用Openswan组建Linux IPSec
by toorq
1.概述
2.安装Openswan
3.认证和配置
3.1 RSAsig认证方式的配置
3.2 x.509证书认证的配置
3.3 RoadWarrior模式的配置
5.Windows客户端的配置
*****
1.概述
LInux上的VPN支持主要有三种：
1)IPSec 's VPN 其主要代表有 FreeS/WAN、KAME
IPSec在Linux上支持主要有两个主要的分类，一为FreeS/WAN，现在已经停止开发，其分裂为两个项目，Openswan与 Strongswan。其可以用自身的IPsec内核堆栈（Kernel stack），称为KLIPS，也可以用2.6内核中的堆栈代码（下面我们称其为26sec），可以说是非常的灵活。还有就是来自BSD世界的KAME。 KAME只能用内核堆栈。
IPSec差不多是最老的VPN标准了，她的依然很安全，当然是在配置好以后。言下之意，她的配置比较麻烦。本文下面将做说明。
2)SSL-Based VPN 其主要代表有 OpenVPN
SSL只要跑在应用层，所以理所当然的配置简单，只要机子能跑TCP或UDP就行，也可以穿过大多的防火墙。
3)PPTP-Based VPN 有(PoPTop)
PoPTop可以说是PPTP在Linux下的实现。不过，IPSec上跑L2TP更安全。
2.安装Openswan
因为FreeS/WAN已经在2004年三月停止开发，所以我们使用她的后继项目Openswan来做我们的IPSec实验。其相比FreeS/WAN有个好处，如果使用 26sec 的时候，Openswan不用打补丁，就可以用nat。
因为IPSec工作在网络层，所以需要系统内核态的支持，上面说过，有两个选择，用自带(26sec)的或用Openswan(KLIPS)的，为了方便（如何打补丁和编译内核不是本文讨论的重点），本文使用2.6自带的实现代码。同时本文使用Debian Sarge作为实验系统，在Debian上安装。
#apt-get install openswan
如果你想从源码安装，到
http://www.openswan.org/code下载软件包，然后按照包中的说明安装。由于我们使用26sec，所以只要make programs;make install就可以搞定。值得注意的是，现在的Openswan已经内建些个好用的补丁，比如x.509和NAT Traversal的支持，使用起来非常的方便。
你也可以用
#ipsec verify来检验你的安装
3.认证和配置
3.1 RSA Signature（RSA数字签名）认证的配制
Openswan支持许多不同的认证方式，包括RSA keys、pre-shared keys或x.509证书方式。RSA Signature比较简单，我先介绍下所要使用的命令
生成一个新的RSA密钥对
#ipsec newhostkey --output /etc/ipsec.secert
按left或right格式生成RSA Sig
#ipsec showhostkey --left（或--right）
知道了上面的命令，我们就可以配置一个net-to-net，就是网关对网关的通讯。所在的Linux主机为通讯的网关，作为其子网的出口，对于子网的用户来所是透明的，远程的子网在通讯后可以像自己的局域网一样的访问。
本文使用VMWare架设起一个四台虚拟Linux主机来进行试验。因为要在不同的机子上进行配置，所以请读者认清主机名。
192.168.183.44（子网客户机，计算机名RA）
<->
192.168.49.2（Left网关主机，计算机名melin，同时eth1配置为192.168.183.1）
<->
192.168.49.3（Right网关主机，计算机名right，同时eth1配置为192.168.233.1）
<->
192.168.233.44（子网客户机，计算机名RB）
两个网关主机当然要安装好Openswan。同时用iptabels配置好NAT伪装。
然后我们运行下面的命令
//melin
#ipsec newhostkey --output /etc/ipsec.secert
#ipsec showhostkey --right >> /etc/ipsec.conf
#vi /etc/ipsec.conf //编辑ipsec.conf配置文件
#scp /etc/ipsec.conf root@right_GW_ipaddress:/etc/ipsec.conf //把ipsec.conf拷贝到right网关，目的是为了让right的到left的rsasig。
//right
#ipsec newhostkey --output /etc/ipsec.secert
#ipsec showhostkey --right >> /etc/ipsec.conf
#vi /etc/ipsec.conf
#scp /etc/ipsec.conf root@left_GW_ipadress:/etc/ipsec.conf
然后分别从前启动ipsec服务
#ipsec setup restart //这个因为你的系统不同点不同
这里的编辑ipsec.conf应该为（配置文件中的#为注释，和shell中不同）
version 2.0
config setup
interfaces=%defaultroute
nat_traversal=yes
conn %default
authby=rsasig
compress=yes
#关掉 Opportunistic Encryption
include /etc/ipsec.d/examples/no_oe.conf
conn net-to-net
left=192.168.49.2
leftsubnet=192.168.183.0/24
leftid=@melin
leftnexthop=%defaultroute
right=192.168.49.3
rightsubnet=192.168.233.0/24
rightid=@right
rightnexthop=%defaultroute
# RSA 2192 bits melin Mon May 29 03:42:49 2006
leftrsasigkey=0sAQ...（leftrsasigkey值，省略）
# RSA 2192 bits right Wed May 31 22:11:59 2006
rightrsasigkey=0sAQ...
auto=add
然后在任意一方网关主机运行
ipsec auto --up net-to-net，这个时候，两个客户机之间应该可以互相ping的通，就像在一个内网一样。
比如在RA上可以
$ping 192.168.233.44
在ping的过程中，在任意一个网关上用tcpdump嗅探
#tcpdump -i eth0
可以看到这样的包
IP 192.168.233.44 > 192.168.183.44:icmp 64:echo request seq 10
IP 192.168.49.2 > 192.168.49.3: ESP(spi=0xeb73b78b,sed=0xa)
IP 192.168.49.3 > 192.168.49.2: ESP(spi=0x1601e0bd,sed=0xb)
可以看到两个网关已经用ESP在通讯，说明成功。
值得注意的是，如果网关主机开了iptables来做IP伪装（MASQUERADE）或NAT，需要竞争两个子网地址的转发，比如在我们例子中的Left主机上原来有
#echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.183.0/24 -j MASQERADE
把改为
#iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.183.0/24 -d ! 192.168.233.0/24 -j MASQERADE
即不转发目标地址为Right主机下的子网。
另外，这一行
include /etc/ipsec.d/examples/no_oe.conf意为关闭Opportunistic Encryption在你不知道她到底做了什么之前，还是关掉她为好，打开no_oe.conf文件，发现其内容如下，我们将在本文的第五部分讨论这个话题。
conn block
auto=ignore
conn private
auto=ignore
conn private-or-clear
auto=ignore
conn clear-or-private
auto=ignore
conn clear
auto=ignore
conn packetdefault
auto=ignore
3.2 x.509证书认证的配置
x.509证书方式当然更灵活，要是VPN的客户比较多，总不能，每个都记住长长的rsasig吧。使用x.509证书认证，我们首先需要装上openssl（现在的Linux基本自带，没有的
www.openssl.org下一个装上）。
1)然后，找到openssl.cnf文件，这个文件保存着对openssl证书生成的默认值，她的位置一般为：
Debian: /etc/ssl/openssl.cnf
RedHat 7.x+: /usr/share/ssl/openssl.cnf
用编辑器打开，变量名目繁多，比较有用的有
"default_days"，证书失效的天数，默认一般为365天，改为3650，这样十年才过期:)。
"default_bits"，密钥长度，默认为1024，你可以改为2048，更安全，当然速度也更慢……
"req_distinguished_name"，默认的信息设置，如果你和我一样闲每次去生成密钥的时候去填的麻烦，就改之。
2)建一个目录来放你的CA，我们这里用/root/ca，记的把他的权限设置为700，你不希望其他用户可以看到你的私钥吧。
3)找到"CA.sh"脚本的位置，在不同系统上稍有不同
Debian: /usr/lib/ssl/misc/CA.sh
RedHat 7.x+: /usr/share/ssl/misc/CA
编辑她，把DAYS="-days 365"的365改成你希望的数值，注意要比openssl.cnf中的"default_days"要大，当时也不要太大，一般为15年到20年就好了。
4)生成证书
~/ca$/usr/lib/ssl/misc/CA.sh -newca ;生成一个待签名的根证书，用她来给其他证书进行签名认证。默认生成在demoCA目录下的cacert.pem文件（在openssl.cnf中的 CA_default子段设置）下。输入的密码为用来生成其他证书的密码。-sign的时候用。
~/ca$openssl ca -gencrl -out crl.pem 生成一个与根证书相对应的crl文件
然后开始生成给主机用的证书
~/ca$/usr/lib/ssl/misc/CA.sh -newreq 生成待签名认证的证书，默认名字为newreq.pem，输入的密码用在填些/etc/ipsec.secrets中。
~/ca$/usr/lib/ssl/misc/CA.sh -sign 对证书进行签名认证，默认名字为newcert.pem
~/ca$/usr/lib/ssl/misc/CA.sh -verify 认证一下
然后重命名文件
~ca$mv newcert.pem melin.pem
~ca$mv newreq.pem melin.key //别搞反了，小的那个文件是key:)，另外如果要生成的主机证书，填入的信息相同可能出错
用同样的方法生成right.pem和right.key文件。这样我们就有了同样的根证书生成的两个证书文件。
把文件拷贝到相应的位置：
在Left主机主机上
melin:~/ca#cp melin.key /etc/ipsec.d/private
melin:~/ca#cp melin.pem /etc/ipsec.d/certs
melin:~/ca#cp demoCA/cacert.pem /etc/ipsec.d/cacerts
melin:~/ca#cp crl.pem /etc/ipsec.d/crls/crl.pem
用安全的渠道（scp或软盘，别用ftp）把一下文件拷贝到right上
melin.pem
right.key
right.pem
demoCA/cacert.pem
crl.pem
也拷贝到正确的地方
melin#cp right.key /etc/ipsec.d/private
melin#cp right.pem /etc/ipsec.d/certs
melin#cp melin.pem /etc/ipsec.d/certs
melin#cp crl.pem /etc/ipsec.d/crls
melin#cp cacert.pem /etc/ipsec.d/cacerts/cacert.pem
5) 配置ipsec
首先是/etc/ipsec.secrets加上
: RSA /etc/ipsec.d/private/right.key "password"
password就是生成主机密钥的时候输入的密码
这里有几个密码要搞清楚，在生成根证书的时候输入密码是用来生成其他证书的，CA.sh -sign的时候要填入，ipsec.secrets填入的密码是CA.sh -newreq时候输入的密码。
然后当然就是/etc/ipsec.conf在本例子中的ipsec.conf分别为
#Left(melin)
version 2.0
config setup
interfaces=%defaultroute
nat_traversal=yes
conn %default
authby=rsasig
compress=yes
leftrsasigkey=%cert
rightrsasigkey=%cert
keyingtries=1
disablearrivalcheck=no
include /etc/ipsec.d/examples/no_oe.conf
conn net-to-net
left=%defaultroute
leftsubnet=192.168.183.0/24
leftcert=melin.pem
right=%any
rightsubnet=192.168.233.0/24
pfs=yes
auto=add
#Right(right)
version 2.0
config setup
interfaces=%defaultroute
nat_traversal=yes
conn %default
authby=rsasig
compress=yes
leftrsasigkey=%cert
rightrsasigkey=%cert
keyingtries=1
disablearrivalcheck=no
include /etc/ipsec.d/examples/no_oe.conf
conn net-to-net
left=192.168.49.2
leftsubnet=192.168.183.0/24
leftcert=melin.pem
right=%defaultroute
rightsubnet=192.168.233.0/24
rightcert=right.pem
pfs=yes
auto=add
然后分别重新启动IPSec服务
#ipsec setup restart
在right上启动连接
#ipsec auto --up net-to-net
如果一切正确，两个子网之间就可以互相通讯了。
3)RoadWarrior模式的配置
上面我们做的是网关对网关的配置，我们在应用中还有一种情况，员工带着比较本出差或在家，需要用IPSec连接到公司的网络。这个就是RoadWarrior模式。
我们回到1)中RSA Keys配置的例子，在两台主机上添加这样的配置字段
#RoadWarrior,Road的机子，比如到处带着跑的笔记本，我们这里用right
conn road
left=192.168.49.3 #如果是动态ip地址，可以填上%defaultroute
leftnexthop=%defaultroute
leftid=@melin
leftrsasigkey=0sAQ... #本机的RSA Key
right=192.168.49.2
rightsubnet=192.168.183.0/24
rightid=@right
rightrsasigkey=0sAQO... #远程机子的RSA Key
auto=add
############################
#Host 主机，我们这里用melin
conn road
left=192.168.49.2
leftid=@melin
leftsubnet=192.168.183.0/24
leftrsasigkey=0sAQ...
rightnexthop=%defaultroute
right=%any #不知道要传入的连接，所以用%any
rightid=@right
rightrsasigkey=0sAQ...
auto=add
可以看出，RoadWarrior模式和Net-to-Net模式配置的区别，关键就是在于net-to-net模式Left和Right是相同的，通讯的主机处于固定的位置上，而RoadWarrior配置，Left就是自己（Local），Right就是远程主机（Remote）。所以看上去，两个的 Left和Right值是相反的。这个是配置的关键。
然后在RoadWarrior的主机上运行
ipsec auto --up road
更改配置文件后记的要#ipsec setup restart重启Openswan Pluto。
接着就可以在right主机上ping到melin下的内网了
right$ping 192.168.183.44
同样的可以在melin上
melin#tcpdump -i eth0
看到ESP包的交换
下面我们回到使用证书的net-to-net例子
细心的读者可以发现，在证书的例子配置中，melin主机的right字段是用的是%any，整个配置类似于RoadWarrior的配置，可是又不同，实际上，这个仍然是net-to-net的配置。也可以把配置写成这样。
#Left(melin)
conn net-to-net
left=192.168.49.2
leftsubnet=192.168.183.0/24
leftcert=melin.pem
right=192.168.49.3
rightsubnet=192.168.233.0/24
pfs=yes
auto=add
#Right(right)
conn net-to-net
left=192.168.49.2
leftsubnet=192.168.183.0/24
letcert=melin.pem
right=192.168.49.3
rightcert=right.pem
pfs=yes
auto=add
不过，如果是这样的net-to-net的配置，就需要把right.pem也拷贝到melin主机的/etc/ipsec.d/certs目录下。可以看出来，ipsec.conf的配置是非常灵活的。
下面我们给出使用RoadWarrior和使用证书的配置
#RoadWarrior(right)
conn road
left=192.168.49.3（如果为动态ip，用%defaultroute）
leftcert=right.pem
right=192.168.49.2
rightsubnet=192.168.183.0/24
rightcert=melin.pem
pfs=yes
auto=add
#Host(melin)
conn road
left=192.168.49.2
leftsubnet=192.168.183.0/24
leftcert=melin.pem
right=%any
pfs=yes
auto=add
使用上面的配制后会发现一个问题，在right主机上
right#ping 192.168.183.44
right#ping 192.168.183.1
是加密通讯
可是
right#ping 192.168.49.2（如果是在Internet，这个为主机在Internet上的ip）
却是明文通讯，实际上，我们上面的RoadWarrior配置是让RoadWarrior主机和网关做在的局外通讯，如果要加密和网关的通讯，可以这么写
#RoadWarrior(right)
conn road-net
rightsubnet=192.168.183.0/24
also=road
conn road
left=192.168.49.3（如果为动态ip，用%defaultroute）
leftcert=right.pem
right=192.168.49.2
rightcert=melin.pem
pfs=yes
auto=add
#Host(melin)
conn road-net
leftsubnet=192.168.183.0/24
also=road
conn road
left=192.168.49.2
leftcert=melin.pem
right=%any
pfs=yes
auto=add
在right上分别启动
right#ipsec auto --up road
right#ipsec auto --up road-net
另外可以用ipsec auto status查看连接的状态。如果想让连接在开机就启动，可以把auto字段改为start。
5.Windows客户端的配置
让windows客户端可以连接上Linux的IPSec网关是很有用的，毕竟桌面还是Windows比较的多。
1)当然是让Openswan的主机运行正常运行起来，我们这里使用，上文最接近的那个road和road-net配置。同时要注意Windows的IPSec服务已经运行。
2)生成证书
生成新的主机密钥对win.pem和win.key，然后，我们需要把她转化成Windows可以识别的p12格式：
~/ca$ openssl pkcs12 -export -in win.pem -inkey win.key -certfile demoCA/cacert.pem -out win.p12
获得根证书的信息，记下来，下面要用到
subject= /C=CN/ST=Fujian/L=Xiamen/O=Jimei University/OU=Chengyi College/CN=jianqiu/emailAddress=jianqiu414@stu.jmu.edu.cn
3)所需工具
http://www.lihuasoft.net/uppic/d_0612150814430.zip下载Marcus Müller的ipsec.exe工具，解压到一个目录中，本例使用d:\ipsec
~/ca$ openssl x509 -in demoCA/cacert.pem -noout -subject
得到如下的信息
4)创建需要的控制台
运行mmc->添加删除管理单元->添加->IP安全策略管理->选择本地计算机->完成；
添加删除管理单元->添加->证书->计算机账户->本地计算机->完成。
5)添加证书
在刚才我们新建的工作台的证书上，选择个人->所以任务->导入，然后把win.p12导入即可。
6)安装IPSec工具
首先需要安装ipsecpol.exe(Windows 2000)或ipseccmd.exe(Windows XP，在Windows安装光盘的UPPORT\TOOLS目录下，setup选择完全安装)，在
http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;en-us;838079还有一片关于XP SP2的这些个附加工具的说明。
随后编辑d:\ipsec\ipsec.conf文件，把我们上面得到的证书的信息填入rightca，也可以用mmc的证书页面查看，编辑好的ipsec.conf看起来是这个样子的。
conn roadwarrior
left=%any
right=192.168.49.2
rightca="C=CN,S=Fujian,L=Xiamen,O=Jimei University,OU=Chengyi College,CN=jianqiu,E=jianqiu414@stu.jmu.edu.cn"
network=auto
auto=start
pfs=yes
conn roadwarrior-net
left=%any
right=192.168.49.2
rightsubnet=192.168.183.0/44
rightca="C=CN,S=Fujian,L=Xiamen,O=Jimei University,OU=Chengyi College,CN=jianqiu,E=jianqiu414@stu.jmu.edu.cn"
network=auto
auto=start
pfs=yes
如果，你想要加密所有和192.168.49.2的连接
conn roadwarrior-all
left=%any
right=192.168.49.2
rightsubnet=*
rightca="C=CN,S=Fujian,L=Xiamen,O=Jimei University,OU=Chengyi College,CN=jianqiu,E=jianqiu414@stu.jmu.edu.cn"
network=auto
auto=start
pfs=yes
注意rightca不要写错，可以通过我们刚才的控制台，依次打开，“IP安全策略，在本地计算机”->FreeSwan-> “roadwarrior-Host filter list”->“身份验证方法”->“使用由此证书颁发机构（CA）颁发的证书”里的字段。
然后到d:\tools目录下，运行ipsec
IPSec Version 2.2.0 (c) 2001-2003 Marcus Mueller
Getting running Config ...
Microsoft's Windows XP identified
Usage: Ipsec [-off] [-delete] [-debug] [-nosleep]
D:\Tools\ipsec>ipsec
IPSec Version 2.2.0 (c) 2001-2003 Marcus Mueller
Getting running Config ...
Microsoft's Windows XP identified
Setting up IPSec ...
Deactivating old policy...
Removing old policy...
Connection roadwarrior:
MyTunnel : 192.168.49.1
MyNet : 192.168.49.1/255.255.255.255
PartnerTunnel: 192.168.49.2
PartnerNet : 192.168.49.2/255.255.255.255
CA (ID) : C=CN,S=Fujian,L=Xiamen,O=Jimei University,OU=Cheng...
PFS : y
Auto : start
Auth.Mode : MD5
Rekeying : 3600S/50000K
Activating policy...
Connection roadwarrior-net:
MyTunnel : 192.168.49.1
MyNet : 192.168.49.1/255.255.255.255
PartnerTunnel: 192.168.49.2
PartnerNet : 192.168.183.0/255.255.255.0
CA (ID) : C=CN,S=Fujian,L=Xiamen,O=Jimei University,OU=Cheng...
PFS : y
Auto : start
Auth.Mode : MD5
Rekeying : 3600S/50000K
Activating policy...
d:\ipsec>ping 192.168.49.2
看到
Negotiating IP Security.
后有回复，说明连接成功。
如果ipsec工具在你的系统上运行有问题，请确认你的rightca有没有填错。也可以尝试到sourceforge.net下载Linsys IPSec Tool项目的lsipsectool.exe。另外，如果系统是Windows XP SP2，还要注意NAT-T的问题。具体Windows运行IPsec客户端的注意事项可以查阅
http://wiki.openswan.org/index.php/Win2K。
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