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# 分步指南：如何配置 IKEv2 VPN

*其他语言版本: [English](ikev2-howto.md), [简体中文](ikev2-howto-zh.md).*

**注：** 本指南适用于**高级用户**。其他用户请使用 [IPsec/L2TP](clients-zh.md) 或者 [IPsec/XAuth](clients-xauth-zh.md) 模式。

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* [导言](#导言)
* [使用辅助脚本](#使用辅助脚本)
* [手动在 VPN 服务器上配置 IKEv2](#手动在-vpn-服务器上配置-ikev2)
* [配置 IKEv2 VPN 客户端](#配置-ikev2-vpn-客户端)
* [添加一个客户端证书](#添加一个客户端证书)
* [吊销一个客户端证书](#吊销一个客户端证书)
* [已知问题](#已知问题)
* [参考链接](#参考链接)

## 导言

现代操作系统（比如 Windows 7 和更新版本）支持 IKEv2 协议标准。因特网密钥交换 （英语：Internet Key Exchange，简称 IKE 或 IKEv2）是一种网络协议，归属于 IPsec 协议族之下，用以创建安全关联 (Security Association, SA)。与 IKE 版本 1 相比较，IKEv2 的 <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_Key_Exchange#Improvements_with_IKEv2" target="_blank">功能改进</a> 包括比如通过 MOBIKE 实现 Standard Mobility 支持，以及更高的可靠性。

Libreswan 支持通过使用 RSA 签名算法的 X.509 Machine Certificates 来对 IKEv2 客户端进行身份验证。该方法无需 IPsec PSK, 用户名或密码。它可以用于以下系统：

- Windows 7, 8.x 和 10
- OS X (macOS)
- Android 4.x 和更新版本（使用 strongSwan VPN 客户端）
- iOS (iPhone/iPad)

## 使用辅助脚本

**重要：** 作为使用本指南的先决条件，在继续之前，你必须确保你已经成功地 <a href="../README-zh.md" target="_blank">搭建自己的 VPN 服务器</a>，并且（可选但推荐）将 Libreswan <a href="../README-zh.md#升级libreswan" target="_blank">升级</a> 到最新版本。**Docker 用户请看 <a href="https://github.com/hwdsl2/docker-ipsec-vpn-server/blob/master/README-zh.md#配置并使用-ikev2-vpn" target="_blank">这里</a>**。

你可以使用这个辅助脚本来自动地在 VPN 服务器上配置 IKEv2：

```
wget https://git.io/ikev2setup -O ikev2.sh && sudo bash ikev2.sh
```

该 <a href="../extras/ikev2setup.sh" target="_blank">脚本</a> 必须使用 `bash` 而不是 `sh` 运行。按照脚本的提示配置 IKEv2。在完成之后，请转到 [配置 IKEv2 VPN 客户端](#配置-ikev2-vpn-客户端) 和 [已知问题](#已知问题)。如果要为更多的客户端生成证书，只需重新运行脚本。

## 手动在 VPN 服务器上配置 IKEv2

下面举例说明如何手动在 Libreswan 上配置 IKEv2。以下命令必须用 `root` 账户运行。

1. 获取 VPN 服务器的公共 IP 地址，将它保存到变量并检查。

   ```bash
   PUBLIC_IP=$(dig @resolver1.opendns.com -t A -4 myip.opendns.com +short)
   [ -z "$PUBLIC_IP" ] && PUBLIC_IP=$(wget -t 3 -T 15 -qO- http://ipv4.icanhazip.com)
   printf '%s\n' "$PUBLIC_IP"
   ```

   检查并确保以上命令的输出与服务器的公共 IP 一致。该变量将在以下步骤中使用。

   **注：** 另外，在这里你也可以指定 VPN 服务器的域名。例如： `PUBLIC_IP=myvpn.example.com`。

1. 添加一个新的 IKEv2 连接：

   ```bash
   if ! grep -qs '^include /etc/ipsec\.d/\*\.conf$' /etc/ipsec.conf; then
     echo >> /etc/ipsec.conf
     echo 'include /etc/ipsec.d/*.conf' >> /etc/ipsec.conf
   fi
   ```

   ```bash
   cat > /etc/ipsec.d/ikev2.conf <<EOF

   conn ikev2-cp
     left=%defaultroute
     leftcert=$PUBLIC_IP
     leftid=@$PUBLIC_IP
     leftsendcert=always
     leftsubnet=0.0.0.0/0
     leftrsasigkey=%cert
     right=%any
     rightid=%fromcert
     rightaddresspool=192.168.43.10-192.168.43.250
     rightca=%same
     rightrsasigkey=%cert
     narrowing=yes
     dpddelay=30
     dpdtimeout=120
     dpdaction=clear
     auto=add
     ikev2=insist
     rekey=no
     pfs=no
     ike-frag=yes
     ike=aes256-sha2,aes128-sha2,aes256-sha1,aes128-sha1,aes256-sha2;modp1024,aes128-sha1;modp1024
     phase2alg=aes_gcm-null,aes128-sha1,aes256-sha1,aes128-sha2,aes256-sha2
   EOF
   ```

   还需要在该文件中添加一些行。首先查看你的 Libreswan 版本，然后运行以下命令之一：

   ```bash
   ipsec --version
   ```

   如果是 Libreswan 3.23 或更新版本：

   ```bash
   cat >> /etc/ipsec.d/ikev2.conf <<EOF
     modecfgdns="8.8.8.8 8.8.4.4"
     encapsulation=yes
     mobike=no
   EOF
   ```

   **注：** 如果你的服务器（或者 Docker 主机）运行 Debian 或者 CentOS/RHEL，并且你想要启用 MOBIKE 支持，可以将上面命令中的 `mobike=no` 换成 `mobike=yes`。**不要** 在 Ubuntu 系统上启用该选项。

   如果是 Libreswan 3.19-3.22：

   ```bash
   cat >> /etc/ipsec.d/ikev2.conf <<EOF
     modecfgdns1=8.8.8.8
     modecfgdns2=8.8.4.4
     encapsulation=yes
   EOF
   ```

   如果是 Libreswan 3.18 或更早版本：

   ```bash
   cat >> /etc/ipsec.d/ikev2.conf <<EOF
     modecfgdns1=8.8.8.8
     modecfgdns2=8.8.4.4
     forceencaps=yes
   EOF
   ```

1. 生成 Certificate Authority (CA) 和 VPN 服务器证书。

   **注：** 使用 "-v" 参数指定证书的有效期（单位：月），例如 "-v 120"。

   生成 CA 证书：

   ```bash
   certutil -z <(head -c 1024 /dev/urandom) \
     -S -x -n "IKEv2 VPN CA" \
     -s "O=IKEv2 VPN,CN=IKEv2 VPN CA" \
     -k rsa -g 4096 -v 120 \
     -d sql:/etc/ipsec.d -t "CT,," -2
   ```

   ```
   Generating key.  This may take a few moments...

   Is this a CA certificate [y/N]?
   y
   Enter the path length constraint, enter to skip [<0 for unlimited path]: >
   Is this a critical extension [y/N]?
   N
   ```

   生成 VPN 服务器证书：

   **注：** 如果你在上面的第一步指定了服务器的域名（而不是 IP 地址），则必须将以下命令中的 `--extSAN "ip:$PUBLIC_IP,dns:$PUBLIC_IP"` 换成 `--extSAN "dns:$PUBLIC_IP"`。

   ```bash
   certutil -z <(head -c 1024 /dev/urandom) \
     -S -c "IKEv2 VPN CA" -n "$PUBLIC_IP" \
     -s "O=IKEv2 VPN,CN=$PUBLIC_IP" \
     -k rsa -g 4096 -v 120 \
     -d sql:/etc/ipsec.d -t ",," \
     --keyUsage digitalSignature,keyEncipherment \
     --extKeyUsage serverAuth \
     --extSAN "ip:$PUBLIC_IP,dns:$PUBLIC_IP"
   ```

   ```
   Generating key.  This may take a few moments...
   ```

1. 生成客户端证书，然后导出 `.p12` 文件，该文件包含客户端证书，私钥以及 CA 证书。

   **注：** 你可以重复本步骤来为更多的客户端生成证书，但必须将所有的 `vpnclient` 换成比如 `vpnclient2`，等等。如需同时连接多个客户端，则必须为每个客户端生成唯一的证书。

   生成客户端证书：

   ```bash
   certutil -z <(head -c 1024 /dev/urandom) \
     -S -c "IKEv2 VPN CA" -n "vpnclient" \
     -s "O=IKEv2 VPN,CN=vpnclient" \
     -k rsa -g 4096 -v 120 \
     -d sql:/etc/ipsec.d -t ",," \
     --keyUsage digitalSignature,keyEncipherment \
     --extKeyUsage serverAuth,clientAuth -8 "vpnclient"
   ```

   ```
   Generating key.  This may take a few moments...
   ```

   导出 `.p12` 文件：

   ```bash
   pk12util -d sql:/etc/ipsec.d -n "vpnclient" -o vpnclient.p12
   ```

   ```
   Enter password for PKCS12 file:
   Re-enter password:
   pk12util: PKCS12 EXPORT SUCCESSFUL
   ```

   指定一个安全的密码以保护导出的 `.p12` 文件（在导入到 iOS 或 macOS 设备时，该密码不能为空）。

1. （适用于 iOS 客户端） 导出 CA 证书到 `ikev2vpnca.cer`：

   ```bash
   certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d -n "IKEv2 VPN CA" -a -o ikev2vpnca.cer
   ```

1. 证书数据库现在应该包含以下内容：

   ```bash
   certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d
   ```

   ```
   Certificate Nickname                               Trust Attributes
                                                      SSL,S/MIME,JAR/XPI

   IKEv2 VPN CA                                       CTu,u,u
   ($PUBLIC_IP)                                       u,u,u
   vpnclient                                          u,u,u
   ```

   **注：** 如需显示证书内容，可使用 `certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d -n "Nickname"`。要吊销一个客户端证书，请转到[这一节](#吊销一个客户端证书)。关于 `certutil` 的其它用法参见 <a href="https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/Projects/NSS/tools/NSS_Tools_certutil" target="_blank">这里</a>。

1. **（重要）重启 IPsec 服务**：

   ```bash
   service ipsec restart
   ```

在继续之前，你**必须**重启 IPsec 服务。VPN 服务器上的 IKEv2 配置到此已完成。按照下面的步骤配置你的 VPN 客户端。

## 配置 IKEv2 VPN 客户端

*其他语言版本: [English](ikev2-howto.md#configure-ikev2-vpn-clients), [简体中文](ikev2-howto-zh.md#配置-ikev2-vpn-客户端).*

**注：** 如果你在上面的第一步指定了服务器的域名（而不是 IP 地址），则必须在 **服务器地址** 和 **远程 ID** 字段中输入该域名。如果要为更多的客户端生成证书，只需重新运行[辅助脚本](#使用辅助脚本)。或者你可以看上一小节的第 4 步。

* [Windows 7, 8.x 和 10](#windows-7-8x-和-10)
* [OS X (macOS)](#os-x-macos)
* [iOS (iPhone/iPad)](#ios)
* [Android 10 和更新版本](#android-10-和更新版本)
* [Android 4.x to 9.x](#android-4x-to-9x)

### Windows 7, 8.x 和 10

1. 将生成的 `.p12` 文件安全地传送到你的计算机，然后导入到 "计算机账户" 证书存储。在导入证书后，你必须确保将客户端证书放在 "个人 -> 证书" 目录中，并且将 CA 证书放在 "受信任的根证书颁发机构 -> 证书" 目录中。

   详细的操作步骤：   
   https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/Win7Certs

1. 在 Windows 计算机上添加一个新的 IKEv2 VPN 连接：   
   https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/Win7Config

1. 启用新的 VPN 连接，并且开始使用 IKEv2 VPN！   
   https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/Win7Connect

1. （可选步骤） 如需启用更强的加密算法，你可以添加注册表键 `NegotiateDH2048_AES256` 并重启。更多信息请看 <a href="https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/WindowsClients#AES-256-CBC-and-MODP2048" target="_blank">这里</a>。

### OS X (macOS)

首先，将生成的 `.p12` 文件安全地传送到你的 Mac，然后双击以导入到 **钥匙串访问** 中的 **登录** 钥匙串。下一步，双击导入的 `IKEv2 VPN CA` 证书，展开 **信任** 并从 **IP 安全 (IPsec)** 下拉菜单中选择 **始终信任**。单击左上角的红色 "X" 关闭窗口。根据提示使用触控 ID，或者输入密码并单击 "更新设置"。在完成之后，检查并确保新的客户端证书和 `IKEv2 VPN CA` 都显示在 **登录** 钥匙串 的 **证书** 类别中。

1. 打开系统偏好设置并转到网络部分。
1. 在窗口左下角单击 **+** 按钮。
1. 从 **接口** 下拉菜单选择 **VPN**。
1. 从 **VPN 类型** 下拉菜单选择 **IKEv2**。
1. 在 **服务名称** 字段中输入任意内容。
1. 单击 **创建**。
1. 在 **服务器地址** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
1. 在 **远程 ID** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
1. 在 **本地 ID** 字段中输入 `你的 VPN 客户端名称`。   
   **注：** 该名称必须和你在 IKEv2 配置过程中指定的客户端名称一致。它与你的 `.p12` 文件名的第一部分相同。
1. 单击 **鉴定设置...** 按钮。
1. 从 **鉴定设置** 下拉菜单中选择 **无**。
1. 选择 **证书** 单选按钮，然后选择新的客户端证书。
1. 单击 **好**。
1. 选中 **在菜单栏中显示 VPN 状态** 复选框。
1. 单击 **应用** 保存VPN连接信息。
1. 单击 **连接**。

### iOS

首先，将生成的 `ikev2vpnca.cer` 和 `.p12` 文件安全地传送到你的 iOS 设备，并且逐个导入为 iOS 配置描述文件。要传送文件，你可以使用：

1. AirDrop（隔空投送），或者
1. 上传到设备，在 "文件" 应用程序中单击它们（必须首先移动到 "On My iPhone" 目录下），然后按照提示导入，或者
1. 将文件放在一个你的安全的托管网站上，然后在 Mobile Safari 中下载并导入它们。

在完成之后，检查并确保新的客户端证书和 `IKEv2 VPN CA` 都显示在设置 -> 通用 -> 描述文件中。

1. 进入设置 -> 通用 -> VPN。
1. 单击 **添加VPN配置...**。
1. 单击 **类型** 。选择 **IKEv2** 并返回。
1. 在 **描述** 字段中输入任意内容。
1. 在 **服务器** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
1. 在 **远程 ID** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
1. 在 **本地 ID** 字段中输入 `你的 VPN 客户端名称`。   
   **注：** 该名称必须和你在 IKEv2 配置过程中指定的客户端名称一致。它与你的 `.p12` 文件名的第一部分相同。
1. 单击 **用户鉴定** 。选择 **无** 并返回。
1. 启用 **使用证书** 选项。
1. 单击 **证书** 。选择新的客户端证书并返回。
1. 单击右上角的 **完成**。
1. 启用 **VPN** 连接。

连接成功后，你可以到 <a href="https://www.ipchicken.com" target="_blank">这里</a> 检测你的 IP 地址，应该显示为`你的 VPN 服务器 IP`。

### Android 10 和更新版本

1. 将生成的 `.p12` 文件安全地传送到你的 Android 设备。
1. 从 **Google Play** 安装 <a href="https://play.google.com/store/apps/details?id=org.strongswan.android" target="_blank">strongSwan VPN 客户端</a>。
1. 启动 **设置** 应用程序。
1. 进入 安全 -> 高级 -> 加密与凭据。
1. 单击 **从存储设备（或 SD 卡）安装**。
1. 选择你从服务器传送过来的 `.p12` 文件，并按提示操作。   
   **注：** 要查找 `.p12` 文件，单击左上角的抽拉式菜单，然后单击你的设备名称。
1. 启动 strongSwan VPN 客户端，然后单击 **Add VPN Profile**。
1. 在 **Server** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
1. 在 **VPN Type** 下拉菜单选择 **IKEv2 Certificate**。
1. 单击 **Select user certificate**，选择新的客户端证书并确认。
1. **（重要）** 单击 **Show advanced settings**。向下滚动，找到并启用 **Use RSA/PSS signatures** 选项。
1. 保存新的 VPN 连接，然后单击它以开始连接。

### Android 4.x to 9.x

1. 将生成的 `.p12` 文件安全地传送到你的 Android 设备。
1. 从 **Google Play** 安装 <a href="https://play.google.com/store/apps/details?id=org.strongswan.android" target="_blank">strongSwan VPN 客户端</a>。
1. 启动 strongSwan VPN 客户端，然后单击 **Add VPN Profile**。
1. 在 **Server** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
1. 在 **VPN Type** 下拉菜单选择 **IKEv2 Certificate**。
1. 单击 **Select user certificate**，然后单击 **Install certificate**。
1. 选择你从服务器传送过来的 `.p12` 文件，并按提示操作。   
   **注：** 要查找 `.p12` 文件，单击左上角的抽拉式菜单，然后单击你的设备名称。
1. **（重要）** 单击 **Show advanced settings**。向下滚动，找到并启用 **Use RSA/PSS signatures** 选项。
1. 保存新的 VPN 连接，然后单击它以开始连接。

## 添加一个客户端证书

如果要为更多的客户端生成证书，只需重新运行 [辅助脚本](#使用辅助脚本)。或者你可以看 [这一小节](#手动在-vpn-服务器上配置-ikev2) 的第 4 步。

## 吊销一个客户端证书

在某些情况下，你可能需要吊销一个之前生成的 VPN 客户端证书。这可以通过 `crlutil` 实现。下面举例说明，这些命令必须用 `root` 账户运行。

1. 检查证书数据库，并且找到想要吊销的客户端证书的昵称。

   ```bash
   certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d
   ```

   ```
   Certificate Nickname                               Trust Attributes
                                                      SSL,S/MIME,JAR/XPI

   IKEv2 VPN CA                                       CTu,u,u
   ($PUBLIC_IP)                                       u,u,u
   vpnclient-to-revoke                                u,u,u
   ```

   在这个例子中，我们将要吊销昵称为 `vpnclient-to-revoke` 的客户端证书。它是由 `IKEv2 VPN CA` 签发的。

1. 找到该客户端证书的序列号。

   ```bash
   certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d -n "vpnclient-to-revoke"
   ```

   ```
   Certificate:
       Data:
           Version: 3 (0x2)
           Serial Number:
               00:cd:69:ff:74
   ... ...
   ```

   根据上面的输出，我们知道该序列号为十六进制的 `CD69FF74`，也就是十进制的 `3446275956`。它将在以下步骤中使用。

1. 创建一个新的证书吊销列表 (CRL)。该步骤对于每个 CA 只需运行一次。

   ```bash
   if ! crlutil -L -d sql:/etc/ipsec.d -n "IKEv2 VPN CA" 2>/dev/null; then
     crlutil -G -d sql:/etc/ipsec.d -n "IKEv2 VPN CA" -c /dev/null
   fi
   ```

   ```
   CRL Info:
   :
       Version: 2 (0x1)
       Signature Algorithm: PKCS #1 SHA-256 With RSA Encryption
       Issuer: "O=IKEv2 VPN,CN=IKEv2 VPN CA"
       This Update: Sat Jun 06 22:00:00 2020
       CRL Extensions:
   ```

1. 将你想要吊销的客户端证书添加到 CRL。在这里我们指定该证书的（十进制）序列号，以及吊销时间（UTC时间，格式：GeneralizedTime (YYYYMMDDhhmmssZ)）。

   ```bash
   crlutil -M -d sql:/etc/ipsec.d -n "IKEv2 VPN CA" <<EOF
   addcert 3446275956 20200606220100Z
   EOF
   ```

   ```
   CRL Info:
   :
       Version: 2 (0x1)
       Signature Algorithm: PKCS #1 SHA-256 With RSA Encryption
       Issuer: "O=IKEv2 VPN,CN=IKEv2 VPN CA"
       This Update: Sat Jun 06 22:02:00 2020
       Entry 1 (0x1):
           Serial Number:
               00:cd:69:ff:74
           Revocation Date: Sat Jun 06 22:01:00 2020
       CRL Extensions:
   ```

   **注：** 如果需要从 CRL 删除一个证书，可以将上面的 `addcert 3446275956 20200606220100Z` 替换为 `rmcert 3446275956`。关于 `crlutil` 的其它用法参见 <a href="https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/Projects/NSS/tools/NSS_Tools_crlutil" target="_blank">这里</a>。

1. 最后，让 Libreswan 重新读取已更新的 CRL。

   ```bash
   ipsec crls
   ```

## 已知问题

1. Windows 自带的 VPN 客户端可能不支持 IKEv2 fragmentation。在有些网络上，这可能会导致连接错误或其它连接问题。你可以尝试换用 <a href="clients-zh.md" target="_blank">IPsec/L2TP</a> 或 <a href="clients-xauth-zh.md" target="_blank">IPsec/XAuth</a> 模式。
1. Ubuntu 18.04 用户在尝试将生成的 `.p12` 文件导入到 Windows 时可能会遇到错误 "输入的密码不正确"。这是由 `NSS` 中的一个问题导致的。更多信息请看 <a href="https://github.com/hwdsl2/setup-ipsec-vpn/issues/414#issuecomment-460495258" target="_blank">这里</a>。
1. 如果你使用 strongSwan Android VPN 客户端，则必须将服务器上的 Libreswan <a href="../README-zh.md#升级libreswan" target="_blank">升级</a>到版本 3.26 或以上。

## 参考链接

* https://libreswan.org/wiki/VPN_server_for_remote_clients_using_IKEv2
* https://libreswan.org/wiki/HOWTO:_Using_NSS_with_libreswan
* https://libreswan.org/man/ipsec.conf.5.html
* https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/WindowsClients
* https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/AndroidVpnClient
* https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/Projects/NSS/tools/NSS_Tools_certutil
* https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/Projects/NSS/tools/NSS_Tools_crlutil