基于IPsec VPN技術的應用與研究

王笛 陳福玉

摘要：IPSec VPN是采用IPSec協議來實現遠程接入的VPN技術，極大地提高了TCP /IP協議的安全可靠性。文中首先對IPSec技術進行了介紹，對IPSec協議的體系架構、主要功能、工作模式等進行了研究，分析了IPSec協議的優勢，給出了IP-Sec的具體實現步驟和方法，并通過Wireshark軟件驗證了該技術的可行性和可靠性。

關鍵詞：虛擬專用網絡（VPN）;因特網安全協議（IPSec）;隧道技術

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）11-0017-03

1概述

如今，Internet的發展越來越快，它在現代社會中起著至關重要的作用。同時，網絡安全正在成為Internet的關注焦點。互聯網是一個基于TCP/IP協議的數據包交換網絡，它本身是不安全的，互聯網中幾乎所有IP數據包都是以純文本格式傳輸的，并且容易被攔截、篡改或偽造。

VPN（虛擬專用網絡）是一種虛擬專用本地網絡，可通過Internet等現有公共通信通道上的安全通道來實現安全性并降低成本。VPN在IP層中實現網絡安全，它對IP層之上的應用協議層是透明的，因此不需要特殊的安全機制。在受保護子網內的兩個VPN設備之間建立了安全通道。當主機在同一個子網中進行通信時，信息是透明的;當主機與子網中的另一個進行通信時，將應用VPN保護以確保安全性和完整性。

IPSec是VPN開發中使用最廣泛的協議，它可能會成為將來IP VPN的標準。IPSec協議是IETF在1990年代后期提供的，它可以為所有安全服務提供統一的平臺。由于其高性能，IPSec被認為是下一代Internet的基本安全協議。如前所述，IP-Sec協議為IP層和所有上層協議提供保護，這對應用程序和最終用戶是透明的。但是IPSec協議非常復雜，同時許多問題尚未解決，因此具有很高的研究價值。

2IPSec協議體系架構

IPSec體系結構的第一主要部分是安全系統。IPSec使用AH（身份驗證頭）和ESP（封裝安全有效載荷）來提供數據包的安全性。AH提供無連接完整性，數據源身份驗證和可選的防重播服務。ESP不僅提供數據機密性和有限通信流量的機密性，還提供無連接完整性，數據源身份驗證和防重播。AH和ESP是基于加密密鑰分配和這些安全協議的相關通信吞吐量管理的訪問控制方式。

IPSec協議使用IKE（Internet密鑰交換）協議來實現安全協議的安全參數的協商，包括加密和認證算法，密鑰的加密和認證算法，通信保護模式（傳輸或隧道模式），密鑰的生存期以及以此類推。IKE還負責刷新這些安全性參數。

IPSec允許用戶或管理員控制安全服務的強度。例如，可以在兩個路由器之間建立一個單獨的加密隧道來承載所有數據包，或者可以為每對主機通信之間的每個TCP連接建立一個隧道。IPSec管理必須明確使用哪種服務，如何組合它們，給定安全保護的強度以及用于實現系統安全性的加密算法。

為了處理IPSec數據流，有兩個必要的數據庫：SPD（安全策略數據庫）和SAD（安全關聯數據庫）。SPD指定了來自或流向特定主機或網絡的數據流策略。SAD包含活動的SA參數。SPD和SAD都需要單獨的輸入和輸出數據庫。

DOI（解釋域）是整個IPSec協議的一個非常重要的部分，它將IPSec組的所有文檔聯系在一起，可以通過訪問DOI來獲得有關協議中組件的說明。它被認為是所有IPSec安全參數的主數據庫，這些參數可用作與IPSec服務相關的系統的參考和調用。

3IPSec協議優勢

IPSec的安全目標是通過使用AH（身份驗證標頭），ESP（封裝安全有效載荷）和IKE（Internet密鑰交換）來實現的。在任何環境中，協議套件和使用的方式均由用戶、應用程序、站點、安全性和系統的要求決定。IPSec的優勢可以概括如下：

（1）更好的兼容性。

（2）與SOCKv5等上層安全協議相比，它具有更好的性能，并且易于實現。與較低層的安全協議相比，它可以更好地適應各種通信媒體。

（3）系統成本低。它不僅可以實現自動管理并減少手動密

6結束語

IPSec技術大大提升了Internet傳輸數據的安全性，為IP數據包提供了有利保護，性能較為穩定。但作為新的安全協議，在實際應用和理論上仍需要進一步改進和創新。未來的工作中，諸如使用IPSec來預防、警告和警報或分析黑客攻擊的實現，對其他IPSec功能f如數據完整性，數據源身份驗證和防重放）的驗證等方面也有待進一步深入研究。相信IPSec技術將會有更好、更廣泛的應用前景。