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IPSec 解密

2025/10/29大约 10 分钟

IPSec 解密

加密 IPSec 报文类型

IKE 协商阶段

  1. IKE 协商阶段，部分 IKE 报文会被加密：
    • IKEv1：
      • 主模式（Main）：Phase 1 第 5、6 个包，Phase 2 全部报文。
      • 野蛮模式（Aggressive）：Phase 1 第 3 个包，Phase 2 全部报文。
    • IKEv2：
      • IKE_AUTH 阶段的全部报文。
      • CREATE_CHILD_SA 的全部报文。
  2. 报文封装格式（默认端口）：
    • 没有 NAT - T：以上报文为 UDP 500 封装。
    • 有 NAT - T：以上报文为 UDP 4500 封装。
  3. 如果在 config system settings 下修改了 ike-port 为非 500，例如修改为 5555，不论有没有 NAT - T，IKE 协商报文全部用 UDP 5555 来封装。
  4. 不仅包含 IKE 协商报文，IPSec 协商成功后或协商中发送的被加密的 Information 报文也属于此类型。
  5. 当遇到 IKE 协商失败的情况时，如果 IKE Debug 无法判断具体的原因，可能需要解密 IKE 报文来进行判断。

IPSec 业务阶段

  1. IPSec 业务阶段，所有的业务流量会被 ESP 封装并加密。
  2. 报文封装格式：
    • 没有 NAT - T：所有的加密报文为 IP Protocol 50 的 ESP 包。
    • 有 NAT - T：所有的加密报文为 UDP 4500 封装（默认端口）的 ESP 包。
  3. 如果在 config system settings 下修改了 ike-port 为非 500，例如修改为 5555：
    • 没有 NAT - T，所有的加密报文为 IP Protocol 50 的 ESP 包。
    • 有 NAT - T：所有的加密报文为 UDP 5555 封装的 ESP 包。
  4. 当遇到 IPSec 隧道两端内网的 PC 无法互相通信时，在 FortiGate 上抓取明文，报文都已送入隧道接口，但不确定 ESP 报文是否正确发出和接收，此时可以抓取 ESP 并解密后判断业务流量丢失是发生在 FortiGate 还是外部网络。

ESP 解密步骤

  1. 关闭 FortiGate IPSec 一阶段配置中的 npu-offload（VM 虚机不需要执行此步骤），否则抓出的 ESP 包解密后无法看到正确的明文。

    重要

    执行此操作后，IPSec 隧道会新进行协商，且之后 IPSec 业务流量无法被 NP 加速，请在非业务窗口期执行。

    或不执行此步，使用中间可抓包的设备（如交换机的端口镜像）执行抓包操作。

    config vpn ipsec phase1-interface
    edit "to_Home_WAN1"
        set npu-offload disable
    next
end

  2. 执行如下get vpn ipsec tunnel name <Tunnel_name>命令收集当前 IPSec 隧道的解密信息：

    image-20231212110158600
    • local-gateway：本地 IPSec 加密点 IP 为 172.22.6.128
    • remote-gateway：对端 IPSec 加密点 123.112.241.12
    • inbound（解密方向）：
      • SPI：ae302828
      • enc：解密算法为 AES - CBC，解密密钥为 c868e83ee8db83545caa8ba5934d4e87b74d33fb340de74d48f093a6a270237e
      • auth：验证算法为 sha256，验证密钥为 25bdd6f80db24fd2712eaa5b7246ec9855c97a00abf5e621b6fd5a3e7b4709e5
    • outbound（加密方向）：
      • SPI：4906cc41
      • enc：解密算法为 AES - CBC，解密密钥为 b5905acef4a4406e49579e6d21e3ba5b04570d29b4c26b63fcf98092e12db42f
      • auth：验证算法为 sha256，验证密钥为 a47b7d28ac667c874487bd2c894a6f4c98f078ea336125d615474295b8fc7cac

  3. 以上密钥信息也可以通过diagnose debug application ike -1的输出结果中找到。

    FortiGate # diagnose debug application ike -1
FortiGate # diagnose debug enable
......
ike 0:to_Home_WAN1:221:to_Home_WAN1:18115: IPsec SA dec spi ae302828 key 32:C868E83EE8DB83545CAA8BA5934D4E87B74D33FB340DE74D48F093A6A270237E auth 32:25BDD6F80DB24FD2712EAA5B7246EC9855C97A00ABF5E621B6FD5A3E7B4709E5
ike 0:to_Home_WAN1:221:to_Home_WAN1:18115: IPsec SA enc spi 4906cc41 key 32:B5905ACEF4A4406E49579E6D21E3BA5B04570D29B4C26B63FCF98092E12DB42F auth 32:A47B7D28AC667C874487BD2C894A6F4C98F078EA336125D615474295B8FC7CAC
ike 0:to_Home_WAN1:221:to_Home_WAN1:18115: added IPsec SA: SPIs=ae302828/4906cc41
ike 0:to_Home_WAN1: HA send IKE connection add 172.22.6.128->123.112.241.12
......

  4. 在 IPSec 通讯接口上抓取 ESP 包：

  5. 这里我们以有 NAT - T 环境为例，在 ESP 报文的出接口 wan1 上抓取 UDP 4500 的 ESP 加密报文，如果没有 NAT - T，则抓取 IP Protocol 50 的报文（GUI 方式抓包方法详见 故障排查 → Sniffer 工具 → 通过 GUI 界面抓包章节）。

    重要

    也可以在 CLI 下使用 sniffer 抓取格式 6 的 ESP 报文，再转换为 Wireshark 可以打开的格式，详见如下章节：故障排查 → Sniffer 工具 → 使用 wireshark 打开抓包文件。

    image-20231212110642303

  6. 执行两个 IPSec 站点之间的流量访问后，停止抓包后下载抓包文件，使用 Wireshark 打开下载的抓包文件，右键点击任意一个 ESP 报文，依次选择“协议首选项 → Encapsulating Security Payload → ESP SAs...”。

    image-20231212111503585

  7. 点击左下角的➕，分别新建 outbound 方向和 Inbound 方向的 SA，根据步骤 2 或 3 收集到的网关地址、SPI、算法及密钥信息，填入相应的配置中，填写完成后，点击 OK 按钮。

    image-20231212175451472image-20231212175650867
    • 所有的 SPI、加密密钥、验证密钥填入时前边都要加入字符 0x，如 outbound 方向的 SPI 应填写为 0x4906cc41。
    • 加密算法和验证算法根据步骤 2 或 3 收集到的算法选择，这里选择为 AES - CBC [RFC3602] 和 HMAC-SHA-256-128 [RFC4868]。

  8. 此时即可以看到 ESP 中加密的明文内容。

    image-20231212112917174

注意事项

  1. 如果在config system settings下修改了 ike-port，且存在 NAT - T 环境，则抓取 ESP 报文时过滤 UDP 端口为设置的 ike-port 端口号（详见 VPN 技术 → IPSec VPN → 点到点 VPN → 修改 IPSec 协商端口章节），如下所示，将两端 FortiGate 的 ike-port 均修改为 5555。

    config system settings
    set ike-port 5555
end

  2. ESP 报文抓取后并使用 Wireshark 打开，由于 ESP 报文被 UDP 5555 封装，Wireshark 无法直接解析出这是 ESP 报文，而是识别为其他协议。这时我们需要右键点击抓到的 UDP 5555 报文，选择“Decode As...”按钮。

    image-20231212141519672

  3. 在弹出的“Decode As...”窗口中，选择 UDP 5555 的当前列为“UDPENCAP”，即 UDP 封装的 ESP。

    image-20231212163927602

  4. 再次查看抓到的 ESP 包，Wireshark 可以解析到 ESP 包头，随后继续使用本章节介绍的 ESP 解密方法进行解密即可。

    image-20231212141854870

IKE 解密步骤

IKEv1

  1. 抓取 IKE 报文不需要关闭 npu-offload。首先在 IKE 协商前开启抓包，这里我们以有 NAT - T + IKEv1 主模式的环境为例，抓取 UDP 500 或 UDP 4500 的数据包。如果没有 NAT - T，则只需抓取 UDP 500 的数据包（GUI 方式抓包方法详见 故障排查 → Sniffer 工具 → 通过 GUI 界面抓包章节）。

    重要

    也可以在 CLI 下使用 sniffer 抓取格式 6 的 IKE 报文，再转换为 Wireshark 可以打开的格式，详见如下章节：故障排查 → Sniffer 工具 → 使用 wireshark 打开抓包文件。

    image-20231212153251879

  2. 发起 IKE 协商或重协商，并保存抓取的 IKE 协商报文（ISAKMP）。

  3. 协商完成后，在 FortiGate 上执行get vpn ike gateway <tunnel_name>获取 IKE 密钥信息，需要获取 2 个如下信息。

    image-20231212151457812
    • 发起方的 SPI（Cookie）：这个值从“id/spi”项的值中“/”前边的 16 进制字符获取，此例中为 7992f75f885621d0（发起方的 Cookie 永远在“/”符号之前）。
    • key：54e29ac67129db6d96c7e03b20b877f2bdb4b15288826e8e13cb202b0bb2cccf（需要将中间的“-”字符删除）。

  4. 以上解密材料也可以通过diagnose debug application ike -1的协商过程输出结果中找到（）。

    FortiGate # diagnose debug application ike -1
FortiGate # diagnose debug enable
......
ike 0:to_Home_WAN1:291: ISAKMP SA 7992f75f885621d0/f522761ae47783ad key 32:54E29AC67129DB6D96C7E03B20B877F2BDB4B15288826E8E13CB202B0BB2CCCF
......

  5. 使用 Wireshark 打开步骤 2 中抓取的 IKE 协商报文（ISAKMP）。可以看到 IKEv1 主模式从第 5 个报文开始加密。右键点击任意一个 ISAKMP 报文，依次选择“协议首选项 → Internet Security Association and Key Management Protocol → IKEv1 Decryption Table...”。

    image-20231212145759536

  6. 在弹出的“IKEv1 Decryption Table”窗口中，点击左下角的➕按钮，在“Initiator's COOKIE”中填写步骤 3 或 4 获取的发起方的 SPI（Cookie）：7992f75f885621d0；在“Encryption Key”中填写步骤 3 或 4 获取的 key 54e29ac67129db6d96c7e03b20b877f2bdb4b15288826e8e13cb202b0bb2cccf。随后点击 OK 按钮。

    image-20231212152037579

  7. 此时即可以看到 IKEv1 协商报文中加密的明文内容。

    image-20231212152628756

IKEv2

  1. 抓取 IKE 报文不需要关闭 npu-offload。首先在 IKE 协商前开启抓包，这里我们以有 NAT - T + IKEv2 的环境为例，抓取 UDP 500 或 UDP 4500 的数据包。如果没有 NAT - T，则只需抓取 UDP 500 的数据包（GUI 方式抓包方法详见 故障排查 → Sniffer 工具 → 通过 GUI 界面抓包章节）。

    重要

    也可以在 CLI 下使用 sniffer 抓取格式 6 的 IKE 报文，再转换为 Wireshark 可以打开的格式，详见如下章节：故障排查 → Sniffer 工具 → 使用 wireshark 打开抓包文件。

    image-20231212153251879

  2. 发起 IKE 协商或重协商，并保存抓取的 IKE 协商报文（ISAKMP）。

  3. 协商完成后，在 FortiGate 上执行get vpn ike gateway <Tunnel_name>获取 IKE 密钥信息，需要获取 8 个如下信息。

    image-20231212155229510
    • 发起方的 SPI（Cookie）：这个值从“id/spi”项的值中“/”前边的 16 进制字符获取，此例中为 9b81bb2ff4687f35（发起方的 Cookie 永远在“/”符号之前）。
    • 响应方的 SPI（Cookie）：这个值从“id/spi”项的值中“/”后边的 16 进制字符获取，此例中为 c589483b12220768（响应方的 Cookie 永远在“/”符号之后）。
    • 加密算法：从“proposal”项中获取，此例为 AES-128。
    • 验证算法：从“proposal”项中获取，此例为 SHA-256。
    • SK_ei：44655c0119f850aa413ac8a3382e9cf1（需要将中间的“-”字符删除）。
    • SK_er：85b64b08dd028d1d-3142238395fcdb00（需要将中间的“-”字符删除）。
    • SK_ai：b416e2d3d84af464966a40d04798a805eac288448d2940d2f56f42ef13c5c7af（需要将中间的“-”字符删除）。
    • SK_ar：cb2308de4db789ea2ced21363bf1cc3fd3fa379a1391a7f430376dd12c06ca87（需要将中间的“-”字符删除）。

  4. 以上解密材料也可以通过diagnose debug application ike -1的协商过程输出结果中找到（）。

    FortiGate # diagnose debug application ike -1
FortiGate # diagnose debug enable
......
ike 0: comes 123.112.242.243:500->172.22.6.128:500,ifindex=5,vrf=0....
ike 0: IKEv2 exchange=SA_INIT_RESPONSE id=9b81bb2ff4687f35/c589483b12220768 len=432
......
ike 0:to_Home_WAN1:297: matched proposal id 1
ike 0:to_Home_WAN1:297: proposal id = 1:
ike 0:to_Home_WAN1:297:   protocol = IKEv2:
ike 0:to_Home_WAN1:297:      encapsulation = IKEv2/none
ike 0:to_Home_WAN1:297:         type=ENCR, val=AES_CBC (key_len = 128)
ike 0:to_Home_WAN1:297:         type=INTEGR, val=AUTH_HMAC_SHA2_256_128
ike 0:to_Home_WAN1:297:         type=PRF, val=PRF_HMAC_SHA2_256
ike 0:to_Home_WAN1:297:         type=DH_GROUP, val=MODP2048.
ike 0:to_Home_WAN1:297: lifetime=86400
......
ike 0:to_Home_WAN1:297: IKE SA 9b81bb2ff4687f35/c589483b12220768 SK_ei 16:44655C0119F850AA413AC8A3382E9CF1
ike 0:to_Home_WAN1:297: IKE SA 9b81bb2ff4687f35/c589483b12220768 SK_er 16:85B64B08DD028D1D3142238395FCDB00
ike 0:to_Home_WAN1:297: IKE SA 9b81bb2ff4687f35/c589483b12220768 SK_ai 32:B416E2D3D84AF464966A40D04798A805EAC288448D2940D2F56F42EF13C5C7AF
ike 0:to_Home_WAN1:297: IKE SA 9b81bb2ff4687f35/c589483b12220768 SK_ar 32:CB2308DE4DB789EA2CED21363BF1CC3FD3FA379A1391A7F430376DD12C06CA87
......

  5. 使用 Wireshark 打开步骤 2 中抓取的 IKE 协商报文（ISAKMP）。可以看到 IKEv2 从 IKE_AUTH Initiator Request 报文开始加密。右键点击任意一个 ISAKMP 报文，依次选择“协议首选项 → Internet Security Association and Key Management Protocol → IKEv2 Decryption Table...”。

    image-20231212154636161

  6. 在弹出的“IKEv2 Decryption Table”窗口中，点击左下角的➕按钮，依次填写步骤 3 或 4 获取的解密材料信息。随后点击 OK 按钮。

    image-20231212160505055

    image-20231212160612517

  7. 此时即可以看到 IKEv2 协商报文中加密的明文内容。

    image-20231212161115286

注意事项

  1. 如果在config system settings下修改了 ike-port，无论是否存在 NAT - T 环境，抓取 IKE 协商报文时要过滤 UDP 对应设置的 ike-port 端口号（详见 VPN 技术 → IPSec VPN → 点到点 VPN → 修改 IPSec 协商端口章节），如下所示，将两端 FortiGate 的 ike-port 均修改为 5555，所有的 IKE 协商包和 Information 报文会被 UDP 5555 封装。

    config system settings
    set ike-port 5555
end

  2. IKE 报文抓取后并使用 Wireshark 打开，由于 IKE 报文被 UDP 5555 封装，Wireshark 无法直接解析出这是 ISAKMP 报文，而是识别为其他协议。这时我们需要右键点击抓到的 UDP 5555 报文，选择“Decode As...”按钮。

    image-20231212162155578

  3. 在弹出的“Decode As...”窗口中，选择 UDP 5555 的“当前”列为“UDPENCAP”，然后点击 OK 按钮后（注意在修改了 ike-port 后，这里要选择 UDPENCAP，而不是 ISAKMP）。

    image-20231212163927602

  4. 可以看到 Wireshark 可以解析到 IKEv1 和 IKEv2 的 ISAKMP 协商报文。随后继续使用本章节介绍的 IKE 解密方法进行解密即可。

  • IKEv1：

    image-20231212164117828

  • IKEv2：

    image-20231212163304657

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