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# 分步指南：如何配置 IKEv2 VPN
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*其他语言版本: [English](ikev2-howto.md), [简体中文](ikev2-howto-zh.md).*
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* [导言](#导言)
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* [使用辅助脚本](#使用辅助脚本)
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* [手动在 VPN 服务器上配置 IKEv2](#手动在-vpn-服务器上配置-ikev2)
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* [配置 IKEv2 VPN 客户端](#配置-ikev2-vpn-客户端)
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* [添加一个客户端证书](#添加一个客户端证书)
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* [吊销一个客户端证书](#吊销一个客户端证书)
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* [已知问题](#已知问题)
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* [参考链接](#参考链接)
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## 导言
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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。
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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：
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- Windows 7, 8.x 和 10
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- OS X (macOS)
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- Android 4.x 和更新版本（使用 strongSwan VPN 客户端）
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- iOS (iPhone/iPad)
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在按照本指南操作之后，你将可以选择三种模式中的任意一种连接到 VPN：IKEv2，以及已有的 [IPsec/L2TP](clients-zh.md) 和 [IPsec/XAuth ("Cisco IPsec")](clients-xauth-zh.md) 模式。
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## 使用辅助脚本
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**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>**。
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你可以使用这个辅助脚本来自动地在 VPN 服务器上配置 IKEv2：
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```
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wget https://bit.ly/ikev2setup -O ikev2.sh && sudo bash ikev2.sh
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```
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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。
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## 手动在 VPN 服务器上配置 IKEv2
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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。
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1. 获取 VPN 服务器的公共 IP 地址，将它保存到变量并检查。
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```bash
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PUBLIC_IP=$(dig @resolver1.opendns.com -t A -4 myip.opendns.com +short)
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[ -z "$PUBLIC_IP" ] && PUBLIC_IP=$(wget -t 3 -T 15 -qO- http://ipv4.icanhazip.com)
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printf '%s\n' "$PUBLIC_IP"
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```
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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。
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**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`。
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1. 添加一个新的 IKEv2 连接：
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```bash
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if ! grep -qs '^include /etc/ipsec\.d/\*\.conf$' /etc/ipsec.conf; then
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echo >> /etc/ipsec.conf
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echo 'include /etc/ipsec.d/*.conf' >> /etc/ipsec.conf
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fi
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```
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```bash
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cat > /etc/ipsec.d/ikev2.conf <<EOF
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conn ikev2-cp
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left=%defaultroute
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leftcert=$PUBLIC_IP
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leftid=@$PUBLIC_IP
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leftsendcert=always
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leftsubnet=0.0.0.0/0
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leftrsasigkey=%cert
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right=%any
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rightid=%fromcert
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rightaddresspool=192.168.43.10-192.168.43.250
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rightca=%same
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rightrsasigkey=%cert
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narrowing=yes
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dpddelay=30
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dpdtimeout=120
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dpdaction=clear
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auto=add
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ikev2=insist
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rekey=no
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pfs=no
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fragmentation=yes
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ike=aes256-sha2,aes128-sha2,aes256-sha1,aes128-sha1,aes256-sha2;modp1024,aes128-sha1;modp1024
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||
phase2alg=aes_gcm-null,aes128-sha1,aes256-sha1,aes128-sha2,aes256-sha2
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EOF
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```
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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：
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```bash
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ipsec --version
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```
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如果是 Libreswan 3.23 或更新版本：
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```bash
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cat >> /etc/ipsec.d/ikev2.conf <<EOF
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modecfgdns="8.8.8.8 8.8.4.4"
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||
encapsulation=yes
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mobike=no
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||
EOF
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```
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**注：** 如果你的服务器（或者 Docker 主机）运行 Debian, CentOS/RHEL 或者 Amazon Linux 2，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 系统或者 Raspberry Pi 上启用该选项。
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如果是 Libreswan 3.19-3.22：
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```bash
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cat >> /etc/ipsec.d/ikev2.conf <<EOF
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||
modecfgdns1=8.8.8.8
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||
modecfgdns2=8.8.4.4
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||
encapsulation=yes
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EOF
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```
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如果是 Libreswan 3.18 或更早版本：
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```bash
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cat >> /etc/ipsec.d/ikev2.conf <<EOF
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||
modecfgdns1=8.8.8.8
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||
modecfgdns2=8.8.4.4
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forceencaps=yes
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EOF
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```
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1. 生成 Certificate Authority (CA) 和 VPN 服务器证书。
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**注：** 使用 "-v" 参数指定证书的有效期（单位：月），例如 "-v 120"。
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生成 CA 证书：
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```bash
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certutil -z <(head -c 1024 /dev/urandom) \
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-S -x -n "IKEv2 VPN CA" \
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-s "O=IKEv2 VPN,CN=IKEv2 VPN CA" \
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-k rsa -g 4096 -v 120 \
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-d sql:/etc/ipsec.d -t "CT,," -2
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```
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```
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Generating key. This may take a few moments...
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Is this a CA certificate [y/N]?
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y
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Enter the path length constraint, enter to skip [<0 for unlimited path]: >
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Is this a critical extension [y/N]?
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N
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```
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生成 VPN 服务器证书：
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**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"`。
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```bash
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certutil -z <(head -c 1024 /dev/urandom) \
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-S -c "IKEv2 VPN CA" -n "$PUBLIC_IP" \
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-s "O=IKEv2 VPN,CN=$PUBLIC_IP" \
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-k rsa -g 4096 -v 120 \
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-d sql:/etc/ipsec.d -t ",," \
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||
--keyUsage digitalSignature,keyEncipherment \
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||
--extKeyUsage serverAuth \
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||
--extSAN "ip:$PUBLIC_IP,dns:$PUBLIC_IP"
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```
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||
```
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||
Generating key. This may take a few moments...
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```
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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。
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**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。
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生成客户端证书：
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```bash
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certutil -z <(head -c 1024 /dev/urandom) \
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-S -c "IKEv2 VPN CA" -n "vpnclient" \
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-s "O=IKEv2 VPN,CN=vpnclient" \
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-k rsa -g 4096 -v 120 \
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-d sql:/etc/ipsec.d -t ",," \
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--keyUsage digitalSignature,keyEncipherment \
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||
--extKeyUsage serverAuth,clientAuth -8 "vpnclient"
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```
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||
```
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||
Generating key. This may take a few moments...
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```
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导出 `.p12` 文件：
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```bash
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pk12util -d sql:/etc/ipsec.d -n "vpnclient" -o vpnclient.p12
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```
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```
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Enter password for PKCS12 file:
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Re-enter password:
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pk12util: PKCS12 EXPORT SUCCESSFUL
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```
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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）。
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1. （适用于 iOS 客户端） 导出 CA 证书到 `ikev2vpnca.cer`：
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```bash
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certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d -n "IKEv2 VPN CA" -a -o ikev2vpnca.cer
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```
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1. 证书数据库现在应该包含以下内容：
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```bash
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certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d
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```
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```
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Certificate Nickname Trust Attributes
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SSL,S/MIME,JAR/XPI
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IKEv2 VPN CA CTu,u,u
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($PUBLIC_IP) u,u,u
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vpnclient u,u,u
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```
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**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>。
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1. **（重要）重启 IPsec 服务**：
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```bash
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service ipsec restart
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```
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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。
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## 配置 IKEv2 VPN 客户端
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*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).*
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**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。
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* [Windows 7, 8.x 和 10](#windows-7-8x-和-10)
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* [OS X (macOS)](#os-x-macos)
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* [iOS (iPhone/iPad)](#ios)
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* [Android 10 和更新版本](#android-10-和更新版本)
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* [Android 4.x to 9.x](#android-4x-to-9x)
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### Windows 7, 8.x 和 10
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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。
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详细的操作步骤：
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https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/Win7Certs
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1. 在 Windows 计算机上添加一个新的 IKEv2 VPN 连接：
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https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/Win7Config
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1. （可选但推荐）为 IKEv2 启用更强的加密算法，通过修改一次注册表来实现。请下载并导入下面的 `.reg` 文件，或者打开 <a href="http://www.cnblogs.com/xxcanghai/p/4610054.html" target="_blank">提升权限命令提示符</a> 并运行以下命令。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>。
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- 适用于 Windows 7, 8.x 和 10 ([下载 .reg 文件](https://static.ls20.com/reg-files/v1/Enable_Stronger_Ciphers_for_IKEv2_on_Windows.reg))
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```console
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REG ADD HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\RasMan\Parameters /v NegotiateDH2048_AES256 /t REG_DWORD /d 0x1 /f
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```
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1. 启用新的 VPN 连接，并且开始使用 IKEv2 VPN！
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https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/Win7Connect
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### OS X (macOS)
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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。
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1. 打开系统偏好设置并转到网络部分。
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1. 在窗口左下角单击 **+** 按钮。
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1. 从 **接口** 下拉菜单选择 **VPN**。
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1. 从 **VPN 类型** 下拉菜单选择 **IKEv2**。
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1. 在 **服务名称** 字段中输入任意内容。
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1. 单击 **创建**。
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1. 在 **服务器地址** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
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1. 在 **远程 ID** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
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1. 在 **本地 ID** 字段中输入 `你的 VPN 客户端名称`。
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**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。
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1. 单击 **认证设置** 按钮。
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1. 从 **认证设置** 下拉菜单中选择 **无**。
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1. 选择 **证书** 单选按钮，然后选择新的客户端证书。
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1. 单击 **好**。
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1. 选中 **在菜单栏中显示 VPN 状态** 复选框。
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1. 单击 **应用** 保存VPN连接信息。
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1. 单击 **连接**。
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### iOS
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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：
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1. AirDrop（隔空投送），或者
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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
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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。
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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。
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1. 进入设置 -> 通用 -> VPN。
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1. 单击 **添加VPN配置...**。
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1. 单击 **类型** 。选择 **IKEv2** 并返回。
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1. 在 **描述** 字段中输入任意内容。
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1. 在 **服务器** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
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1. 在 **远程 ID** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
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1. 在 **本地 ID** 字段中输入 `你的 VPN 客户端名称`。
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**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。
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1. 单击 **用户鉴定** 。选择 **无** 并返回。
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1. 启用 **使用证书** 选项。
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1. 单击 **证书** 。选择新的客户端证书并返回。
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1. 单击右上角的 **完成**。
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1. 启用 **VPN** 连接。
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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`。
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### Android 10 和更新版本
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1. 将生成的 `.p12` 文件安全地传送到你的 Android 设备。
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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>。
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1. 启动 **设置** 应用程序。
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1. 进入 安全 -> 高级 -> 加密与凭据。
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1. 单击 **从存储设备（或 SD 卡）安装**。
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1. 选择你从服务器传送过来的 `.p12` 文件，并按提示操作。
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**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。
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1. 启动 strongSwan VPN 客户端，然后单击 **Add VPN Profile**。
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1. 在 **Server** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
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1. 在 **VPN Type** 下拉菜单选择 **IKEv2 Certificate**。
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1. 单击 **Select user certificate**，选择新的客户端证书并确认。
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1. **（重要）** 单击 **Show advanced settings**。向下滚动，找到并启用 **Use RSA/PSS signatures** 选项。
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1. 保存新的 VPN 连接，然后单击它以开始连接。
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### Android 4.x to 9.x
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1. 将生成的 `.p12` 文件安全地传送到你的 Android 设备。
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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>。
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||
1. 启动 strongSwan VPN 客户端，然后单击 **Add VPN Profile**。
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1. 在 **Server** 字段中输入 `你的 VPN 服务器 IP` （或者域名）。
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||
1. 在 **VPN Type** 下拉菜单选择 **IKEv2 Certificate**。
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1. 单击 **Select user certificate**，然后单击 **Install certificate**。
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1. 选择你从服务器传送过来的 `.p12` 文件，并按提示操作。
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||
**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。
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||
1. **（重要）** 单击 **Show advanced settings**。向下滚动，找到并启用 **Use RSA/PSS signatures** 选项。
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||
1. 保存新的 VPN 连接，然后单击它以开始连接。
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||
## 添加一个客户端证书
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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。
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## 吊销一个客户端证书
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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。
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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。
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```bash
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||
certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d
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```
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```
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Certificate Nickname Trust Attributes
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||
SSL,S/MIME,JAR/XPI
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||
IKEv2 VPN CA CTu,u,u
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||
($PUBLIC_IP) u,u,u
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||
vpnclient-to-revoke u,u,u
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||
```
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||
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。
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||
1. 找到该客户端证书的序列号。
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||
```bash
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||
certutil -L -d sql:/etc/ipsec.d -n "vpnclient-to-revoke"
|
||
```
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||
|
||
```
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||
Certificate:
|
||
Data:
|
||
Version: 3 (0x2)
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||
Serial Number:
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||
00:cd:69:ff:74
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||
... ...
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||
```
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|
||
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。
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||
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。
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||
```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:
|
||
```
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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)）。
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```bash
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crlutil -M -d sql:/etc/ipsec.d -n "IKEv2 VPN CA" <<EOF
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addcert 3446275956 20200606220100Z
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EOF
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```
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```
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CRL Info:
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:
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Version: 2 (0x1)
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Signature Algorithm: PKCS #1 SHA-256 With RSA Encryption
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Issuer: "O=IKEv2 VPN,CN=IKEv2 VPN CA"
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This Update: Sat Jun 06 22:02:00 2020
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Entry 1 (0x1):
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Serial Number:
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00:cd:69:ff:74
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Revocation Date: Sat Jun 06 22:01:00 2020
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CRL Extensions:
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```
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**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>。
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1. 最后，让 Libreswan 重新读取已更新的 CRL。
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```bash
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ipsec crls
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```
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## 已知问题
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1. Windows 自带的 VPN 客户端可能不支持 IKEv2 fragmentation（该功能<a href="https://docs.microsoft.com/en-us/openspecs/windows_protocols/ms-ikee/74df968a-7125-431d-9c98-4ea929e548dc" target="_blank">需要</a> Windows 10 v1803 或更新版本）。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。
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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>。
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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。
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## 参考链接
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* https://libreswan.org/wiki/VPN_server_for_remote_clients_using_IKEv2
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* https://libreswan.org/wiki/HOWTO:_Using_NSS_with_libreswan
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* https://libreswan.org/man/ipsec.conf.5.html
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* https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/WindowsClients
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* https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/AndroidVpnClient
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* https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/Projects/NSS/tools/NSS_Tools_certutil
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* https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/Projects/NSS/tools/NSS_Tools_crlutil
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