Linux内核IPSec ESP实现深度解析

"这篇文档是关于Linux内核中IPSec的实现分析，特别是xfrm模块的源码解读。作者刘成天在2018年5月撰写此笔记，主要聚焦于ESP协议的使用，针对网关到网关的隧道模式进行探讨。文档适合已经有一定Linux内核基础的读者，涵盖了IPSec的实现原理、ESP协议的结构以及xfrm的核心组件——安全策略SP和安全联盟SA。" Linux内核中的IPSec是实现网络安全的重要机制，它依赖于xfrm模块来处理IP数据包的安全封装。IPSec主要通过两种协议——认证头（AH）和封装安全有效载荷（ESP）来确保数据的完整性和机密性。在本文中，ESP被作为分析的重点，因为它不仅提供数据加密，还能进行完整性验证。 ESP协议头部包含安全参数索引（SPI）、序列号、报文载荷等关键字段。SPI用于唯一标识安全联盟（SA），在手动配置或通过IKE（Internet Key Exchange）自动协商时使用。序列号防止数据包的重放攻击。ESP的数据部分会经过加密处理，并可能附带一个验证数据，以保护数据的完整性。 在IPSec的使用场景中，传输模式适用于端到端连接，而隧道模式更适合网关到网关的通信。在隧道模式下，原始IP包会被封装在一个新的IP包中，然后添加ESP头部进行安全处理。ESP的加密和校验部分通常包括加密算法（如DES、3DES、AES）和散列函数（如MD5、SHA-1）。 xfrm的核心由两部分组成：安全策略（SP）和安全联盟（SA）。SP决定了哪些数据包需要进行IPSec处理，依据预设的匹配条件（如源/目的IP地址、端口号、协议类型等）。一旦数据包匹配到SP，就会应用相应的SA进行加密封装。SA包含加密和认证算法、共享密钥以及存活期，是两个通信实体间协商建立的安全通道。 SA的三个关键元素定义了加密和认证参数，这些参数在通信双方之间共享，确保了数据的安全传输。通过这样的方式，xfrm模块在Linux内核中实现了IPSec的功能，为网络通信提供了可靠的安全保障。这份源码分析笔记深入探讨了这些概念，对于理解Linux内核中的IPSec实现具有很高的参考价值。