【web安全】IPSec 传输模式下 ESP 报文的装包与拆包过程

1、什么是IPSec

互联网安全协定（英语：Internet Protocol Security，缩写为 IPsec），是透过对IP协议（互联网协议）的分组进行加密和认证来保护IP协议的网络传输协议族（一些相互关联的协议的集合）。

IPsec由两大部分组成：（1）建立安全分组流的密钥交换协议；（2）保护分组流的协议。前者为互联网金钥交换（IKE）协议。后者包括加密分组流的封装安全载荷协议（ESP协议）或认证头协议（AH协议）协议，用于保证数据的机密性、来源可靠性（认证）、无连接的完整性并提供抗重播服务。

2、什么是ESP

ESP是封装安全载荷（Encapsulate Security Payload）的英文缩写.

ESP属于IPSec的一种协议，ESP提供机密性、数据起源验证、无连接的完整性、抗重播服务和有限业务流机密性。该协议能够在数据的传输过程中对数据进行完整性度量，来源认证以及加密，也可以防止回放攻击。所以ESP协议相比AH协议来说功能更加完善。

传输模式，这是IPsec工作的两种方式之一。与隧道模式不同，当IPsec工作在传输模式时，新的IP头并不会被生成，而是采用原来的IP头，保护的也仅仅是真正传输的数据，而不是整个IP报文。在处理方法上，原来的IP报文会先被解开，再在数据前面加上新的ESP或AH协议头，最后再装回原来的IP头，即原来的IP包被修改过再传输。

3、 装包过程

1. 将原本的IP报文拆开成IP头和报文数据。
2. 对报文数据添加尾部（ESP trailer）信息。
3. 尾部包含三部分。
   1. 由于所选的加密算法可能是块加密，所以当最后一块长度不够时，需要进行填充（padding）
   2. 附上填充长度（padding lenght）方便解包时顺利找出用来填充的那一段数据。
   3. Next header用来表明被加密的数据报文类型，如TCP
4. 加密填充后的报文数据。
5. 为第4步得到的加密数据添加ESP头部。
6. ESP头由两部分组成，SPI和seq#（Sequence number）。加密数据与ESP头合称为“enchilada”。
7. 附加完整性度量结果（ICV，Integrity check value）。对第4步得到的“enchilada”做摘要，得到一个完整性度量值，并附在ESP报文的尾部（即图中的ESP MAC。
8. 获得原本的ip头，并将协议类型改为50，说明它里面装的是一个 IPsec 报文。

4、拆包过程

1. 收到数据报文后，发现协议类型是50，故知道这是一个IPsec包。首先查看ESP 头， 通过里面的SPI决定数据报文所对应的SA，获得对应的模式 (tunnel/transport mode) 以及安全规范。
2. 计算“enchilada”部分的摘要，与附在末尾的ICV做对比，如果一样的话说明数据是完整的。否则可以断定所收到的报文已经不是原来的报文了。
3. 检查Seq#里的顺序号，保证数据是“新鲜”的。
4. 根据SA所提供的加密算法和密钥，解密被加密过的数据，即“enchilada”。得到原IP报文与ESP尾部（trailer）。
5. 根据ESP尾部里的填充长度信息，我们可以找出填充字段的长度，删去后就得到原来的IP报文。
6. 最后转让到一个高一级的协议层—比如TCP或 UDP—由它们对这个包进行处理。