IPSec(IP Security)为IPv4和IPv6提供可互操作的、高性能的、基于密码学的通信安全。Internet密钥交换协议(IKE,Internet Key Exchange)是IPSec协议族的重要组成部分,其主要功能是实现IPSec安全参数的协商与管理,现在已经发展到版本2(IKEv2)。IKEv2协议涉及的内容较为繁杂。当前,国际上有关IKEv2协议的实现仍处于起步阶段,还没有成熟的IKEv2产品进入市场,也没有公开的IKEv2协议实现报告可供参考。这些都给本文对于研究与实现IKEv2协议的工作带来了一定的困难。 论文首先对IKEv2协议的协商过程、网络通信和密钥衍生等关键内容进行了深入的研究,并对协议的安全性进行了分析。在此基础上,按照协议的“最小化实现”规范,提出了总体设计方案,该方案采用了模块化的实现思想,其关键功能模块有:系统管理模块、初始交换模块、CHILD_SA交换模块、载荷处理模块、配置接口模块、内核消息处理模块、密码算法接口模块、超时处理模块和网络消息处理模块。 设计并实现了IKEv2系统管理模块,其负责组织、调度各个模块之间的复杂关系,以便系统能够高效并协调一致地工作。设计并实现了PF_KEY第二版协议,该协议主要负责提供IKE与内核安全数据库进行通信的接口。实现了密码算法模块,其中包括分组密码算法、Diffie-Hellman算法、HMAC算法等密码算法。 最后,对完成的IKEv2系统进行了测试。测试结果表明,本文所实现的IKEv2系统能够正确完成预定目标,且功能完善;在相同实验环境下,IKEv2的协商效率优于IKEv1,生成首个IPSec SA(Security Association,安全关联)的时间明显缩短,有效提高了IPSec的通信效率。