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2025-09-30
IPv6中的安全性分析-下一代计算机网络技术
【摘要】：IPv6在安全性方面相对IPv4变化较大，通过在IP层设置了安全性使整个网络体系的安全性更加提高了。图4.5传输模式下AH和ESP包结构图图4.6隧道模式下AH和ESP包结构图IPv6通过利用IPSec协议加强了IP协议的安全性，即通过AH和ESP分别对IP协议提供了基于无连接的数据完整性和数据保密性保障，克服了原有IPv4在安全性方面的不足。
IPv6在安全性方面相对IPv4变化较大，通过在IP层设置了安全性使整个网络体系的安全性更加提高了。由于当IPv4协议还未成熟就大量运用于Internet，其在安全性方面的缺陷日益明显，IP信息包容易受到诸如信息报探测、IP欺骗、连接截获等攻击方法的入侵。IPv4包以明文的形式在网上传输，黑客和不怀好意的网络入侵者可以很容易地截获IPv4包并获得其内容。IPv6主要是通过两个专用的扩展报头即身份验证报头（Authentication Header，简称AH）和加密安全有效数据报头（Encapsulating Security Payload，简称ESP）来实现安全性能。AH报头用来确认IP信息报的可靠性和完整性，它可以有效地防止地址欺骗和固定字段的非法修改。ESP报头则提供数据加密封装，确保只有知道密钥的接收方才可以阅读真正的信息。两个报头可以一起使用，同时提供所有的安全功能。可以预见，安全功能的引入，将会使未来的网络更加安全可靠。
4.3.2.1 身份认证（AH）
AH头标是为了对IP数据报进行认证，以检验数据是否来自合法的发送方，同时也可以提供对Relay攻击的保护。在IPv6中，AH扩展头标的类型是51，图4.3是它的格式，相应的具体功能有如下几点：
（1）下一报头指出接在AH头标之后的下一个扩展头标的类型，它是一个8位的值。
（2）载荷长度是一个8位的字段，指出认证报头的长度。
（3）16安全参数指标的保留字用于将来扩展的需要，这个字段设置为0。
（4）安全参数指标（SPI）32位字段，其值可以是任意的。SPI值和信宿IP地址以及安全协议，是唯一的标明数据报的安全关联。
图4.3 AH头格式图
32位序列号字段是包含一个单调递增的计数器，当安全关联时，发送者和接收者的计数器值都设置为0，每收、发一个IP包序列号将递增1，递增到232后复位。接收者可以根据接收到的IP包序列号来判断IP包是否为重发包，若是则将其丢弃。
认证数据字段是一个变长字段，包含有分组的完整性校验值（Interity Chech Value，简称ICV）。这个字段的长度必须是32位（IPv4）或64位（IPv6）的整数倍，如果长度不足，可以加入一些来填充。
4.3.2.2 封装化安全净荷（ESP）
ESP头用于实现数据传输的机密性，它对需要保护的数据进行加密。它可以单独使用，也可以和AH头标一起使用。ESP的报头类型是52。在使用ESP时，ESP报头必须是在报头链表中的最后一个报头。ESP头标的格式如图4.4所示。
（1）安全性参数索引（SPI）：与AH中的32位SPI值相同。通信节点使用该值来指出SA，SA用于确定数据应如何加密。接收方在收到ESP包后，根据SPI、目的地址以及安全协议ESP来处理该IP包的安全关联，取得安全参数，然后将ESP包解密。
序列号32位用来防止包重发攻击。(https://www.chuimin.cn)
加密有效数据。此字段长度可变，它实际上包含数据报的加密部分以及加密算法需要的补充数据，例如，初始化数据。
（2）填充：头的加密部分（加密有效数据）必须在正确的边界终止，因此有时需要填充。
（3）填充长度：此字段指明加密有效数据所需要填充的数据量。
（4）下一个报头：指出接在ESP头之后的下一个扩展头的类型。它是一个8位的值。
（5）认证数据：此字段是一个ICV，它对除身份验证数据本身之外的整个ESP头进行计算。
图4.4 ESP报头的结构图
ESP的加密算法默认用DES-CBC算法，就是在密码块链（Cipher Block Chaining，简称CBC）模式下应用的DES算法。DES是一个专用的密钥加密算法，通常将56位密钥应用于64位数据块，对密钥的每7位为加上一位扩展为64位。
认证报头AH和封装化安全净荷报头ESP都可以工作在传输模式，如图4.5所示和隧道模式，如图4.6所示。
图4.5 传输模式下AH和ESP包结构图
图4.6 隧道模式下AH和ESP包结构图
IPv6通过利用IPSec协议加强了IP协议的安全性，即通过AH和ESP分别对IP协议提供了基于无连接的数据完整性和数据保密性保障，克服了原有IPv4在安全性方面的不足。
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