esp協議理論
esp（封裝安全載荷）協議是乙個資料封裝協議，定義在rfc2406，為資料載荷提供了安全服務，協議號50，不加密原始報文頭部，可提供資料的私密性、完整性、源認證、防重放攻擊等安全保障。esp是ipsec體系結構中重要的協議。
esp的包結構
上圖是esp包結構示意圖，esp報頭中的「初始化向量iv」引數，當有ipsec加密時會有iv向量，如果沒有加密則沒有iv向量值，這個初始化向量值是用來與需要加密的塊做異或運算的初始值，具體內容將在本文後面部分介紹。
1、安全引數索引（spi）
安全引數索引是乙個32bit大小的資料，它的主要作用是用來標識sa（安全關聯）。spi值是由目標對等體在ike協商時所選擇的乙個數字，它就像乙個索引號，可以用來標識乙個sa。
什麼是sa？
sa叫安全關聯，可以簡單地理解為sa是在雙方建立vpn關係後對資料的處是方式。如加密使用3des，雜湊使用md5，封裝使用esp等引數的協商結果集，這樣的乙個組合可以看作是乙個sa。又比如，加密使用aes-256，雜湊使用sha-1，封裝使用esp，這又是另乙個組合，這也是另乙個sa。乙個站點可以跟若干個站點同時建立vpn關係，這個站點在跟不同的站點建立vpn關係時，對資料的處理方法一般情況都不太一樣，比如，跟a站點建立vpn時使用如上第乙個sa的組合，跟第二個站點建立vpn關係時使用如上第二個sa的組合。因此，在乙個vpn對等體上有可能存在很多個sa的組合，這些sa的組合會被存放在本地的sadb裡面，為了讓這些組合有乙個唯一的標識，使用的spi引數。
spi與sa如何關聯工作？
esp報文頭部是不加密的，spi值確定後傳送方把相應的spi值填上，相當於確認了這乙個負載部分的資料使用了哪乙個sa的策略加密的，當接收方接收到資料時，也第一時間檢視spi位，然後在本地sadb中查詢與之對應的spi標識的sa來對資料進行處理。
2、序列號
序列號也是乙個數字，它是傳送方在資料報頭中插入的唯一單調遞增的數字，其主要作用就是用來標識資料，以防止重放攻擊。如此時接收到資料的序列號為100，若序列號100的資料已接收過，那此次序列號為100的資料則會被丟棄，不再接收；序列號的另乙個作用是用於防止亂序，它與tcp中的序列號作用類似。
3、初始化向量（iv）
初始化向量（iv）是乙個8位元組大小的資料，它是用於des/3des/aes等對稱金鑰演算法在加密資料前對資料塊作異或運算的初始值。這些對稱金鑰演算法在加密資料時有兩種加密模式，一種是ecb（electronic codebook）電子密碼本模式，另一種是cbc（cipher block chaining）加密塊鏈結模式。這兩種加密方式的處理方式都有乙個共同點，即是在加密資料時先將資料切分成64bit大小的塊，然後對這些資料塊逐塊加密；不同點則是ecb在加密前不需要作異或運算，而cbc模式則需要對資料塊作異或運算後才開始加密。如下圖所示：
如上圖，cbc模式中需要乙個iv值，這個iv即是初始化向量，它也是乙個64bit大小的資料，這個資料是加密者隨機生成的，經過身分驗證，且這個iv是不加密的。iv與第乙個資料塊作異或運算，得出結果後再使用des或3des演算法進行加密處理，得到密文，再將這個密文與下乙個資料塊作異或運算，得出的結果再使用加密演算法加密，以此類推，直到將所有的資料塊都加密完成。
4、墊片資料
墊片資料即是填充資料，在上文中談到了資料加密的ecb與cbc兩種模式，這兩種加密模式都需要將資料進行切分為64bit大小的塊，那麼在切片到最後，有可能出現資料塊不足64bit大小。比如，資料大小為140bit，按每塊64bit切分，可以切分為2個64bit大小的塊，1個22bit大小，此時，最後乙個塊為了湊足64bit，就會將資料進行填充，填充的資料內容就會在墊片資料部分標識。如上例，填充的資料大小為44bit，這個填充資料大小值會在墊片長度中進行標識。
5、下一頭部
下一頭部跟ip報頭中的協議號類似，或者可以更加簡單地跟傳輸層對比。這一部分主要描述資料使用何種協議來處理，比如，如果該字段的值為4，則代表告知接收方，應當使用esp協議來處理資料。
6、認證字段
認證欄位中存放的是資料的雜湊值，這裡所存放的雜湊值只有96位。為什麼只有96位？因為雜湊函式有乙個「雪崩效應「，如果資料在傳送過程被篡改，雜湊值是完全不一樣的，因此，如果前96位都相同的話，基本上可以確定這個資料在傳送過程中沒有被篡改過。
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