浅谈AH协议与ESP协议的区别和联系_ah和esp

作者：2023面试高手 | 2024-04-08 20:08:50

踩

ah和esp

IPSec是一种端到端的确保IP层通信的安全体系，是一组协议，下面讨论是基于IPv4的讨论。AH协议与ESP协议是IPSec的两个核心协议，如下图所示。AH（Authentication Header）是验证头部协议，ESP（Encapsulating Security Payload）是封装安全载荷协议，从名字上来看AH主要用于验证IP头部，ESP主要用于加密。下面会详细介绍区别与联系。
IPSec安全体系
区别与联系：构成元素→结构→功能，从构成元素，到协议的结构，再到功能来分析。（协议的三要素：语法、语义、时序）

区别与联系	AH协议	ESP协议
名字	验证头部协议	封装安全载荷协议
IP协议封装的协议	是	是
IP协议字段	51	50
下一头部	在最开始的8位，指明载荷类型（TCP\UDP\IP\IPSec）	ESP尾部，8位，语义与AH一致
载荷长度	8比特，表示以32比特为单位的AH头部长度减2	无此字段
保留字段	16bits，默认0，为保留用	无此字段
SPI	32比特，用于标识有相同IP地址和相同安全协议的不同SA。由SA的创建者定义，只有逻辑意义	ESP头部，32位，语义与AH一致
序列号	32比特，一个单项递增的计数器，用于防止重放攻击，SA建立之初初始化为0，序列号不允许重复	ESP头部，32位，语义与AH一致
认证数据	摘要或者指纹，用于认证，由SA初始化时指定的算法来计算，长度=整数倍32位比特，变长（通信双方必须采用相同的HMAC算法和密钥，认证数据是HMAC算法结果，被称为数据报的完整性校验值ICV，）	ESP验证数据，可选，选择ESP验证服务时使用，语义和AH一致（但具体验证区域不同）
载荷数据	紧跟AH头部的载荷，变长，明文	可变长字段，包含实际的载荷数据，根据是否需要加密，该字段可以是密文或者明文
填充和填充长度	无	填充字段，0-255字节，大多数加密算法要求输入数据包含整数个分组，因此需要填充。填充长度，8bits，填充字段的长度。
报文格式	AH头部+AH载荷	ESP头部+ESP净荷+ESP尾部（填充、填充长度和下一个头字段）+ESP验证数据（可选）
传输模式	保护IP载荷	保护IP载荷
传输模式验证区域	IP头部+AH头部+TCP/UDP头部+数据（可变字段除外）	ESP头部+ TCP/UDP头部+数据+ESP尾部
传输模式加密区域	无	ESP净荷+ESP尾部
隧道模式	保护整个IP包	保护整个IP包
隧道模式验证区域	新IP头部+AH头部+ IP头部+ TCP/UDP头部+数据（可变字段除外）	ESP头部+IP头部+TCP/UDP头部+数据+ESP尾部
隧道模式加密区域	无	ESP净荷+ESP尾部
外出处理	查询SAD，产生或增加序列号，计算完整性校验值（ICV）	如果验证，则和AH相同；如果进行加密，则还会加密分组；如果加密+验证，则计算ICV和加密都有
进入处理	重组分片，查询SAD并操作，查询SPD并检查，检查序列号（抗重放功能），认证检查数据完整性	如果验证，则和AH相同；如果加密，则还需解密操作；如果验证+加密，则计算ICV比较和解密都有
算法	验证	验证、加密（至少有一种）
服务	无连接的数据完整性：通过哈希函数产生的校验来保证数据源身份认证：通过计算校验码时加入一个共享密钥实现防止重放攻击：AH报头的序列号可以防止重放攻击	除了AH已有的三种服务之外（可选），还提供数据包加密和数据流加密
与NAT的联系	NAT会对IP头进行修改导致AH协议下的IPsec不能穿越NAT	如果是NAT对IP头进行修改，ESP能适用于NAT。但如果NAT为IP地址映射+端口映射（端口改变），则ESP协议下的IPSec都不能适用NAT（考虑NAT-T）

总结：ESP的验证灵活，不验证IP头部（传输模式）或新IP头部（隧道模式），这使得它能很好的兼容NAT。但是，这也使得接收端无法检测IP头部被修改的情况（只要保证校验和计算正确），故ESP的验证服务没有AH的验证服务强大。所以，AH主要用于验证IP头部，ESP主要用于加密，通常也会将两者嵌套使用。

注：IP协议字段（Protocol）8bits，使用IP服务的高层协议，1（ICMP），2（IGMP），4（IP），6（TCP），8（EGP），17（UDP），41（IPv6）,89（OSPF)。

参考：
[1]. 网络安全（第2版）胡道元等
[2]. https://blog.csdn.net/weixin_38387929/article/details/117586652 （详解: IPsec 穿越 NAT 之道）
[3]. https://blog.csdn.net/bytxl/article/details/16825251（AH协议与ESP协议简析）

AH协议格式

ESP协议格式

IPSec的传输模式与隧道模式
IPSec AH与ESP嵌套使用

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/2023面试高手/article/detail/387911