Linux内核中IPSec的xfrm实现解析

本文主要探讨了Linux内核中与接口注册和IPSec相关的技术，特别是CAN（Controller Area Network）协议的实现以及XFRM（eXtended Security Framework）模块在IPSec中的应用。文章首先介绍了VTI（Virtual Tunnel Interface）设备的注册过程，这是实现IP隧道的关键部分。然后，详细阐述了IPSec的实现原理，特别是ESP协议的使用，以及其在网络隧道模式下的封装。 在7.1设备注册部分，VTI的实现基于IP tunnel虚拟设备技术，它利用`rtnl_link_ops`和`net_device_ops`结构对象创建并初始化隧道接口。`vti_init()`函数注册`vti_net_ops`，该结构包含初始化函数，进一步调用`ip_tunnel_init_net()`创建名为`ip_vti0`的虚拟设备，并通过`vti_tunnel_setup()`和`vti_fb_tunnel_init()`进行设备配置和IP头参数设置。`vti_link_ops`、`ip_tunnel_init_net()`、`vti_net_ops`、`vti_netdev_ops`和`vti_tunnel_setup()`是这个过程中的关键函数，它们定义了VTI设备的操作行为和隧道接口的创建与删除。 7.2接口注册阶段，虚拟设备创建后，需基于这些虚拟设备注册隧道接口来实现IPSec处理。不同的隧道接口支持不同的IPSec封装，用户空间可以通过`ip tunnel`命令进行操作。IPSec的传输和隧道模式根据应用场景选择，本文着重分析了适用于网关到网关场景的隧道模式。 IPSec的核心组件是XFRM模块，它包括安全策略SP和安全联盟SA。SP用于匹配需要IPSec处理的数据，基于预设条件（如地址、端口、协议等）决定哪些数据进行IPSec处理。SA则包含加密算法、认证算法、密钥和生存期等，由两个通信实体协商建立。在ESP协议中，SPI（Security Parameter Index）用于唯一标识SA，序列号防止重放攻击，加密和散列函数确保数据安全。 在隧道模式下，ESP对IP数据包进行封装，添加ESP头、填充项、校验数据和加密内容，保护数据的完整性和机密性。整个过程涉及的源码分析基于Linux内核版本3.18，适合对Linux内核协议栈有一定基础的读者。 这篇文章深入解析了Linux内核中与接口注册和IPSec实现相关的技术，涵盖了VTI设备的创建、初始化，以及IPSec在隧道模式下的ESP封装，为理解Linux内核的网络安全机制提供了重要参考。