使用StrongSwan对IPSec进行研究，是一种很好的理解IPSec的实践。然而StrongSwan在使用的过程中实在是有太多的坑，网上的教程也多有不完整的地方，几乎没有能彻彻底底说明白每一步的，导致我在使用StrongSwan的过程中各种抓耳挠腮。程序员自然要造福程序员，在这里特将StrongSwan使用中所遇到的完整步骤记录下来，希望有所帮助。

准备工作

准备工作可不是简单地装个StrongSwan就完事儿了的，不知道要准备些什么，直接去看StrongSwan的配置，其实也是白搭的，最终还是什么都搞不出来，白忙活一场。其实准备工作的工作量还是挺大的：

准备一：场景

想知道怎么配置StrongSwan，首先要知道自己想搭建一个什么样的场景。在StrongSwan的官网上，我们可以在左侧找到TestScenarios，这里有许多场景，我们需要决定我们到底要再现哪一个。进去之后点开strongSWan test suits，在https://www.strongswan.org/testresults.html中有很多列表，我们打开ikev2，选择其中的net2net-psk和net2net-rsa进行场景再现。

准备二：组网

PSK组网图
从net2net-psk的组网图，我们可以看到我们至少需要两个客户机Alice和Bob，两个网关Moon和Sun。net2net-rsa的组网与此相同。因此可以创建四台虚拟机ABCD，其中BC作为两个网关，AD作为左右子网的客户机。

总体为：A --子网1-- B ==子网2== C --子网3-- D

虚拟机使用VMware创建，在这里使用的是vmware12，虚拟机系统为Ubuntu16.10。

步骤：

装机
安装一台虚拟机；
克隆
在创建完虚拟机A之后，使用VMware的Clone直接克隆出BCD，比较方便；
调整网卡
BC要作为网关存在，所以需要有两块网卡，因此要在设置里给BC再添加一块网卡；
配置网段
在VMware的Edit选项中，选择Virtual Network Editor，添加三个虚拟网段vmnet2/vmnet3/vmnet4，类型为Host-Only，添加网段为上图的子网123的网段；DHCP选项关掉，不让自主分配IP；
虚拟机接入子网
将虚拟机A的网卡类型设置为Custom，选择vmnet2，则A接入子网1，将B的两块网卡一块设为vmnet2，一块设为vmnet3，则B同时接入了子网1和子网2；同理，设置C和D；
配置虚拟机
四台机器都开机，使用图形界面，照着上图配置机器的IP地址和子网掩码，其中A和D别忘了配置默认网关为B和C的IP，毕竟B和C是充当网关的；
开启转发
非常重要，既然B和C充当网关，需要在B和C中修改/etc/sysctl.conf文件，将net.ipv4.ip_forward=1那一行的注释取消，这样才能发挥其路由器的功能。

准备三：安装StrongSwan

组网完成之后，才到了装StrongSwan的步骤了。Ubuntu装StrongSwan很简单，直接 sudo apt-get install strongswan即可。

至此，准备工作才算完毕。其中，光组网这一部就要费不少功夫。

Tips:
一定别忘了给四台Ubuntu虚拟机配置和宿主机之间的双向复制粘贴功能，也别忘了和宿主机设置一个共享文件夹，要不然接下来往虚拟机里加东西是很痛苦的！建议安装VMware提供的增强工具，具体可以自行搜索。如果还是不行别忘了sudo apt-get install open-vm-tools-desktop。

配置

配置net2net-psk

先说psk的配置，因为psk的配置很简单。只需要使用Pre-Shared-Key进行认证就行了。这个预先设置好的key放在了ipsec.secrets中。

配置文件

配置网关B
只需要把https://www.strongswan.org/testing/testresults/ikev2/net2net-psk/index.html上所提供的moon的ipsec.conf、ipsec.secrets和strongswan.conf三个配置文件分别放到网关B的/etc/ipsec.conf、/etc/ipsec.secrets和/etc/strongswan.conf的位置即可。
配置网关C
同B。只不过这次使用sun的配置文件。

启动

启动之前，A和D分别在不同的子网下，显然是不可能ping通的。

网关Bsudo ipsec start或sudo ipsec restart，启动/重启StrongSwan，C也一样；
在网关B或C中运行sudo ipsec up net-net，即开启名字为net-net的连接，而net-net的具体配置在ipsec.conf中。

如果没什么意外，会显示隧道建立成功的提示，这时候使用sudo iptables -nvL --line-numbers可以看到网关的iptables中多了两条转发规则：

lgl@A ~> sudo iptables -nvL --line-numbers
Chain INPUT (policy ACCEPT 26 packets, 2100 bytes)
num   pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         

Chain FORWARD (policy ACCEPT 0 packets, 0 bytes)
num   pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination         
1        0     0 ACCEPT     all  --  ens38  *       10.1.0.0/24          10.2.0.0/24          policy match dir in pol ipsec reqid 1 proto 50
2        0     0 ACCEPT     all  --  *      ens38   10.2.0.0/24          10.1.0.0/24          policy match dir out pol ipsec reqid 1 proto 50

Chain OUTPUT (policy ACCEPT 27 packets, 3056 bytes)
num   pkts bytes target     prot opt in     out     source               destination

正是有了这两条规则，再试试拿主机A去ping主机D，二者可以通了。

配置net2net-rsa

配置rsa比较麻烦，主要是rsa需要进行公钥私钥的认证，还要有CA签发证书。具体的原理需要学习“非对称加密”，这里只说如何配置。

生成必要证书

建议在宿主机生成到和虚拟机的共享文件夹中，然后在虚拟机中将文件放到合适的位置。以下所有的命令均需要root权限，要不然会报错：command not found: ipsec。

生成CA证书
生成私钥：

ipsec pki --gen --outform pem > ca.pem

自签发CA证书：

ipsec pki --self --in ca.pem --dn "C=CN, O=NetworkLab, CN=NetworkLab CA" --ca --outform pem > ca.cert.pem

这里–self表示自签证书，–in是输入的私钥，–dn是判别名，–ca表示生成 CA，其它同上。
- C 表示国家名，同样还有 ST 州/省名，L 地区名，STREET（全大写）街道
- O 表示组织名
- CN 为通用名

生成服务器证书
其实就是给我们的网关B和C生成证书。这里，我们让B代表moon，C代表sun。
以sun为例
私钥：

ipsec pki --gen --outform pem > sun.server.pem

签发服务器证书：

ipsec pki --pub --in sun.server.pem | ipsec pki --issue --cacert ca.cert.pem --cakey ca.pem --dn "C=CN, O=NetworkLab, CN=sun.com" --san="sun.com" --flag serverAuth --flag ikeIntermediate --outform pem > sun.server.cert.pem

moon
同sun，不过要把所有的字符串sun换成moon。

ipsec pki --pub --in sun.server.pem就是从刚生成的私钥里把公钥提取出来。然后我们用公钥去进行后面的服务器证书签发。

生成客户端证书
同生成服务器的证书相对应，也是分为B和C的，这里依旧以sun为例。
sun
私钥：

ipsec pki --gen --outform pem > sun.client.pem

签发客户端证书：

ipsec pki --pub --in sun.client.pem | ipsec pki --issue --cacert ca.cert.pem --cakey ca.pem --dn "C=CN, O=NetworkLab, CN=client" --outform pem > sun.client.cert.pem

moon
同sun，不过要把所有的字符串sun换成moon。

至此，我们生成了以下文件：

ca.cert.pem
ca.pem

moon.client.pem
moon.server.cert.pem
moon.server.pem
moon.client.cert.pem

sun.client.pem
sun.client.cert.pem  
sun.server.pem  
sun.server.cert.pem

配置文件

安装证书

B和C两个网关是互为server和client的，因此，对于B来讲，它需要有：
1. CA证书（认证用）
2. moon的server私钥、moon的server证书（因为B是作为C的服务器，接收C的请求的）
3. sun的client私钥、sun的client证书（因为B同时作为C客户端，向C发出请求）

C则类似，但恰好相反：CA证书、sun的server私钥和证书、moon的client私钥和证书。

理清了这个关系之后，我们就把证书放到相应的位置。
对于B：

cp -r ca.cert.pem /etc/ipsec.d/cacerts/
cp -r moon.server.cert.pem /etc/ipsec.d/certs/
cp -r moon.server.pem /etc/ipsec.d/private/
cp -r sun.client.cert.pem /etc/ipsec.d/certs/
cp -r sun.client.pem /etc/ipsec.d/private/

C同理，不再赘述。

设置配置文件

这一步骤同psk的配置文件的安放位置是相同的，不再赘述，但是这里我们需要修改几个地方，因为我们的证书名称以及@id的名称都跟官网的略有区别，为了方便参考，将修改后的文件贴出来：
B：

lgl@A ~/s/n2n-rsa> cat /etc/ipsec.conf
# /etc/ipsec.conf - strongSwan IPsec configuration file

config setup

conn %default
    ikelifetime=60m
    keylife=20m
    rekeymargin=3m
    keyingtries=1
    keyexchange=ikev2
    mobike=no

conn net-net
    left=192.168.0.1
    leftcert=moon.server.cert.pem
    leftsubnet=10.1.0.0/24
    leftid=@moon.com
    leftfirewall=yes
    right=192.168.0.2
    rightsubnet=10.2.0.0/24
    rightid=@sun.com
    auto=add
lgl@A ~/s/n2n-rsa> cat /etc/ipsec.secrets
# /etc/ipsec.secrets - strongSwan IPsec secrets file

: RSA moon.server.pem
lgl@A ~/s/n2n-rsa> cat /etc/strongswan.conf
# /etc/strongswan.conf - strongSwan configuration file

charon {
  load = aes des sha1 sha2 md5 pem pkcs1 gmp random nonce x509 curl revocation hmac stroke kernel-netlink socket-default updown
  multiple_authentication = no
  signature_authentication = no
}

C：

lgl@A ~> cat /etc/ipsec.conf
# /etc/ipsec.conf - strongSwan IPsec configuration file

config setup

conn %default
    ikelifetime=60m
    keylife=20m
    rekeymargin=3m
    keyingtries=1
    keyexchange=ikev2
    mobike=no

conn net-net
    left=192.168.0.2
    leftcert=sun.server.cert.pem
    leftsubnet=10.2.0.0/24
    leftid=@sun.com
    leftfirewall=yes
    right=192.168.0.1
    rightsubnet=10.1.0.0/24
    rightid=@moon.com
    auto=add
lgl@A ~> cat /etc/ipsec.secrets
# /etc/ipsec.secrets - strongSwan IPsec secrets file

: RSA sun.server.pem
lgl@A ~> cat /etc/strongswan.conf 
# /etc/strongswan.conf - strongSwan configuration file

charon {
  load = aes des sha1 sha2 md5 pem pkcs1 gmp random nonce x509 curl revocation hmac stroke kernel-netlink socket-default updown
  multiple_authentication = no
  signature_authentication = no
}

启动

启动方式跟psk相同。
1. 网关Bsudo ipsec start或sudo ipsec restart，启动StrongSwan，C也一样；
2. 在网关B或C中运行sudo ipsec up net-net，即开启名字为net-net的连接，而net-net的具体配置在ipsec.conf中。

成功的话，大致是这样的：

bishe2016@A ~/s/n2n-rsa> sudo ipsec up net-net
initiating IKE_SA net-net[1] to 192.168.0.2
generating IKE_SA_INIT request 0 [ SA KE No N(NATD_S_IP) N(NATD_D_IP) ]
sending packet: from 192.168.0.1[500] to 192.168.0.2[500] (668 bytes)
received packet: from 192.168.0.2[500] to 192.168.0.1[500] (457 bytes)
parsed IKE_SA_INIT response 0 [ SA KE No N(NATD_S_IP) N(NATD_D_IP) CERTREQ ]
received cert request for "C=CN, O=NetworkLab, CN=NetworkLab CA"
sending cert request for "C=CN, O=NetworkLab, CN=NetworkLab CA"
authentication of 'moon.com' (myself) with RSA signature successful
sending end entity cert "C=CN, O=NetworkLab, CN=moon.com"
establishing CHILD_SA net-net
generating IKE_AUTH request 1 [ IDi CERT N(INIT_CONTACT) CERTREQ IDr AUTH SA TSi TSr N(EAP_ONLY) ]
sending packet: from 192.168.0.1[500] to 192.168.0.2[500] (1484 bytes)
received packet: from 192.168.0.2[500] to 192.168.0.1[500] (1292 bytes)
parsed IKE_AUTH response 1 [ IDr CERT AUTH SA TSi TSr N(AUTH_LFT) ]
received end entity cert "C=CN, O=NetworkLab, CN=sun.com"
  using certificate "C=CN, O=NetworkLab, CN=sun.com"
  using trusted ca certificate "C=CN, O=NetworkLab, CN=NetworkLab CA"
checking certificate status of "C=CN, O=NetworkLab, CN=sun.com"
certificate status is not available
  reached self-signed root ca with a path length of 0
authentication of 'sun.com' with RSA signature successful
IKE_SA net-net[1] established between 192.168.0.1[moon.com]...192.168.0.2[sun.com]
scheduling reauthentication in 3289s
maximum IKE_SA lifetime 3469s
connection 'net-net' established successfully

同样，我们可以查看iptables，并使用A成功ping同D。

也可以使用sudo ipsec statusall查看连接状态：

lgl@A ~/s/n2n-rsa> sudo ipsec statusall
Status of IKE charon daemon (strongSwan 5.3.5, Linux 4.8.0-41-generic, x86_64):
  uptime: 3 hours, since Mar 22 11:33:30 2017
  malloc: sbrk 2420736, mmap 0, used 241824, free 2178912
  worker threads: 11 of 16 idle, 5/0/0/0 working, job queue: 0/0/0/0, scheduled: 3
  loaded plugins: charon aes sha1 sha2 md5 pem pkcs1 gmp random nonce x509 revocation hmac stroke kernel-netlink socket-default updown
Listening IP addresses:
  192.168.90.130
  10.1.0.1
  192.168.0.1
Connections:
     net-net:  192.168.0.1...192.168.0.2  IKEv2
     net-net:   local:  [moon.com] uses public key authentication
     net-net:    cert:  "C=CN, O=NetworkLab, CN=moon.com"
     net-net:   remote: [sun.com] uses public key authentication
     net-net:   child:  10.1.0.0/24 === 10.2.0.0/24 TUNNEL
Security Associations (1 up, 0 connecting):
     net-net[4]: ESTABLISHED 25 minutes ago, 192.168.0.1[moon.com]...192.168.0.2[sun.com]
     net-net[4]: IKEv2 SPIs: 6fba3bd57680d6d4_i* 17339e6111cf6564_r, public key reauthentication in 28 minutes
     net-net[4]: IKE proposal: AES_CBC_128/HMAC_SHA1_96/PRF_HMAC_SHA1/MODP_2048
     net-net{14}:  INSTALLED, TUNNEL, reqid 4, ESP SPIs: ceac4ddb_i c9645c64_o
     net-net{14}:  AES_CBC_128/HMAC_SHA1_96, 0 bytes_i, 0 bytes_o, rekeying in 4 minutes
     net-net{14}:   10.1.0.0/24 === 10.2.0.0/24

使用StrongSwan配置IPSec

准备工作

准备一：场景

准备二：组网

准备三：安装StrongSwan

配置

配置net2net-psk

配置文件

启动

配置net2net-rsa

生成必要证书

配置文件

安装证书

设置配置文件

启动

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