HQY 一个和谐有爱的空间

一、软件说明

    IPsec是虚拟私密网络（***）的一种，用于在服务器和客户端之间建立加密隧道并传输敏感数据之用。它由两个阶段组成，第一阶段（Phrase 1, ph1），交换密钥建立连接，使用互联网密钥交换（ike）协议; 第二阶段（Phrase 2, ph2），连接建立后对数据进行加密传输，使用封装安全载荷（esp）协议。

    其中，第一阶段和第二阶段可以使用不同的加密方法（cipher suites）。甚至，第一阶段ike协议的第一版（ikev1）有两种模式，主力模式（main mode）和积极模式（aggressive mode），主力模式进行六次加密握手，而积极模式并不加密，以实现快速建立连接的目的。

    第一阶段的 ike 协议有两个版本（ikev1/ikev2），不同的开源/闭源软件实现的版本均不同，不同的设备实现的版本也不同。再联系到第一阶段/第二阶段使用的各种不同加密方法，使得 IPsec 的配置有点黑魔法的性质，要么完全懂，通吃; 要么完全不懂，照抄。

二、设备操作系统规格

这里主要介绍了设备/操作系统使用的 ike 版本及其特殊要求。

Linux

    命令行客户端就是 strongswan 本身，因此完美兼容，支持 ikev1/ikev2 和所有加密方法的连接。因此如果用户只使用 Linux 命令行客户端，不使用各种移动设备也不使用 Windows，那么完全没有那么多事。

    但 Linux 的图形界面客户端 NetworkManager-strongswan 目前只支持 ikev2 连接，必须使用证书或 EAP （各种加密方法都支持，包括微软的 MSCHAPv2）进行认证，不支持纯密码（PSK）认证。这并不是 strongswan 的错误，或者技术不行（开源总是走在技术最前沿的，毕竟命令行是支持的），而仅仅是体现一种选择：ikev1 被 strongswan 项目认为是该淘汰的协议，而 PSK 加密被认为是非常不安全的。参考 strongswan 维基 NetworkManager 词条。

Android

    Android 和 Linux 不一样，只支持 ikev1。其它方面和 Linux 一样，甚至有好多种 IPsec *** 配置模式可供选择。

IOS/Mac OS X

    它们声明使用的 IPsec 客户端为 Cisco，实际为自己修改的 racoon。它只支持 ike 协议的第一版即 ikev1，可以使用证书或纯密码（PSK）认证，但必须辅之 xauth 用户名/密码认证。

该修改版的 racoon 会优先使用不加密的积极模式，而积极模式是 strongSwan 所不支持的。所以要使用主力模式。

    IOS 6 还有一个「衔尾」故障：它在第一阶段握手时会把数据包拆分成小块（fragmentation），然后「加密」发送。然而这种加密仅仅是声明的，其实并未加密，这就导致 strongSwan 及其它标准服务器端/Cisco 设备无法解密。另外 ikev1 的 fragmentation 插件是闭源的。开源服务器端无法对这些小块进行重组。参考：Cisco *** stop working after upgrading to IOS 6

所以产生了一种权宜之计，就是使用小证书（小于 1024，默认一般为 2048）,来达到不拆包的目的。但是 Mac OS X 10.7 的更新却对这种方式进行了封杀，学习微软加入了证书验证，小证书直接拒绝。

所幸 strongswan 5.0.2 已经完成了 fragmentation 的开源实现和对 iOS 那个声明加密其实未加密故障的处理：IKE message fragmentation (cisco) + IOS 6.0 Hack for encrypted flaged ike fragmentation packets，该链接中也能找到 strongswan 4 的补丁。

Windows

    微软的差劲只比 iOS 好一点。好处在于它支持了 ikev2，但是只在 Windows 7 以后支持，Vista 之前依然使用 ikev1，坏处在于它的 ikev2 支持非常诡异，指定了 Diffie Hellman group（DH，迪菲－赫尔曼密钥交换组）必须是 modp1024。这是非常少见理论上不应该由系统管理员操心的加密选项：

    在 strongswan 中，定义第一阶段（ike）和第二阶段（esp）加密方法的语法是：

ike/esp=encryption-integrity[-dhgroup][-esnmode]
第一阶段/第二阶段=加密方法-健壮性认证方法 （后面两项可选）[-DH 组] [-扩展序列号支持模式（RFC4304）]

参考：IKEv2CipherSuites

    Windows 定义了一个可选的选项，导致了我们必须去定义整个第一阶段的加密方法。这样被破解的可能性就提高了。

    其次在于它的 rekey（重连）。IPsec 的认证是有时效的，超过时间会重新认证。这种 CHILD_SA 认证可由服务器发出，也可由客户端发出，一般是由服务器发出。但是 Windows 7 的 ikev2 的表现是，如果你在路由器（NAT）后，收到这种请求会把微软内部的通知代码发出去，代码为 12345, 经过 strongswan 项目侦错后发现这个代码的意思是 ERROR_IPSEC_IKE_INVALID_SITUATION。但是处理不了，它不是 IPsec 标准协议定义过的错误。

于是有两种权宜之计：

    一种是让 Windows 7 来主动 rekey。Windows 7 rekey 的时间大约是 58 分 46 秒，所以要配置服务器 rekey 时间比它长。但是效果非常不好。因为 rekey 是由三个变量控制的，key 的生命周期，key 的边际时间（生命周期前多久进行 rekey），和边际时间误差（rekeyfuzz），误差是不可控的。参考：ExpiryRekey。

    即使能控制 strongswan 这边，Windows 依然是「大约」; 即使两边都能控制，假设服务器延后一秒 rekey，理论上如果连接持续时间足够长，依然能够撞车：58x60+46 次 rekey 后即 146 天后撞车，连一年都没有，在 Linux 服务器对 Windows 服务器这种使用实例中就明显不符合要求。

所以目前只能使用后一种方法即完全禁用服务器端 rekey。

    最后，它的 EAP 认证也非常糟糕。MSCHAPv2 的 eap 身份不是 ikev2 身份（ikev2 身份一般是 EAP 用户名），所以必须在服务器端显式定义 eap_identity 来使用 Windows 7 的 eap 身份。

三、软件的安装

软件的安装很方便，这里我们使用epel仓库里面的yum安装

# yum install strongswan 

一条命令就安装好了，下面来查看安装了哪些文件

# rpm -ql strongswan

这里我就不展示有哪些内容，下面来看看我们主要使用的配置文件

# rpm -qc strongswan

其中/etc/strongswan/ipsec.conf是主要的配置文件，我们也主要对他进行配置

开启转发

# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

关闭防火墙

# service iptables stop

# iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.31.2.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE

四、软件的配置

1、证书的创建，我这里不再进行演示，大家可以下面的文章

  http://wangzan18.blog.51cto.com/8021085/1676529

    假设证书都已经创建好了，我们把证书放到下面的目录，如果使用PSK认证，不需要证书可以跳过这一步。

cp -r cacert.pem /etc/strongswan/ipsec.d/cacerts/cp -r server.crt /etc/strongswan/ipsec.d/certs/cp -r server.key /etc/strongswan/ipsec.d/private/cp -r client.crt /etc/strongswan/ipsec.d/certs/cp -r client.key /etc/strongswan/ipsec.d/private/

2、编辑ipsec.conf

    我主要使用的是第二个链接的与共享密钥，比较简单，文章最后有介绍各参数的意义。

# vim /etc/strongswan/ipsec.conf

config setup
    uniqueids=never 
conn IOS_cert                         #使用证书认证
    keyexchange=ikev1
    fragmentation=yes
    left=%defaultroute
    leftauth=pubkey
    leftsubnet=0.0.0.0/0
    leftcert=server.crt
    right=%any
    rightauth=pubkey
    rightauth2=xauth
    rightsourceip=10.31.2.0/24
    rightcert=client.crt
    auto=add
conn android_xauth_psk            #使用与共享密钥认证，不需要证书，安卓IOS都可以连接
    keyexchange=ikev1
    left=%defaultroute
    leftauth=psk
    leftsubnet=0.0.0.0/0
    right=%any
    rightauth=psk
    rightauth2=xauth
    rightsourceip=10.31.2.0/24
    auto=add
conn networkmanager-strongswan
    keyexchange=ikev2
    left=%defaultroute
    leftauth=pubkey
    leftsubnet=0.0.0.0/0
    leftcert=server.cert.pem
    right=%any
    rightauth=pubkey
    rightsourceip=10.31.2.0/24
    rightcert=client.crt
    auto=add

3、ipsec.secrets配置

这个文件默认是没有的，我自己来进行创建

# vim /etc/strongswan/ipsec.secrets 

: RSA server.pem    
: PSK "myPSKkey"    : XAUTH "myXAUTHPass"    [用户名] %any : EAP "[密码]"

• 将上面的myPSKkey单词更改为你需要的PSK认证方式的密钥；

• 将上面的myXAUTHPass单词更改为你需要的XAUTH认证方式的密码,该认证方式的用户名是随意的；

• 将上面的[用户名]改为自己想要的登录名,[密码]改为自己想要的密码([]符号去掉),可以添加多行,得到多个用户,这即是使用IKEv2的用户名+密码认证方式的登录凭据。

: PSK "PSK password" 相当于：%any %any : PSK "PSK password"

    遵循：“主机 对等点 : 方法 <本机证书/协议密码> <本机证书密码>”的格式。以 ：为分界，分别从左到右填充，除了各类密码缺失以 null 补位，其它都用 %any 补位（密码怎么可能是 %any）。

比如我的配置就是如下这样：

: RSA server.key: PSK "123456a"test %any : XAUTH "123456"test %any : EAP "123456"

4、strongswan.conf配置

    dns可以改为你想使用的dns，可以添加两个dns1  dns2。

# vim /etc/strongswan/strongswan.conf

charon {
        load_modular = yes
        duplicheck.enable = no
        compress = yes
        plugins {
                include strongswan.d/charon/*.conf        }
        dns1 = 114.114.114.114
        nbns1 = 114.114.114.114}include strongswan.d/*.conf

五、服务的启动

# service strongswan start

然后我们就可以使用手机进行连接了，IOS手机我也试过，也是可以连接的。

    注意这里使用的是Xauth认真的IPSec ***。

    点击进行登录，输入我们在文件ipsec.secrets设定的账号密码。

    如下显示连接成功，可以打开浏览器查看我们的地址。

    连接上去之后，我们可以在服务器上面查看***的连接状态等等，可以使用strongswan命令查看，如下：

六、ipsec.conf配置文件的详解

   其中config setup只能出现一次，而conn <连接名称> 可以有很多个。这里的名称不是预定义的，可以随意写，只要你能识别就行，主要用来定义一种连接，就是为了让你在日志里好找。

1、新版strongswan里config setup的内容不如旧版的多，许多旧版必须有的选项都被作废了。比如：

• plutostart新版所有的ike协议都由原来ikev2的daemon：charon接管。根本就没有pluto了。

• nat_traversal新版所有的ike协议都是可以穿越路由器（NAT）的。

• virtual_private定义服务器的局域网IP地址。现在被魔术字0.0.0.0/0取代了。

• pfs完美向前保密，用于rekey时。意思是你现在的密钥互换过程如果被攻破了，会不会对已经互换过的密钥产生影响。以前一般设置成no来适用于IOS这种客户端会以积极模式发出非加密的rekey请求的情况。现在这个选项完全没作用了。第一阶段永远是完美向前保密的，第二阶段（esp）如果指定了DH组那么也是完美向前保密的，但是默认加密方法就已经指定了DH组。所以该选项永远为yes。

2、而另外旧版和新版都有的选项也都定义了默认值，比如：

• strictpolicy是否一定需要证书吊销列表（CRL）的URL。默认就是no。

• charonstart是否启动ikev2的daemon。这是旧版加入的，因为那个时候的主力是pluto。现在默认就是yes，你改成no那你连原先pluto的连接都无法连接，因为ike协议的实现全被charon 接管了。

    所以config setup基本上占位就行了。这里我们修改了uniqueids的值来实现多设备同时在线。

3、而conn最主要要理解左右的概念。其实左右是可以不分的，它们只是用来表示一个连接的两端。只是在如果你定义的不够全面时，左侧会默认被认为是本机（你的VPS），右侧默认为他机（你的笔记本），即以左为尊。

• left/right是左右id。它们用来识别服务器/客户端，可以是证书的判别名（DN），比如 "C=CN, O=strongSwan, CN=strongSwan CA"，也可以是 IP 地址，也可以是 EAP 的用户名，还可以是魔术字 %any，表示什么都行。只是在 5.0.0 之前，为本机这边定义 %any 的话，ikev1 连接即 keyexchange=ikev1 的连接是识别不了，所以要改成 %defaultroute 表示自己从 ifconfig 里取 IP。为了和 right 的 %any 区分开，我们使用这种方法。所以说到最后这两个选项似乎没有什么用。但它们是必须的。

• leftauth/rightauth这是最重要的改动。新版主要是作废了之前的authby和 xauth=server/client选项而都改用这种方法。因此使得ikev1也能够出现混血认证（左右两边认证的方法不同）了。参数主要有pubkey表示用证书，psk表示用密码，eap表示用扩展验证协议。

• leftauth2/rightauth2是为了应对旧版很常见的authby=xauthpsk/xauthrsasig 的。现在xauth 只能写在这里。而psk对应leftauth/rightauth里的 PSK 方法，rsasig则对应pubkey方法。

• leftsubnet最重要的，引入了魔术字 0.0.0.0/0。如果你在右侧为客户端分配虚拟 IP 地址的话，那表示你之后要做iptables转发，那么左边就必须是用魔术字。

• leftcert/rightcert就是指定证书名字。

• rightsourceip为客户端分配的虚拟IP段。

• auto定义strongswan启动时该连接的行为。start是启动; route是添加路由表，有数据通过就启动; add是添加连接类型但不启动; ignore是当它不存在。默认是ignore。看起来似乎是route比较好，但问题是我们服务器端不能预分配虚拟IP，所以服务器端一般用的都是add。而客户端文本配置可以选择start。

    另外说下旧版的 xauth=server/client 的问题。它表示在服务器端还是在客户端执行 xauth 认证。而在新版中主要通过左右方向来体现。比如你在服务器端执行认证，那认证请求是由客户端发出的，所以要写 rightauth2=xauth。如果在客户端执行认证，那认证请求是服务器发出的，所以要写 leftauth2=xauth。

    另外网上很常见的一个配置选项是 leftfirewall=yes。这是完全错误的。看上去它的唯一作用是定义你的服务器是不是在防火墙后面，但实际上它是作为 ipsec_updown 脚本的参数被开发出来，是表明你的本机 subnet 是不是用 iptables 转发/伪装出来的。如果是的话，就调用 left/rightupdown 定义的路径下的脚本，脚本的作用是对通过 ipsec 连接的数据包进行 iptables 豁免。

    之所以说它是错到离谱的（虽然没有产生影响），因为这些人完全就不懂，有公网 IP 的服务器的 subnet 很少是伪装的。另外必须写了脚本该选项才有意义，没看过一个定义了这个选项的人写过脚本。还有，leftsubnet=0.0.0.0/0 通过魔术字把 subnet 定义为了 any，你根本没法写脚本啊。所以我们这里完全就不用。

至于某类型连接，主要是根据设备规格定义的，一些特殊选项的解释如下：

• fragmentation=yes 开启对 iOS 拆包的重组支持。

• ike=aes256-sha1-modp1024! Windows 指定的第一阶段加密方法。

• rekey=no 服务器对 Windows 发出 rekey 请求会断开连接。

• rightsendcert=never 因为这是一个混血连接。服务器对自己的身份进行认证时使用的是证书，而服务器对客户端的认证使用的只是 eap-mschapv2。如果不设置的话默认是 ifasked，意思是如果服务器向客户端请求证书，客户端就会给它，但客户端给不出，连接就会断。这里设置为客户端永远不给，实际上的意思其实是服务器不要向客户端请求证书。

• eap_identity=%any 使用 Windows 的 eap 身份。不然会出现”no eap key found for host <rightid>“错误。

六、客户端的设置

IOS

    把CA证书和之前做好的pkcs12（.p12）发邮件给自己。在IOS上收邮件，导入两者。然后新建 IPSec ***：

• 服务器，都是IP或都是URL

• 账户和密码写ipsec.secrets 里XAUTH前后的那两个

• 如果要使用证书，证书选刚才的那个。否则可以不使用证书，输入ipsec.secrets 里设置的PSK密码。

Android

1、IPSec Xauth PSK

主要还是：

• 服务器，都是IP或都是URL

• IPSec预共享密钥：写ipsec.secrets里PSK后面的那个密码。

然后登入时还是用XAUTH前后的那两个做用户名密码。

2、"strongSwan *** Client" for Android 4.0 (ICS)+

    这是官方自己出的客户端，Google Play 里就有。

    把之前做好的 pkcs12 发邮件给自己。实际上 pkcs12 里就包含了CA证书，iOS是有bug才必须明确要求导入CA证书（鄙视之）。Android不用。直接在GMail里点击就会提示你导入。

    然后打开官方客户端，新建方案：

• Gateway就是服务器，同上

• Type 选 IKEv2 Certificate

• User certificate 选你刚才导入的

• 取消自动选择CA证书，然后在用户证书里选你刚才从pk12导入的

Windows的客户端我还是建议使用pptp或者l2tp open***

七、问题调试

如果没有特殊需要，服务器端的日志就足够检测出绝大多数问题的来源。

日志阅读技巧

    strongswan 的 charon daemon 启动后，会初始化并加载之前你定义好的 conn，这部分 log 是没有必要去读的。当然在你配置有问题时可能就有必要了，但当配置有问题的时候，service strongswan start会失败，strongswan status就会指出你配置问题所在的行号（=。=）...

服务器端调试

/var/log/strongswan-charon.log 文件

需要在/etc/strongswan/strongswan.d/charon-logging.conf里面开启调试日志功能

IOS调试

    越狱安装iFile。编辑/etc/racoon/racoon.conf文件，找到 #log debug; 字段，改成：

log debug;path logfile "/var/log/racoon.log";

Android 调试

• strongSwan 官方客户端提供了日志查看功能。
  

• android 自带的 *** 调试方法如下：

打开「终端模拟器」，输入 su，会弹出超级用户，允许。

cd /storage/sdcard0
logcat -f ./log.txt

然后用 Airdroid 等工具把 SD 卡中的 log.txt 传到电脑上，打开搜索 *** 即可。

八、总结

   经过我测试得出的结论，我目前只测试了IOS 8还有安卓手机小米Note，都是使用的xauth认证，没有使用证书，我的小米Note是可以连接的上，但是页面加载有问题，查看日志他是使用的android_xauth_psk这个连接，也没有找到问题的原因，同样的配置用IOS连接，因为我们使用的是IOS自带的IPSec ***连接，也没有使用证书，参数和安卓的连接一样，因为没有使用证书，识别的也是android_xauth_psk这个连接，但是访问都是一切正常的。

    如果有什么问题欢迎大家和我一起探讨。

附：快速安装文档

# 环境准备

service iptables stop
setenforce 0echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
yum install strongswan -y

# 设置主配置文件

vim /etc/strongswan/ipsec.conf

config setup
    uniqueids=never
conn mobile_xauth_psk
    keyexchange=ikev1
    left=%defaultroute
    leftauth=psk
    leftsubnet=0.0.0.0/0
    right=%any
    rightauth=psk
    rightauth2=xauth
    rightsourceip=10.31.2.0/24
    auto=add

# 添加数据包伪装转发

iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.31.2.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE

# 添加账号密码等信息

vim /etc/strongswan/ipsec.secrets

: PSK "123456a"test %any : XAUTH "123456"test %any : EAP "123456

# 配置strongswan文件

vim /etc/strongswan/strongswan.conf

charon {
        load_modular = yes
        plugins {
                include strongswan.d/charon/*.conf        }
        dns1 = 8.8.8.8
        nbns1 = 8.8.4.4}include strongswan.d/*.conf

# 启动***服务连接

service strongswan startchkconfig strongswan on

# 按照上面要求，账号密码如下,手机连接即可。

账号：test
密码：123456
预共享密钥：123456a

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