解密，必須使用用戶(hù)的私鑰才可以解密。17.4.1安全技術(shù)—加密技術(shù)公鑰體制的加密解密：接收者擁有一對(duì)用來(lái)加密的公鑰和解密的私鑰。他把公鑰放在一個(gè)公開(kāi)的寄存器或者文件中。私鑰為自己保密。當(dāng)發(fā)送者想要給接收者發(fā)送加密的信息時(shí)，找到接收者的公鑰，用這個(gè)公鑰來(lái)加密文件，發(fā)送給接收者。雖然可能途中密文會(huì)遭受密碼分析員的竊取并分析，但是沒(méi)有接收者的私鑰是無(wú)法打開(kāi)密文的。接收者接收到加密的文件，用自己保密的私鑰解密，得到明文。下圖為公鑰體制下的加密過(guò)程：17.4.1安全技術(shù)—加密技術(shù)公鑰體制還可以使用在數(shù)字認(rèn)證中：發(fā)送方擁有自己的一對(duì)密鑰，她/他用自己的私鑰來(lái)對(duì)自己要發(fā)送的消息進(jìn)行加密，得到的密文被接收方接收到后，接收方想要對(duì)這個(gè)消息驗(yàn)證是不是那個(gè)發(fā)送者發(fā)送的，就利用公布的那個(gè)發(fā)送者的公鑰來(lái)進(jìn)行解密。其實(shí)，發(fā)送者用自己的私鑰對(duì)消息進(jìn)行加密后得到的密文就等于對(duì)該明文的簽字，明確該明文就是他/她發(fā)送的。即使有密碼分析員在傳送的過(guò)程中截取到該密文，并解密看到明文的內(nèi)容，想要篡改其中的內(nèi)容都是不行的，因?yàn)槊艽a分析員沒(méi)有該發(fā)送者的私鑰，是無(wú)法再次加密并冒充發(fā)送者發(fā)送給接收者的。下圖為公鑰體制下的認(rèn)證：17.4.1安全技術(shù)—加密技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中，密鑰的產(chǎn)生、分配、存儲(chǔ)、保護(hù)都是非常重要的，它直接影響到系統(tǒng)的保密性。密鑰管理主要分為單鑰體制的密鑰管理和公鑰體制的密鑰管理。1.單鑰體制的密鑰管理單鑰體制加密算法中通信雙方必須共享一個(gè)密鑰，該密鑰如何安全的傳送不為攻擊者獲取，并且如何適當(dāng)?shù)母?，這些問(wèn)題都是密鑰分配所面臨的問(wèn)題。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，單鑰體制的密鑰管理主要是共享密鑰的安全性是否足夠高。共享密鑰的方法主要有以下幾種：

1.通信雙方A和B，密鑰由A用物理方法發(fā)送給B。

2.密鑰由第三方用物理方法發(fā)送給通信的A和B。

3.在A或者B事先已經(jīng)有一密鑰的情況下，有一方要更新密鑰，要用原有的密鑰加密新的密鑰發(fā)送給另外一方。

4.通信雙方A和B，同時(shí)與第三方C有秘密信道，C為兩者選取并分別發(fā)送密鑰給通信的A和B。17.4.2安全技術(shù)—密鑰管理前兩種方法是人工手段來(lái)共享密鑰。在網(wǎng)絡(luò)的鏈路加密的情況下這種人工手段是可行的，但在端對(duì)端的加密方式中人工方法就不可靠。第三種方法在網(wǎng)絡(luò)的鏈路加密和網(wǎng)絡(luò)的端對(duì)端的情況下都是可行的，但如果攻擊者獲取一個(gè)密鑰之后整個(gè)系統(tǒng)就無(wú)任何保護(hù)而言。第四種方法被廣泛地使用在端對(duì)端的加密方式中，第三方是一個(gè)專(zhuān)門(mén)分配密鑰的密鑰分配中心。單鑰體制的密鑰管理是基于共同保守秘密來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用單鑰加密技術(shù)的貿(mào)易雙方必須要保證采用的是相同的密鑰，要保證彼此密鑰的交換是安全可靠的，同時(shí)還要設(shè)定防止密鑰泄密和更改密鑰的程序。這樣，對(duì)稱(chēng)密鑰的管理和分發(fā)工作將變成一件潛在危險(xiǎn)的和繁瑣的過(guò)程。通過(guò)公開(kāi)密鑰加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)密鑰的管理使相應(yīng)的管理變得簡(jiǎn)單和更加安全,同時(shí)還解決了純對(duì)稱(chēng)密鑰模式中存在的可靠性問(wèn)題和鑒別問(wèn)題。17.4.2安全技術(shù)—密鑰管理2.公鑰體制的密鑰管理公鑰體制的密鑰管理主要是公鑰的分配問(wèn)題。公鑰分配有以下幾種方法：（1）公開(kāi)發(fā)布。用戶(hù)將自己的公鑰公開(kāi)發(fā)布給其他人。許多用戶(hù)就是將自己的公鑰附在消息上，發(fā)布到因特網(wǎng)郵件列表中的。當(dāng)然，這種方法有一個(gè)很大的弊端就是任何人都可以制造自己的公鑰公開(kāi)發(fā)布，可信度不夠。（2）公用目錄表。這是指建立一個(gè)公鑰的公鑰動(dòng)態(tài)目錄表，建立和維護(hù)的工作是由一個(gè)可信的機(jī)構(gòu)來(lái)完成。這個(gè)機(jī)構(gòu)的管理員為用戶(hù)和用戶(hù)的公鑰建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)―目錄表。這種方法要比上面的公開(kāi)發(fā)布要安全得多。但這種方法也有缺陷，因?yàn)楣芾韱T的密鑰是否得到妥善的保護(hù)就是一個(gè)最大的隱患。如果攻擊者獲取了管理員的密鑰，自行建立一個(gè)新的目錄表，這樣的危害程度就很可怕了。17.4.2安全技術(shù)—密鑰管理（3）公鑰管理機(jī)構(gòu)。公鑰管理機(jī)構(gòu)要比公用目錄表要先進(jìn)一點(diǎn)，它也是一個(gè)為用戶(hù)動(dòng)態(tài)建立目錄表的機(jī)構(gòu)，但同時(shí)它讓每個(gè)用戶(hù)都可靠地知道管理機(jī)構(gòu)的公鑰，當(dāng)然，管理機(jī)構(gòu)本身知道自己的密鑰。這等于用戶(hù)和管理機(jī)構(gòu)之間有認(rèn)證的色彩。但它的缺點(diǎn)也很明顯。因?yàn)槊總€(gè)用戶(hù)和其他用戶(hù)的通信都要經(jīng)過(guò)這個(gè)公鑰管理機(jī)構(gòu)，公鑰管理機(jī)構(gòu)總會(huì)存在一個(gè)瓶頸，而且，攻擊者可以利用這一點(diǎn)來(lái)干擾公鑰管理機(jī)構(gòu)的服務(wù)。（4）公鑰證書(shū)。用戶(hù)通過(guò)公鑰證書(shū)（數(shù)字證書(shū)）相互之間交換自己的公鑰而無(wú)需和公鑰管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)系。這個(gè)公鑰證書(shū)是由證書(shū)管理機(jī)構(gòu)（CA）―認(rèn)證中心來(lái)為用戶(hù)建立的，其中就有用戶(hù)的密鑰和與密鑰相匹配的公鑰以及用戶(hù)的身份和時(shí)戳，這些數(shù)據(jù)通過(guò)認(rèn)證中心的密鑰簽字后就形成了用戶(hù)的數(shù)字證書(shū)。用戶(hù)可以用自己的公鑰通過(guò)數(shù)字證書(shū)發(fā)送給其他的用戶(hù)，接收方可以用認(rèn)證中心提供的公鑰來(lái)對(duì)該證書(shū)加以驗(yàn)證。因?yàn)橹挥姓J(rèn)證中心的公鑰才能解讀證書(shū)，從而接收方也就知道了這是由認(rèn)證中心發(fā)放的數(shù)字證書(shū)，同時(shí)也獲取了發(fā)送方的身份和發(fā)送方的公鑰。17.4.2安全技術(shù)—密鑰管理認(rèn)證技術(shù)防止數(shù)據(jù)的偽造和被篡改，主要包括數(shù)字簽名、身份識(shí)別和信息的完整性校驗(yàn)等技術(shù)。1.消息認(rèn)證消息認(rèn)證用于保證信息的完整性與不可否認(rèn)性，是使消息接收者能夠檢驗(yàn)收到的消息是否真實(shí)的方法。這種認(rèn)證只在相應(yīng)通信的雙方之間進(jìn)行，而不允許第三者進(jìn)行上述認(rèn)證。檢驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)包括：（1）證實(shí)報(bào)文的源和宿。（2）報(bào)文內(nèi)容是否曾受到偶然的或有意的篡改。（3）報(bào)文的序號(hào)和時(shí)間欄。消息認(rèn)證的工作原理：通信雙方A和B之間建立共享密鑰k。A在向B發(fā)送消息m時(shí)，用k將m轉(zhuǎn)換為密文c，并將m和c一同發(fā)給B。B收到報(bào)文后，用k和m計(jì)算密文，如果與c相同，證明消息確實(shí)發(fā)自知道密鑰k的人，并且中途未被修改。17.4.2安全技術(shù)—認(rèn)證技術(shù)2.身份認(rèn)證根據(jù)被認(rèn)證方賴(lài)以證明身份的秘密的不同，身份認(rèn)證可以分為兩大類(lèi)：基于秘密信息的身份認(rèn)證方法和基于物理安全性的身份認(rèn)證方法。基于秘密信息的身份認(rèn)證方法：1）口令核對(duì)這種方法有如下缺點(diǎn)：其安全性?xún)H僅基于用戶(hù)口令的保密性，而用戶(hù)口令一般較短且容易猜測(cè)，因此這種方案不能抵御口令猜測(cè)攻擊；另外，攻擊者可能竊聽(tīng)通信信道或進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)窺探（sniffing），口令的明文傳輸使得攻擊者只要能在口令傳輸過(guò)程中獲得用戶(hù)口令，系統(tǒng)就會(huì)被攻破。2）單向核對(duì)如果通信的雙方只需要一方被另一方鑒別身份，這樣的認(rèn)證過(guò)程就是一種單向認(rèn)證。與密鑰分發(fā)相結(jié)合的單向認(rèn)證主要有兩類(lèi)方案：一類(lèi)采用對(duì)稱(chēng)密鑰加密體制，需要一個(gè)可信賴(lài)的第三方——通常稱(chēng)為KDC（密鑰分發(fā)中心）或AS（認(rèn)證服務(wù)器），由這個(gè)第三方來(lái)實(shí)現(xiàn)通信雙方的身份認(rèn)證和密鑰分發(fā)；另一類(lèi)采用非對(duì)稱(chēng)密鑰加密體制，無(wú)需第三方參與。17.4.2安全技術(shù)—認(rèn)證技術(shù)3）相互認(rèn)證在雙向認(rèn)證過(guò)程中，通信雙方需要互相認(rèn)證鑒別各自的身份，然后交換會(huì)話密鑰。為了防止會(huì)話密鑰的偽造和泄漏，會(huì)話密鑰應(yīng)該用密文形式來(lái)傳送。而且，實(shí)時(shí)性對(duì)防止信息的重放攻擊很重要，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的一種方法是對(duì)交換的信息加上序列號(hào)，只有正確的序列號(hào)才表示接收的信息是沒(méi)有重放的。但這增加了用戶(hù)記錄序列號(hào)的麻煩。保證信息的實(shí)時(shí)性的常用方法是時(shí)戳和詢(xún)問(wèn)-應(yīng)答。前者不適用在面向連接的環(huán)境，后者不適應(yīng)在無(wú)連接的應(yīng)用環(huán)境?；谖锢戆踩缘纳矸菡J(rèn)證方法是依賴(lài)于用戶(hù)特有的某些生物學(xué)信息或用戶(hù)持有的硬件：（1）基于生物學(xué)信息的方案包括基于指紋識(shí)別的身份認(rèn)證、基于聲音識(shí)別的身份認(rèn)證以及近來(lái)流行的基于虹膜識(shí)別的身份認(rèn)證等。（2）基于智能卡的身份認(rèn)證機(jī)制在認(rèn)證時(shí)認(rèn)證方要求一個(gè)硬件——智能卡（智能卡中存有秘密信息，通常是一個(gè)隨機(jī)數(shù)），只有持卡人才能被認(rèn)證。這樣可以有效地防止口令猜測(cè)，。17.4.2安全技術(shù)—認(rèn)證技術(shù)3.數(shù)字簽名數(shù)字簽名技術(shù)有兩種形式：對(duì)整個(gè)文檔簽字，或?qū)ξ臋n的摘要（壓縮的版本）簽字。1）對(duì)整個(gè)文檔簽字公鑰加密可以用來(lái)對(duì)文檔簽字。在數(shù)字簽名中，公鑰和私鑰的作用不同。私鑰用來(lái)進(jìn)行加密，而公鑰用來(lái)進(jìn)行解密。發(fā)送者使用其私鑰對(duì)報(bào)文加密（簽字），另一方面，接收者使用發(fā)送者的公鑰進(jìn)行解密2）對(duì)摘要簽名如果報(bào)文很短，那么公鑰加密就很有效。如果報(bào)文很長(zhǎng)，那么用公鑰對(duì)整個(gè)報(bào)文加密就非常低效。解決這種問(wèn)題的方法是讓發(fā)送者對(duì)文檔的摘要簽名，而不是對(duì)整個(gè)文檔簽字。發(fā)送者生成文檔的一個(gè)微型版本，即報(bào)文摘要，用發(fā)送者的私鑰進(jìn)行加密（簽名）；加密后的摘要附加在原始報(bào)文后面，并發(fā)送給接收者；接收者收到原始報(bào)文和已加密的摘要并檢查這個(gè)微型版本上的簽名。17.4.2安全技術(shù)—認(rèn)證技術(shù)17.5.1網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）是為了解決IP地址短缺而提出的一種方案。NAT可以將多個(gè)內(nèi)部地址映射成少數(shù)幾個(gè)甚至一個(gè)合法的公網(wǎng)IP地址，讓內(nèi)部網(wǎng)中使用私有IP地址的設(shè)備通過(guò)“偽IP”訪問(wèn)Internet等外部資源，從而更好地解決地址空間枯竭的問(wèn)題。同時(shí)，NAT對(duì)內(nèi)部IP地址進(jìn)行隱藏也增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。NAT將網(wǎng)絡(luò)分成了內(nèi)部網(wǎng)和外部Internet兩部分，位于邊界處的NAT路由器，在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)執(zhí)行著地址轉(zhuǎn)換的操作。來(lái)自Internet的每一個(gè)傳入數(shù)據(jù)報(bào)的目標(biāo)地址（這個(gè)NAT路由器的公共IP地址）都被NAT轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)膶?zhuān)用地址。所有從內(nèi)部網(wǎng)傳出的數(shù)據(jù)報(bào)源地址也被轉(zhuǎn)換成惟一有效的公共IP地址，而不是內(nèi)部計(jì)算機(jī)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)地址。就這樣，內(nèi)部資源被從Internet上封裝起來(lái)。NAT是用地址轉(zhuǎn)換表維護(hù)網(wǎng)絡(luò)地址條目。一個(gè)內(nèi)部計(jì)算機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)給外部服務(wù)器，在數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)NAT路由器之后，發(fā)送到下一跳之前，NAT取出被指定為數(shù)據(jù)報(bào)源IP地址的那個(gè)主機(jī)地址，并將這個(gè)數(shù)據(jù)作為一個(gè)條目插入到NAT轉(zhuǎn)換表中。另外，NAT用公共IP地址取代那個(gè)源IP地址。就這樣，所有傳出數(shù)據(jù)報(bào)的IP地址都被記錄下來(lái)，實(shí)際的源IP地址被封裝起來(lái)。所有的傳入數(shù)據(jù)報(bào)被直接引導(dǎo)到NAT的公共IP地址，這是因?yàn)樵摰刂肥俏┮豢捎玫哪繕?biāo)IP地址。如果沒(méi)有相應(yīng)的NAT表?xiàng)l目，也就不可能將一個(gè)傳入數(shù)據(jù)報(bào)傳輸?shù)秸_的本地計(jì)算機(jī)中，因?yàn)樗械膫魅霐?shù)據(jù)報(bào)包含同樣的目標(biāo)IP地址，即NAT路由器的公共IP地址。外部服務(wù)器通過(guò)運(yùn)行域命名服務(wù)（DomainNamingService，DNS）來(lái)解決這個(gè)難題。DNS用它自己的域名來(lái)標(biāo)識(shí)內(nèi)部計(jì)算機(jī)的IP地址。當(dāng)外部DNS請(qǐng)求IP信息時(shí)，位于NAT上的DNS盒將內(nèi)部計(jì)算機(jī)的名稱(chēng)轉(zhuǎn)換為正確的IP地址，然后在把NAT的公共IP地址作為對(duì)外部DNS查詢(xún)的響應(yīng)發(fā)送出去之前，把IP地址輸入到NAT轉(zhuǎn)換表中。當(dāng)傳入數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)NAT時(shí)，它的源IP被識(shí)別出來(lái)，并被鏈接到發(fā)送的DNS響應(yīng)上。于是，NAT就知道對(duì)于從某個(gè)外部服務(wù)器收到的數(shù)據(jù)報(bào)來(lái)說(shuō)，某一特定內(nèi)部計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址就是正確的目標(biāo)地址。使用這種方法，傳入數(shù)據(jù)報(bào)被傳送到正確的本地地址，條目被插入到NAT表中，并且內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址在探測(cè)DNS查詢(xún)（ProbingDNSQuery）中被封裝起來(lái)。17.5網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）17.5.2NAT技術(shù)的類(lèi)型1.靜態(tài)NAT

靜態(tài)NAT是將內(nèi)部地址和外部地址進(jìn)行一對(duì)一的轉(zhuǎn)換，即將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)地址永久地映射成外部網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)合法地址。在這種地址轉(zhuǎn)換類(lèi)型中，網(wǎng)絡(luò)地址不是在表中維護(hù)的，相反，每個(gè)傳入或傳出的數(shù)據(jù)報(bào)都被分配一個(gè)新的IP地址。由于采用靜態(tài)NAT的主機(jī)