核心概念：安全關聯 (SA)

• 單向邏輯連接：一對通信雙方需 **兩個 SA** (一個入站、一個出站)。
• 三元組標識：SPI (Security Parameter Index) + 目的 IP + 協議 (AH/ESP)。
• 內容：加密/認證算法、密鑰、密鑰生命期、反重放窗口等策略參數。
• 多客戶端場景：服務器為每個客戶端維護獨立 SA 對，通過 SPI 区分。

IKE 兩階段協商架構

第一階段：主模式 — 建立 IKE SA (保護控制平面)

1. 策略協商 (4 個強制參數)：
   • 加密算法：`DES` / `3DES` / `AES-128/192/256` (現代棄用 DES/3DES)
   • 哈希算法：`MD5` / `SHA-1` / `SHA-256/384/512` (現代棄用 MD5/SHA-1)
   • 認證方式：`預共享密鑰 (PSK)` / `數字證書 (RSA/ECDSA)` / `Kerberos v5`
   • Diffie-Hellman 組：`Group 1 (768-bit)` / `Group 2 (1024-bit)` / `Group 5 (1536-bit)` / `Group 14 (2048-bit)` / `Group 19/20/21 (ECP 256/384/521)` — **決定共享密鑰材料強度，雙方必須一致**。
2. DH 密鑰交換：雙方交換 DH 公值，**不傳輸真實密鑰**，各自計算出共享 **主密鑰 (SKEYID)**，用於後續認證/派生加密金鑰。
3. 認證：用主密鑰保護的簽名/哈希驗證對方身份 (PSK 簽名 / 證書鏈驗證 / Kerberos 票據)。失敗則中斷。

**成果**：雙向認證的、加密完整性保護的 **IKE SA (Phase 1 SA)**，緩存備用，支撐多個 Phase 2 SA。

第二階段：快速模式 — 建立 IPsec SA (保護數據平面)

1. 策略協商：
   • 協議：`AH` (認證頭) / `ESP` (封裝安全載荷，含加密+認證/僅認證)
   • 哈希：`HMAC-MD5/SHA-1/SHA-256` (AH/ESP 認證)
   • 加密：`NULL` / `3DES` / `AES-CBC/GCM` (ESP 加密)

   一致後創建 **兩個 IPsec SA** (入站/出站)，各自獨立 SPI/密鑰。

2. 會話密鑰材料刷新：
   • 默認：從 Phase 1 主密鑰派生 (快、無額外交互)。
   • 啟用 **PFS (Perfect Forward Secrecy)**：強制**額外一次 DH 交換** 生成獨立材料，斷開與主密鑰關聯。
3. 下發驅動：SA 參數 + SPI 遞交內核 IPsec 引擎 (如 Linux XFRM / Windows WFP / 硬件加速卡) 開始加密轉發數據包。

SA 生命周期與密鑰更新機制

完美前向保密 (PFS) 深度解析

• 核心承諾：**長期密鑰 (主密鑰/私鑰) 洩露，不導致歷史會話密鑰被推導**。
• 實現：每次 Phase 2 Rekey **強制執行新 DH 交換** (Group 14/19+)，產生全新會話密鑰材料，舊材料銷毀。
• 兩種模式：
  • Phase 1 PFS (主密鑰 PFS)：每次 Phase 2 都要求重新 Phase 1 (重新認證) → **開銷極大、極少用**。
  • Phase 2 PFS (會話密鑰 PFS)：僅在 Phase 2 額外做 DH 交換 (4 個額外報文)，**無需重新認證** → **生產環境推薦啟用**。
• 配置等效性：`PFS Group 14` ≈ `Key Refresh Limit = 1` (每次都換新材料)。
• 非協商屬性：單邊啟用即生效 (對端若不支持 PFS 則協商失敗，建議雙端一致啟用)。

Diffie-Hellman 組選擇指南 (2024 標準)

**原則**：Phase 1 與 Phase 2 使用**相同 DH Group** (Phase 1 協商決定，Phase 2 繼承)，確保端到端強度一致。

工程落地檢查清單

[ ] Phase 1: AES-256 + SHA-256 + PSK(≥32字符隨機)/ECDSA證書 + Group 19/20
[ ] Phase 2: ESP + AES-GCM-256 + SHA-256 + PFS Group 19
[ ] SA生命期: P1=8h, P2=1h (高安全) / P1=24h, P2=8h (常規)
[ ] 密鑰流量上限: 100MB (默認) 或更低 (高敏感)
[ ] 禁用: DES/3DES/MD5/SHA-1/DH Group 1/2/5
[ ] 反重放窗口: 128/1024 (高速鏈路加大)
[ ] 死對端檢測 (DPD): 間隔 10s/重試 3 次/動作 Restart/Clear
[ ] NAT-T: 穿越 NAT 必開 (UDP 4500 封裝 ESP)
[ ] 證書鏈驗證: 完整信任錨 + CRL/OCSP 檢查
[ ] 日志審計: IKE/ESP 錯誤/重協商/拒絕 事件入 SIEM
[ ] 定期演練: 證書輪換/PSK 變更/算法升級/災備切換