安全VPN密钥交换实现

论文摘要

针对Internet 的开放性带来的对数据安全新的挑战的现状,政府和从事计算机信息安全的研究机构和企业,提出了众多的解决方案,其中最适于解决当前计算机网络通讯传输安全问题的一种解决方案,就是安全VPN 技术。本课题主要研究建立安全VPN 通讯过程中的密钥协商过程。密钥交换也称为密钥协商,是密钥管理的一部分。密钥管理指对密钥材料的产生、登记、认证、注册、分发、安装、存储、归档、撤销、衍生和销毁等,其目的是要提供由于对称或非对称密钥体制中的密钥材料处理程序,其要解决的根本问题是确定密钥材料,向直接用户或间接用户保证密钥材料来源的完整性、及时性以及保密性。而密钥交换和协商是密钥管理中的一个重要部分,它主要处理密钥的生成、分发,保证以安全的方式产生密钥。它要求产生的过程不被篡改、产生的密钥数据不可预测、分发符合指定的规范。可使VPN系统建立可信的、可靠的密钥交换过程,保证密钥交换过程的密钥机密性、通信各方的身份确定性、密钥交换过程的不可否认性,以及密钥的可用性。本文首先通过对业界各种现有的密钥协商方案进行调研、分析和研究比较,对其中的两大类密钥交换类型:人工分发和预共享方式,密钥自动协商方式,进行了详细的分析和比较,并对各种典型的密钥协商实现方案进行了分析。结合我国商用密码领域的特殊安全需求,文章随后根据IETF 小组制定的IKE 密钥交换框架,遵循IPSec 协议标准,从结构化设计、密钥安全存储、并行容错处理等角度出发,设计一种安全、稳定、高效可行的密钥交换方案,并通过计算机程序语言将其实现。该实现过程通过模块化的实现模式,强调接口清晰,支持国家专用的密码算法(硬件密码卡)和各种主流的通用算法(3DES、AES)。针对这种实现,从安全VPN 系统可运行、不同通讯量和通讯强度、承受各种攻击性结果各个方面进行相关试验,来验证系统实现的可行性、可靠性和安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 系统概述
• 第2章 现有方案调研及分析比较
• 2.1 人工分发及预共享方式
• 2.2 密钥自动协商方式
• 2.3 本章小结
• 第3章 密钥协商实现
• 3.1 软件系统概述
• 3.1.1 模块调用关系
• 3.1.2 软件形态和接口描述
• 3.1.2 模块运行流程
• 3.2 主模块
• 3.3 PFKEY 模块
• 3.3.1 设计概述
• 3.3.2 外部接口设计
• 3.3.3 内部接口设计
• SPD 模块'>3.4 ISAKMP_SPD 模块
• 3.4.1 设计概述
• 3.4.2 外部接口
• SAD 模块'>3.5 ISAKMP_SAD 模块
• 3.5.1 设计概述
• 3.5.2 外部接口
• 3.6 进程间通讯报文封装和解封装模块
• 3.6.1 设计概述
• 3.6.2 外部接口
• 3.7 配置处理模块
• 3.7.1 设计概述
• 3.7.2 外部接口
• 3.8 日志模块
• 3.8.1 设计概述
• 3.8.2 外部接口
• SPD 模块'>3.9 IPSEC_SPD 模块
• 3.9.1 设计概述
• 3.9.2 外部接口
• 3.10 IKE 协议模块
• 3.10.1 设计概述
• 3.10.2 外部接口
• 3.10.3 X-AUTH 协议定义
• 3.10.4 IKECFG 阶段定义
• 3.10.5 隧道维护协议定义
• 3.10.6 内部接口
• 3.11 事件处理模块
• 3.11.1 设计概述
• 3.11.2 外部接口
• 3.12 本章小结
• 第4章 测试试验
• 4.1 可用性试验
• 4.2 可靠性试验
• 4.3 安全性试验
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 工程硕士个人简历
• 致谢