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隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展以及無(wú)線(xiàn)數據傳輸能力的提高，無(wú)線(xiàn)數據傳輸的應用領(lǐng)域不斷擴展。如圖1所示，用戶(hù)的移動(dòng)設備可以通過(guò)CDMA／GPRS公眾無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )直接訪(fǎng)問(wèn)Internet，進(jìn)而訪(fǎng)問(wèn)自己的內部網(wǎng)絡(luò )，省去了自己組網(wǎng)的費用。由于用戶(hù)都希望保障其數據的安全，所以采用VPN技術(shù)成為其必然選擇。 1 IPSec簡(jiǎn)介 IPSec的目標是為IP提供互操作高質(zhì)量的基于密碼，學(xué)的一整套安全服務(wù)，包括訪(fǎng)問(wèn)控制、無(wú)連接完整性、數據源驗證、抗重放攻擊、保密性和有限的流量保密。這些服務(wù)都在IP層提供，可以為IP和上層協(xié)議提供保護。 IPSec的體系結構在RFC2401中定義。它通過(guò)兩個(gè)傳輸安全協(xié)議——頭部認證(AH)和封裝安全負載(ESP)以及密鑰管理的過(guò)程和相關(guān)協(xié)議來(lái)實(shí)現其目標。AH提供無(wú)連接完整性、數據源驗證和可選的抗重發(fā)攻擊服務(wù)；ESP可以提供保密性、有限的流量保密、無(wú)連接一致性、數據源驗證和抗重發(fā)攻擊。AH和ESP都是基于密鑰分配和流量管理的訪(fǎng)問(wèn)控制的基礎。AH和ESP都有兩種模式：傳輸模式和隧道模式。傳輸模式用于保護主機問(wèn)通信；而隧道模式將IP封裝到IP隧道里，主要用于保護網(wǎng)關(guān)間通信。 IPSec中用戶(hù)通過(guò)向IPSec提供自己的安全策略(SP)來(lái)控制IPSec的使用，包括對哪些傳輸數據進(jìn)行保護，需要使用哪些安全服務(wù)，使用何種加密算法。IPSec中安全關(guān)聯(lián)(SA)是一個(gè)基本概念，它是一個(gè)簡(jiǎn)單“連接”，使用AH或者ESP為其負載提供安全服務(wù)。如果AH和ESP被同時(shí)用于提供安全服務(wù)，則需要兩個(gè)和更多個(gè)SA。同時(shí)由于SA是單向的，因此如果是雙向保密通信，則每個(gè)方向至少需要一個(gè)SA。IPSec中有兩個(gè)與安全相關(guān)的數據庫：安全策略數據庫(SPD)和安全關(guān)聯(lián)數據庫(SAD)。前者定義了如何處理所有流入和流出IP數據處理的策略，后者包含所有(有效)SA有關(guān)的參數。 AH／ESP中所使用的密鑰的分配和SA管理都依賴(lài)于一組獨立機制，包括人工和自動(dòng)兩種方式。IPSec定義了IKE協(xié)議用于自動(dòng)方式下的密鑰分配和SA管理。IKE中密鑰分配和SA管理的過(guò)程分成兩個(gè)階段：第一階段是密鑰協(xié)商雙方建立一個(gè)相互信任的、保密的安全通道，用于保護第二階段密鑰協(xié)商過(guò)程；第二階段完成實(shí)際用于IPSec SA的協(xié)商。 IPSec數據處理模型如圖2所示。對流入／流出的數據首先確定其安全策略，如果需要安全服務(wù)，則要找到其相應的安全關(guān)聯(lián)，根據安全關(guān)聯(lián)提供的參數進(jìn)行AH／ESP處理后完成流入／流出。 2 系統功能 本系統的主要功能是支持CDMA和GPRS兩種方式接入Internet，既可作為VPN服務(wù)器，又可作為VPN客戶(hù)端。IPSec的密鑰交換支持共享密鑰方式和基于X．509的公開(kāi)密鑰方式。 3 系統的硬件實(shí)現 系統硬件構成如圖3所示。無(wú)線(xiàn)接口采用的是Wavecom CDMA／GPRS模塊，基板采用的是FrccscaleColdfire5272。 4 系統的軟件實(shí)現 Linux的2．6內核中加入了對IPSec的支持。本系統采用的是基于linux 2．6內核的IPSec-tools，整個(gè)系統中IPSec的相關(guān)軟件結構如圖4所示。Linux 2．6內核在其網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧中提供對AH和ESP支持，同時(shí)包括SPD的實(shí)現和SAD的實(shí)現。IPSec-tools包括setkey和racoon兩個(gè)應用程序。Setkey實(shí)現IPSec中SPD管理和SAD的人工管理，它需要使用IAnux內核支持IPSec用戶(hù)管理接口。Racoon是IPSec-tools中IKE的實(shí)現，它需要內核支I持PF_KEYv2的接口；同時(shí)為了支持基于X．509證書(shū)的公開(kāi)密鑰身份驗證方式，racoon需要使用openssl提供的libcryto加密庫。AH／ESP所使用的加密算法需要內核加密算法庫支持。 4．1 Linux內核 在WWW．kernel．org下載并安裝Linux2．6．12內核，在www．uclinux．org下載其uClinux補丁。打上補丁后，通過(guò)make menuconfig進(jìn)入Linux的內核配置界面，選定如下所有配置： 4．2 Openssl(1ibcrypto．a(chǎn)) 安裝openssl 0．9．7e源代碼后，進(jìn)入安裝目錄，修改其Configure文件使用m68k-elf-gcc作為編譯器。運行Configure linux-m68k完成配置后，編譯生成libcrypto．a(chǎn)。 4.3 IPSec-tools 依照uClinux中如何加入新的用戶(hù)程序的文檔，在uClinux的／user目錄中加入IPSec-tools 0．5．2軟件包。進(jìn)入IPSec-tools的安裝目錄，并在該目錄下加入一個(gè)如下Makefile(在這個(gè)Makefile中需要指定內核頭文件和openssl源代碼的安裝目錄)： all：build $(MAKE)-C build 編譯生成setkey和racoon兩個(gè)應用程序。 5 IPSec-tools的使用 本系統的IPSec同時(shí)支持傳輸模式和隧道模式。作為VPN網(wǎng)關(guān)時(shí)只使用隧道模式。圖5足兩個(gè)IPSec網(wǎng)關(guān)間通信模型。192．168．1．100和192．168．2．100分別是兩個(gè)網(wǎng)關(guān)外部接口的IP地址，它們分別保護172．16，1．0／24和172．16．2．O/24兩個(gè)內部子網(wǎng)。下面以圖5中外部IP為192．168．0．1的網(wǎng)關(guān)為例，介紹IPSec_tools中隧道模式下安全策略和密鑰管理的方法。 5．1 安全策略 IPSec_tools中安全策略的管理由setkey完成。在setkey的配置文件setkey．conf中需要加入流入(in)、流出(out)、轉發(fā)(fwd)三條安全策略規則。 5.2 密鑰和SA的管理 (1)人工方式 setkey．conf中SA規則定義IPSec中密鑰和SA人工方式的管理。 (2)自動(dòng)方式 自動(dòng)方式的管理由racoon完成。racoon支持多種驗證方式，包括預共享密鑰和X.509證書(shū)方式。racoon的配置文件racoon.conf主要包括rernote和sainfo兩大部分，分別對應于IKE交換的第一階段和第二階段。remote部分指定IKE交換第一階段的身份驗證方式和加密、驗證算法等參數。sahffo部分指定第二階段的加密和驗證算法。 預共享密鑰方式下用戶(hù)的預共享密鑰保存在文件中，此時(shí)racoon．conf的配置如下(其中指定了預共享密鑰所存放的文件)： } 在X．509證書(shū)方式下，racoon．conf的配置與共享密鑰方式的基本相同，但其指定了證書(shū)所在目錄、自己的X．509證書(shū)、自己的證書(shū)密鑰和CA的證書(shū)。有關(guān)racoon中證書(shū)的生成請參照racoon和openssl的使用手冊。 5.3 運行 在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)接入Intemet后，依此運行setkey和racoon。 結語(yǔ) 無(wú)線(xiàn)數據傳輸和IPSec的結合使得無(wú)線(xiàn)數據傳輸的應用領(lǐng)域進(jìn)一步擴展。目前本系統已廣泛應用于金融、保險、電力、監控、交通、氣象等行業(yè)。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )許可的條件下，任何采用以太網(wǎng)或串口的設備，如PC機、工控機、ATM機、POS機、視頻服務(wù)器等，都可以方便、安全地通過(guò)本系統連接到Internet上。 |
