一、软件说明

    IPsec 是 虚拟私密网络（VPN） 的一种，用于在服务器和客户端之间建立加密隧道并传输敏感数据之用。它由两个阶段组成，第一阶段（Phrase 1, ph1），交换密钥建立连接，使用互联网密钥交换（ike）协议; 第二阶段（Phrase 2, ph2），连接建立后对数据进行加密传输，使用封装安全载荷（esp）协议。参考：维基百科 IPsec 词条。

    其中，第一阶段和第二阶段可以使用不同的加密方法（cipher suites）。甚至，第一阶段 ike 协议的第一版（ikev1）有两种模式，主力模式（main mode）和积极模式（aggressive mode），主力模式进行六次加密握手，而积极模式并不加密，以实现快速建立连接的目的。

    第一阶段的 ike 协议有两个版本（ikev1/ikev2），不同的开源/闭源软件实现的版本均不同，不同的设备实现的版本也不同。再联系到第一阶段/第二阶段使用的各种不同加密方法，使得 IPsec 的配置有点黑魔法的性质，要么完全懂，通吃; 要么完全不懂，照抄。

二、设备操作系统规格

这里主要介绍了设备/操作系统使用的 ike 版本及其特殊要求。

Linux

    命令行客户端就是 strongswan 本身，因此完美兼容，支持 ikev1/ikev2 和所有加密方法的连接。因此如果用户只使用 Linux 命令行客户端，不使用各种移动设备也不使用 Windows，那么完全没有那么多事。

    但 Linux 的图形界面客户端 NetworkManager-strongswan 目前只支持 ikev2 连接，必须使用证书或 EAP （各种加密方法都支持，包括微软的 MSCHAPv2）进行认证，不支持纯密码（PSK）认证。这并不是 strongswan 的错误，或者技术不行（开源总是走在技术最前沿的，毕竟命令行是支持的），而仅仅是体现一种选择：ikev1 被 strongswan 项目认为是该淘汰的协议，而 PSK 加密被认为是非常不安全的。参考 strongswan 维基 NetworkManager 词条。

Android

    Android 和 Linux 不一样，只支持 ikev1。其它方面和 Linux 一样，甚至有好多种 IPsec VPN 配置模式可供选择。

iOS/Mac OS X

    它们声明使用的 IPsec 客户端为 Cisco，实际为自己修改的 racoon。它只支持 ike 协议的第一版即 ikev1，可以使用证书或纯密码（PSK）认证，但必须辅之 xauth 用户名/密码认证。

该修改版的 racoon 会优先使用不加密的积极模式，而积极模式是 strongSwan 所不支持的。所以要使用主力模式。

    iOS 6 还有一个「衔尾」故障：它在第一阶段握手时会把数据包拆分成小块（fragmentation），然后「加密」发送。然而这种加密仅仅是声明的，其实并未加密，这就导致 strongSwan 及其它标准服务器端/Cisco 设备无法解密。另外 ikev1 的 fragmentation 插件是闭源的。开源服务器端无法对这些小块进行重组。参考：Cisco VPN stop working after upgrading to IOS 6

所以产生了一种权宜之计，就是使用小证书（小于 1024，默认一般为 2048）,来达到不拆包的目的。但是 Mac OS X 10.7 的更新却对这种方式进行了封杀，学习微软加入了证书验证，小证书直接拒绝。

所幸 strongswan 5.0.2 已经完成了 fragmentation 的开源实现和对 iOS 那个声明加密其实未加密故障的处理：IKE message fragmentation (cisco) + IOS 6.0 Hack for encrypted flaged ike fragmentation packets，该链接中也能找到 strongswan 4 的补丁。

Windows

    微软的差劲只比 iOS 好一点。好处在于它支持了 ikev2，但是只在 Windows 7 以后支持，Vista 之前依然使用 ikev1，坏处在于它的 ikev2 支持非常诡异，指定了 Diffie Hellman group（DH，迪菲－赫尔曼密钥交换组）必须是 modp1024。这是非常少见理论上不应该由系统管理员操心的加密选项：

    在 strongswan 中，定义第一阶段（ike）和第二阶段（esp）加密方法的语法是：

ike/esp=encryption-integrity[-dhgroup][-esnmode]
第一阶段/第二阶段=加密方法-健壮性认证方法 （后面两项可选）[-DH 组] [-扩展序列号支持模式（RFC4304）]

参考：IKEv2CipherSuites

    Windows 定义了一个可选的选项，导致了我们必须去定义整个第一阶段的加密方法。这样被破解的可能性就提高了。

    其次在于它的 rekey（重连）。IPsec 的认证是有时效的，超过时间会重新认证。这种 CHILD_SA 认证可由服务器发出，也可由客户端发出，一般是由服务器发出。但是 Windows 7 的 ikev2 的表现是，如果你在路由器（NAT）后，收到这种请求会把微软内部的通知代码发出去，代码为 12345, 经过 strongswan 项目侦错后发现这个代码的意思是 ERROR_IPSEC_IKE_INVALID_SITUATION。但是处理不了，它不是 IPsec 标准协议定义过的错误。

于是有两种权宜之计：

    一种是让 Windows 7 来主动 rekey。Windows 7 rekey 的时间大约是 58 分 46 秒，所以要配置服务器 rekey 时间比它长。但是效果非常不好。因为 rekey 是由三个变量控制的，key 的生命周期，key 的边际时间（生命周期前多久进行 rekey），和边际时间误差（rekeyfuzz），误差是不可控的。参考：ExpiryRekey。

    即使能控制 strongswan 这边，Windows 依然是「大约」; 即使两边都能控制，假设服务器延后一秒 rekey，理论上如果连接持续时间足够长，依然能够撞车：58x60+46 次 rekey 后即 146 天后撞车，连一年都没有，在 Linux 服务器对 Windows 服务器这种使用实例中就明显不符合要求。

所以目前只能使用后一种方法即完全禁用服务器端 rekey。

    最后，它的 EAP 认证也非常糟糕。MSCHAPv2 的 eap 身份不是 ikev2 身份（ikev2 身份一般是 EAP 用户名），所以必须在服务器端显式定义 eap_identity 来使用 Windows 7 的 eap 身份。

三、软件的安装

软件的安装很方便，这里我们使用epel仓库里面的yum安装

# yum install strongswan 

一条命令就安装好了，下面来查看安装了哪些文件

# rpm -ql strongswan

这里我就不展示有哪些内容，下面来看看我们主要使用的配置文件

# rpm -qc strongswan

其中/etc/strongswan/ipsec.conf是主要的配置文件，我们也主要对他进行配置

开启转发

# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

四、软件的配置

1、证书的创建，我这里不再进行演示，大家可以下面的文章

  http://wangzan18.blog.51cto.com/8021085/1676529

假设证书都已经创建好了，我们把证书放到下面的目录

2、编辑ipsec.conf

# vim /etc/strongswan/ipsec.conf

3、ipsec.conf配置文件的详解

   其中 config setup 只能出现一次，而 conn <连接名称> 可以有很多个。这里的名称不是预定义的，可以随意写，只要你能识别就行，主要用来定义一种连接，就是为了让你在日志里好找。

    新版 strongswan 里 config setup 的内容不如旧版的多，许多旧版必须有的选项都被作废了。比如：

     1.plutostart 新版所有的 ike 协议都由原来 ikev2 的 daemon：charon 接管。根本就没有 pluto 了。

    2.nat_traversal 新版所有的 ike 协议都是可以穿越路由器（NAT）的。

    3.virtual_private 定义服务器的局域网 IP 地址。现在被魔术字 0.0.0.0/0 取代了。

    4.pfs 完美向前保密，用于 rekey 时。意思是你现在的密钥互换过程如果被攻破了，会不会对已经互换过的密钥产生影响。以前一般设置成 no 来适用于 iOS 这种客户端会以积极模式发出非加密的 rekey 请求的情况。现在这个选项完全没作用了。第一阶段永远是完美向前保密的，第二阶段（esp）如果指定了 DH 组那么也是完美向前保密的，但是默认加密方法就已经指定了 DH 组。所以该选项永远为 yes。

       而另外旧版和新版都有的选项也都定义了默认值，比如：

     1.strictpolicy 是否一定需要证书吊销列表（CRL）的 URL。默认就是 no。

     2.charonstart 是否启动 ikev2 的 daemon。这是旧版加入的，因为那个时候的主力是 pluto。现在默认就是 yes，你改成 no 那你连原先 pluto 的连接都无法连接，因为 ike 协议的实现全被 charon 接管了。

    所以 config setup 基本上占位就行了。这里我们修改了 uniqueids 的值来实现多设备同时在线。

    而 conn 最主要要理解左右的概念。其实左右是可以不分的，它们只是用来表示一个连接的两端。只是在如果你定义的不够全面时，左侧会默认被认为是本机（你的 VPS），右侧默认为他机（你的笔记本），即以左为尊。

     1.left/right 是左右 id。它们用来识别服务器/客户端，可以是证书的判别名（DN），比如 "C=CN, O=strongSwan, CN=strongSwan CA"，也可以是 IP 地址，也可以是 EAP 的用户名，还可以是魔术字 %any，表示什么都行。只是在 5.0.0 之前，为本机这边定义 %any 的话，ikev1 连接即 keyexchange=ikev1 的连接是识别不了，所以要改成 %defaultroute 表示自己从 ifconfig 里取 IP。为了和 right 的 %any 区分开，我们使用这种方法。所以说到最后这两个选项似乎没有什么用。但它们是必须的。

     2.leftauth/rightauth 这是最重要的改动。新版主要是作废了之前的 authby 和 xauth=server/client 选项而都改用这种方法。因此使得 ikev1 也能够出现混血认证（左右两边认证的方法不同）了。参数主要有 pubkey 表示用证书，psk 表示用密码，eap 表示用扩展验证协议。

     3.leftauth2/rightauth2 是为了应对旧版很常见的 authby=xauthpsk/xauthrsasig 的。现在 xauth 只能写在这里。而 psk 对应 leftauth/rightauth 里的 PSK 方法，rsasig 则对应 pubkey 方法。

     4.leftsubnet 最重要的，引入了魔术字 0.0.0.0/0。如果你在右侧为客户端分配虚拟 IP 地址的话，那表示你之后要做 iptables 转发，那么左边就必须是用魔术字。

     5.leftcert/rightcert 就是指定证书名字。

     6.rightsourceip 为客户端分配的虚拟 IP 段。

     7.auto 定义 strongswan 启动时该连接的行为。start 是启动; route 是添加路由表，有数据通过就启动; add 是添加连接类型但不启动; ignore 是当它不存在。默认是 ignore。看起来似乎是 route 比较好，但问题是我们服务器端不能预分配虚拟 IP，所以服务器端一般用的都是 add。而客户端文本配置可以选择 start。

    另外说下旧版的 xauth=server/client 的问题。它表示在服务器端还是在客户端执行 xauth 认证。而在新版中主要通过左右方向来体现。比如你在服务器端执行认证，那认证请求是由客户端发出的，所以要写 rightauth2=xauth。如果在客户端执行认证，那认证请求是服务器发出的，所以要写 leftauth2=xauth。

    另外网上很常见的一个配置选项是 leftfirewall=yes。这是完全错误的。看上去它的唯一作用是定义你的服务器是不是在防火墙后面，但实际上它是作为 ipsec_updown 脚本的参数被开发出来，是表明你的本机 subnet 是不是用 iptables 转发/伪装出来的。如果是的话，就调用 left/rightupdown 定义的路径下的脚本，脚本的作用是对通过 ipsec 连接的数据包进行 iptables 豁免。

    之所以说它是错到离谱的（虽然没有产生影响），因为这些人完全就不懂，有公网 IP 的服务器的 subnet 很少是伪装的。另外必须写了脚本该选项才有意义，没看过一个定义了这个选项的人写过脚本。还有，leftsubnet=0.0.0.0/0 通过魔术字把 subnet 定义为了 any，你根本没法写脚本啊。所以我们这里完全就不用。

    至于某类型连接，主要是根据设备规格定义的，一些特殊选项的解释如下：

    1.fragmentation=yes 开启对 iOS 拆包的重组支持。

    2.ike=aes256-sha1-modp1024! Windows 指定的第一阶段加密方法。

    3.rekey=no 服务器对 Windows 发出 rekey 请求会断开连接。

    4.rightsendcert=never 因为这是一个混血连接。服务器对自己的身份进行认证时使用的是证书，而服务器对客户端的认证使用的只是 eap-mschapv2。如果不设置的话默认是 ifasked，意思是如果服务器向客户端请求证书，客户端就会给它，但客户端给不出，连接就会断。这里设置为客户端永远不给，实际上的意思其实是服务器不要向客户端请求证书。

    5.eap_identity=%any 使用 Windows 的 eap 身份。不然会出现”no eap key found for host <rightid>“错误。

4、ipsec.secrets配置

这个文件默认是没有的，我自己来进行创建

# vim /etc/strongswan/ipsec.secrets 

将上面的myPSKkey单词更改为你需要的PSK认证方式的密钥;
将上面的myXAUTHPass单词更改为你需要的XAUTH认证方式的密码,该认证方式的用户名是随意的;
将上面的[用户名]改为自己想要的登录名,[密码]改为自己想要的密码([]符号去掉),可以添加多行,得到多个用户,这即是使用IKEv2的用户名+密码认证方式的登录凭据.

: PSK "PSK password" 相当于：%any %any : PSK "PSK password"

遵循：“主机 对等点 : 方法 <本机证书/协议密码> <本机证书密码>”的格式。以 ：为分界，分别从左到右填充，除了各类密码缺失以 null 补位，其它都用 %any 补位（密码怎么可能是 %any）。

5、strongswan.conf配置

# vim /etc/strongswan/strongswan.conf

dns可以改为你想使用的dns，可以添加两个dns1  dns2

五、服务的启动

# service strongswan start

然后我们就可以使用手机进行连接了

六、客户端的设置

iOS

把 CA 证书和之前做好的 pkcs12（.p12）发邮件给自己。在 iOS 上收邮件，导入两者。然后新建 IPSec VPN：

• 服务器，都是 IP 或都是 URL

• 账户和密码写 ipsec.secrets 里 XAUTH 前后的那两个

• 如果要使用证书，证书选刚才的那个。否则可以不使用证书，输入 ipsec.secrets 里设置的 PSK 密码。

Android

IPSec Xauth PSK

主要还是：

• 服务器，都是 IP 或都是 URL

• IPSec 预共享密钥：写 ipsec.secrets 里 PSK 后面的那个密码。

然后登入时还是用 XAUTH 前后的那两个做用户名密码。

"strongSwan VPN Client" for Android 4.0 (ICS)+

这是官方自己出的客户端，Google Play 里就有。

把之前做好的 pkcs12 发邮件给自己。实际上 pkcs12 里就包含了 CA 证书，iOS 是有 bug 才必须明确要求导入 CA 证书（鄙视之）。Android 不用。直接在 GMail 里点击就会提示你导入。

然后打开官方客户端，新建方案：

• Gateway 就是服务器，同上

• Type 选 IKEv2 Certificate

• User certificate 选你刚才导入的

• 取消自动选择 CA 证书，然后在用户证书里选你刚才从 pk12 导入的

Windows的客户端我还是建议使用pptp或者l2tp openvpn

七、问题调试

如果没有特殊需要，服务器端的日志就足够检测出绝大多数问题的来源。

日志阅读技巧

strongswan 的 charon daemon 启动后，会初始化并加载之前你定义好的 conn，这部分 log 是没有必要去读的。当然在你配置有问题时可能就有必要了，但当配置有问题的时候，service strongswan start会失败，strongswan status就会指出你配置问题所在的行号（=。=）...

服务器端调试

/var/log/strongswan-charon.log 文件

需要在/etc/strongswan/strongswan.d/charon-logging.conf里面开启调试日志功能

iOS 调试

越狱安装 iFile。编辑 /etc/racoon/racoon.conf 文件，找到 #log debug; 字段，改成：

log debug;
path logfile "/var/log/racoon.log";

保存。

Android 调试

• strongSwan 官方客户端提供了日志查看功能。

• android 自带的 VPN 调试方法如下：

打开「终端模拟器」，输入 su，会弹出超级用户，允许。

cd /storage/sdcard0
logcat -f ./log.txt

然后用 Airdroid 等工具把 SD 卡中的 log.txt 传到电脑上，打开搜索 VPN 即可。

八、总结

    经过我测试得出的结论，我目前只测试了IOS 8还有安卓手机小米Note，都是使用的xauth认证，没有使用证书，我的小米Note是可以连接的上，但是页面加载有问题，查看日志他是使用的android_xauth_psk这个连接，也没有找到问题的原因，同样的配置用IOS连接，因为我们使用的是IOS自带的IPSec VPN连接，也没有使用证书，参数和安卓的连接一样，因为没有使用证书，识别的也是android_xauth_psk这个连接，但是访问都是一切正常的。

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