openwrt strongswan IPSec IKEV2

雨点打透心脏的1/2处 2022-11-01 14:58 1334阅读 0赞

### 目录 ###

*  前言
 *  一、理论知识储备
 *   *  1.什么是VPN（Virtual Private Network）？
     *  2.什么是IPsec
     *  3.ike是什么ikev2是什么？
     *  4.什么是strongswan？
 *  二、前期准备及证书生成
 *   *  1.前期准备（不同项目环境略有出入）
     *  2.安装strongswan 5.6.3、openssl（生成证书）
     *   *  2.1生成一个私钥
         *  2.2基于私钥签名一个CA证书
         *  2.3生成服务器私钥
         *  2.4从服务器私钥中提取公钥
         *  2.5用CA证书签发服务器证书
         *  2.6生成客户端私钥
         *  2.7从客户端私钥中提取出公钥
         *  2.8用CA证书签发客户端证书
         *  2.9 证书清单
 *  三、openwrt路由器连接
 *   *  1.共享密钥连接（俩端无需证书）
     *  2.服务端采取证书认证，客户端使用EAP
     *  3. 服务器客户端均采用证书认证
 *  四、手机连接阿里云服务器架设的VPN
 *   *  1.阿里云服务器配置
     *  2.证书
     *  3.设置连接
 *  五、一些错误日志及好的文章
 *   *  1. no EAP key found for hosts 'xxx.xxx.xxx.xxx' - 'xxx.xxx.xxx.xxx'
     *  2. No trusted RSA public key found for
     *  3. no matching peer config found
     *  4. ECP384 no support
     *  5. received NO\_PROPOSAL\_CHOSEN error notify
     *  6. 官网FAQ
     *  7.strongswan ipsec 源码分析

# 前言 #

文章是作者基于一段时间的学习成果而写的，主要是为了记录下使用strongswan下的ipsec协议ikev2版本用于加密通信的过程以及遇到的一些坑和错误，方便之后继续学习或者使用。当然如果能帮到一些读者自然是更好的。鉴于本人水平有限，文章之中难免会出现错漏不足之处，敬请批评指正、留言讨论。

学习过程中在网友文章中发现此图，诚不我欺（手动狗头）。  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTEzNDk3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

# 一、理论知识储备 #

## 1.什么是VPN（Virtual Private Network）？ ##

VPN即虚拟专用网络，用于在公网上建立专用网络，使得网络俩端可以进行加密通信。有着多种连接协议如PPTP、L2TP、IPSec，多用于企业网络、工业网络中。

## 2.什么是IPsec ##

IPsec 是 虚拟私密网络（VPN） 的一种连接协议，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），交换金钥建立连接，使用互联网金钥交换（ike）协议，ike密钥交换协议又有着俩个版本分别是ikev1、ikev2; 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。参考：维基百科 IPsec 词条。

## 3.ike是什么ikev2是什么？ ##

IKE属于一种混合型协议，由Internet安全关联和密钥管理协议（ISAKMP）和两种密钥交换协议OAKLEY与SKEME组成。IKE创建在由ISAKMP定义的框架上，沿用了OAKLEY的密钥交换模式以及SKEME的共享和密钥更新技术，还定义了它自己的两种密钥交换方式：主模式和积极模式（ikev1才有）。ike有着俩个版本ikev1、ikev2。ikev2不兼容IKEv1，IKEv1不支持认证，IKEv2支持认证，支持EAP认证。支持NAT穿越。IKEv2支持私密性、完整性、源认证。工作在UDP 的 500 /4500端口。NAT-T用的是UDP4500端口。

## 4.什么是strongswan？ ##

strongSwan是一个完整的2.4和2.6的Linux内核下的IPsec和IKEv1 的实现。它也完全支持新的IKEv2协议的Linux 2.6内核。结合IKEv1和IKEv2模式与大多数其他基于IPSec的VPN产品。

# 二、前期准备及证书生成 #

## 1.前期准备（不同项目环境略有出入） ##

硬件：俩台openwrt系统路由器、一部手机（安卓、苹果都行略有差别后续会说到）、PC、网线三条、耳机一副。  
软件：SecureCRT、winscp、tftpd32、Notepad++、Wireshark（抓包分析）、网易云音乐。

## 2.安装strongswan 5.6.3、openssl（生成证书） ##

安装Strongswan这一步网上搜索可以很轻松看到许多保姆级别教程，写得很详细，这里就不赘述。这里主要写证书的生成步骤。

### 2.1生成一个私钥 ###

ipsec pki --gen --outform pem > ca.key.pem

### 2.2基于私钥签名一个CA证书 ###

ipsec pki --self --in ca.key.pem --dn "C=com, O=myvpn, CN=VPN CA" --ca --lifetime 3650 --outform pem > ca.cert.pem

### 2.3生成服务器私钥 ###

ipsec pki --gen --outform pem > server.pem

### 2.4从服务器私钥中提取公钥 ###

ipsec pki --pub --in server.pem --outform pem > server.pub.pem

### 2.5用CA证书签发服务器证书 ###

ipsec pki --issue --lifetime 3600 --cacert ca.cert.pem --cakey ca.key.pem --in server.pub.pem --dn "C=com, O=myvpn, CN=${yourip}" --san="${yourip}" --flag serverAuth --flag ikeIntermediate --outform pem > server.cert.pem

ps:需要注意的是$\{yourip\}要替换成你的服务器域名或者服务器IP，需要对应否则连接时会出现错误。

### 2.6生成客户端私钥 ###

ipsec pki --gen --outform pem > client.pem

### 2.7从客户端私钥中提取出公钥 ###

ipsec pki --pub --in client.pem --outform pem > client.pub.pem

### 2.8用CA证书签发客户端证书 ###

ipsec pki --issue --lifetime 1200 --cacert ca.cert.pem --cakey ca.key.pem --in client.pub.pem --dn "C=com, O=myvpn, CN=client" --outform pem > client.cert.pem

ps：这里需要注意DN值中的前俩个参数应与2.5中保持一致。

### 2.9 证书清单 ###

至此你应该生成了8个文件  
![在这里插入图片描述][20210224191157188.png_pic_center]

# 三、openwrt路由器连接 #

## 1.共享密钥连接（俩端无需证书） ##

ps：服务器公网IP：172.17.144.222、客户端公网IP：172.17.144.192

1.1修改服务器配置文件  
编辑服务器ipsec.conf

config setup
    
    conn %default
            ikelifetime=28800
            keylife=20m
            rekeymargin=3m
            keyingtries=1
            keyexchange=ikev2
            
    conn site_to_site
            left=172.17.144.222
            leftsubnet=192.168.2.0/24
            leftid=172.17.144.222
            leftauth=secret
            rightauth=secret
            right=172.17.144.192
            rightsubnet=192.168.1.0/24
            rightid=172.17.144.192
            ike=aes128-sha1-modp2048!
            esp=aes128-sha1!
            auto=start

编辑ipsec.secrets

172.17.144.222 172.17.144.192 : PSK 123456abc

—上面是服务端配置—这是一条草率的分割线—下面是客户端配置—  
1.2 修改客户端配置文件  
编辑客户端ipsec.conf

config setup
    
    conn %default
            ikelifetime=28800
            keylife=20m
            rekeymargin=3m
            keyingtries=1
            keyexchange=ikev2
    
    conn site_to_site
            left=172.17.144.192
            leftsubnet=192.168.1.0/24
            leftid=172.17.144.192
            leftauth=secret
            rightauth=secret
            right=172.17.144.222
            rightsubnet=192.168.2.0/24
            rightid=172.17.144.222
            ike=aes128-sha1-modp2048!
            esp=aes128-sha1!
            auto=start

编辑客户端ipsec.secrets

172.17.144.192 172.17.144.222 : PSK 123456abc

1.3 命令行执行命令 ipsec restart 重启ipsec服务  
1.4 命令行执行 ipsec statusall 如果你看到下图那么恭喜你  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTEzNDk3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
ps：如果你看到up数为1则表示你已经成功搭建一条虚拟专用网络隧道。此时可以尝试在客户端去ping服务端的子网。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTEzNDk3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

## 2.服务端采取证书认证，客户端使用EAP ##

2.1证书安装

ca.cert.pem /etc/ipsec.d/cacerts/
    server.cert.pem /etc/ipsec.d/certs/
    server.pem /etc/ipsec.d/private/
    
    client.cert.pem /etc/ipsec.d/certs/
    server.pub.pem /etc/ipsec.d/certs
    client.pem /etc/ipsec.d/private/

2.2 修改服务端配置文件  
ipsec.conf

config setup
    
    conn %default
            ikelifetime=28800
            keylife=20m
            rekeymargin=3m
            keyingtries=1
            keyexchange=ikev2
            
    conn site_to_site
            left=172.17.144.222
            leftsubnet=192.168.2.0/24
            leftid=172.17.144.222
            leftcert=server.cert.pem
            leftauth=pubkey
            rightauth=eap-mschapv2
            right=172.17.144.192
            rightsubnet=192.168.1.0/24
            rightid=172.17.144.192
            ike=aes128-sha1-modp2048!
            esp=aes128-sha1!
            auto=start

ipsec.secrets

: RSA server.pem
    172.17.144.222 : EAP "123456"

—上面是服务端配置—这是一条草率的分割线—下面是客户端配置—  
2.3 修改客户端配置文件  
ipsec.conf

config setup
    
    conn %default
            ikelifetime=28800
            keylife=20m
            rekeymargin=3m
            keyingtries=1
            keyexchange=ikev2
    
    conn site_to_site
            left=172.17.144.192
            leftsubnet=192.168.1.0/24
            leftid=172.17.144.192
            leftauth=eap-mschapv2
            rightauth=pubkey
            rightrsasigkey = server.pub.pem
            right=172.17.144.222
            rightsubnet=192.168.2.0/24
            rightid=172.17.144.222
            ike=aes128-sha1-modp2048!
            esp=aes128-sha1!
            auto=start

ipsec.secrets

: RSA client.pem
    172.17.144.222 : EAP "123456"

2.4同样使用ipsec status或者ipsec statusall命令查看连接信息，ping对端子网IP来检查网络是否联通。值得一提的是在这种认证方式下，客户端需要添加服务端公钥server.pub.pem。否则将无法建立连接并报错：No trusted RSA public key found for “xxx.xxx.xxx.xxx”。

## 3. 服务器客户端均采用证书认证 ##

3.1 证书安装

3.2 修改服务器配置文件  
ipsec.conf

config setup
    
    conn %default
            ikelifetime=28800
            keylife=20m
            rekeymargin=3m
            keyingtries=1
            keyexchange=ikev2
    
    conn site_to_site
            left=172.17.144.222
            leftsubnet=192.168.2.0/24
            leftid=172.17.144.222
            leftcert=server.cert.pem
            leftauth=pubkey
            rightauth=pubkey
            rightcert=client.cert.pem
            right=172.17.144.192
            rightsubnet=192.168.1.0/24
            rightid=172.17.144.192
            ike=aes128-sha1-modp2048!
            esp=aes128-sha1!
            auto=start
            dpdaction=restart
            dpddelay=60s
            dpdtimeout=60s

ipsec.secrets

: RSA server.pem

—上面是服务端配置—这是一条草率的分割线—下面是客户端配置—  
3.3 修改客户端配置文件  
ipsec.conf

config setup
    
    conn %default
            ikelifetime=28800
            keylife=20m
            rekeymargin=3m
            keyingtries=1
            keyexchange=ikev2
    
    conn site_to_site
            left=172.17.144.192
            leftsubnet=192.168.1.0/24
            leftid=172.17.144.192
            leftcert=client.cert.pem
            leftauth=pubkey
            rightauth=pubkey
            rightsigkey=server.pub.pem
            right=172.17.144.222
            rightsubnet=192.168.2.0/24
            rightid=172.17.144.222
            ike=aes128-sha1-modp2048!
            esp=aes128-sha1!
            auto=start

ipsec.secrets

: RSA client.pem

3.4 依旧是ipsec restart重启服务ipsec statusall查看连接状态，ping对端子网测试网络是否通畅。这里我有个疑问没有解开，为什么俩端都使用证书认证，配置却不是“对称的”，为什么配置不能是类似俩端都使用共享密钥认证那样对称的配置。也许是我的证书、或者配置还是有问题，但至少俩端都以证书认证建立起连接。

# 四、手机连接阿里云服务器架设的VPN #

## 1.阿里云服务器配置 ##

ipsec.conf

config setup
      uniqueids=no
    
    conn %default
      keyexchange=ikev2
      compress = yes 
      ikelifetime=60m
      keylife=20m
      rekeymargin=3m
      keyingtries=1
      rekey=no
      ike=chacha20poly1305-prfsha256-newhope128,chacha20poly1305-prfsha256-ecp256,aes128gcm16-prfsha256-ecp256,aes256-sha256-modp2048,aes256-sha256-modp1024!
      esp=aes128gcm16-ecp256,aes256-sha256-modp2048,aes256-sha256,aes256-sha1!
      dpdaction=clear
      dpddelay=120s
      auto=add
    
    conn roadwarrior
      left=%any
      leftid=@ztest.vip  
      leftauth=XAUTH
      leftcert=server.cert.pem
      leftsendcert=always
      leftsubnet=0.0.0.0/0,::/0
      leftupdown=/etc/ipsec.d/firewall.updown
      #leftfirewall=yes
      right=%any
      rightauth=XAUTH
      #rightsourceip=%dhcp,fdef:a51d:f888::/112
      rightsourceip=192.168.12.0/24,fdef:a51d:f888::/112
        rightdns=8.8.8.8,2001:4860:4860::8888
       leftsendcert = always
    
    conn roadwarrior-eap
      also=roadwarrior
      rightauth=eap-dynamic
      eap_identity=%any
    
    conn roadwarrior-pubkey-eap
      also=roadwarrior
      rightauth2=eap-dynamic
      eap_identity=%any    
       
    conn route
    	ikelifetime=28800
        keylife=20m
            rekeymargin=3m
            keyingtries=1
            keyexchange=ikev1
            aggressive=no
            left=%any
            leftsubnet=0.0.0.0/24
            leftid=ztest.vip
            leftauth=secret
            rightauth=secret
            right=172.17.144.184
            rightsubnet=192.168.3.0/24
            rightid=172.17.144.184
            ike=aes128-sha1-modp2048!
            esp=aes128-sha1!
            auto=start
            dpdaction=none
            dpddelay=150s
            dpdtimeout=150s
    
    conn ios
    	ike = aes128-sha1-modp2048!
    	esp = aes128-sha1!
    	auto = add
    	fragmentation = yes
    	ikelifetime = 60m
    	keylife = 20m
    	rekeymargin = 3m
    	rekey = no
    	        
    	left = %any
    	leftid = ztest.vip
    	leftauth = pubkey
    	leftcert = server.cert.pem    	
    	leftsubnet = 192.168.2.0/24
    	
    	rightauth = eap-mschapv2
    	right = %any
    	rightsendcert = never
    	rightdns=8.8.8.8,2001:4860:4860::8888
    	rightsubnet=192.168.1.0/24

ipsec.secrets

: RSA server.pem
    : PSK "123456789a"
    zikev : XAUTH "123456"
    zikev : EAP "123456"
    ztest.vip : EAP "123456"

## 2.证书 ##

openwrt连接阿里云上搭建的VPN证书安装与上述一致，手机连接则略有不同。安卓手机连接需要将ca证书发送到手机下载安装，IOS手机稍微麻烦一点，需要将证书以邮件附件的形式发送到手机，再从设置中下载安装描述文件。

## 3.设置连接 ##

这里以IOS系统为例安卓系统大同小异。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTEzNDk3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

# 五、一些错误日志及好的文章 #

## 1. no EAP key found for hosts ‘xxx.xxx.xxx.xxx’ - ‘xxx.xxx.xxx.xxx’ ##

ipsec.secrets文件配置错误，注意EAP前后的空格，注意用户与服务器leftid一致，或者根本没有配置EAP用户名密码。

## 2. No trusted RSA public key found for ##

找不到RSA公钥，本端安装对端的公钥，添加配置

rightsigkey = server.pub.pem //server.pub.pem 为对端的公钥名称

## 3. no matching peer config found ##

[参考这篇文章][Link 1]

## 4. ECP384 no support ##

[官网加密方式支持文档][Link 2]

## 5. received NO\_PROPOSAL\_CHOSEN error notify ##

检查俩端ike版本是否一致，ike以及esp加密方式是否一致。

## 6. 官网FAQ ##

[官网常见问题清单][Link 3]

## 7.strongswan ipsec 源码分析 ##

[大佬文章][Link 4]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTEzNDk3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221024/24861d23e34f489a8c0ba8f59832c65b.png
[20210224191157188.png_pic_center]: /images/20221024/ac6d63dcf1704576b9e63a035de75526.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTEzNDk3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221024/a83750095a1447d58aab4af471c5f685.png
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[Link 1]: https://serverfault.com/questions/1029442/strongswan-config-issue-no-matching-peer-config-found
[Link 2]: https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/IKEv2CipherSuites#Diffie-Hellman-Groups
[Link 3]: https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/FAQ
[Link 4]: https://www.cnblogs.com/hugetong/p/12956065.html