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分步指南：如何配置 IKEv2 VPN

其他语言版本: English, 简体中文.

重要提示： 本指南仅适用于高级用户。其他用户请使用 IPsec/L2TP 或者 IPsec/XAuth 模式。

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• 导言
• 在 VPN 服务器上配置 IKEv2
• 配置 IKEv2 VPN 客户端
• 已知问题
• 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 功能改进 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)

在 VPN 服务器上配置 IKEv2

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 搭建自己的 VPN 服务器，并且（可选但推荐）将 Libreswan 升级 到最新版本。

下面举例说明如何在 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。

   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。

2. 在 /etc/ipsec.conf 文件中添加一个新的 IKEv2 连接：

   cat >> /etc/ipsec.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：

   ipsec --version
   

   如果是 Libreswan 3.23 或更新版本：

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

   注： 如果你的服务器运行 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：

   cat >> /etc/ipsec.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：

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

3. 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 36"。

   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 36 \
     -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
   

   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"。

   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 36 \
     -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...
   

4. 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：

   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 36 \
     -d sql:/etc/ipsec.d -t ",," \
     --keyUsage digitalSignature,keyEncipherment \
     --extKeyUsage serverAuth,clientAuth -8 "vpnclient"
   

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

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

   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）。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。

   注： 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。

5. （适用于 macOS 和 iOS 客户端） 导出 CA 证书到 vpnca.cer：

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

6. 证书数据库现在应该包含以下内容：

   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"。要删除一个证书，将 -L 换成 -D。更多的 certutil 使用说明请看 这里。

7. （重要）重启 IPsec 服务：

   service ipsec restart
   

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

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。

Windows 7, 8.x 和 10

1. 将文件 vpnclient.p12 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

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

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

4. （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 这里。

OS X (macOS)

首先，将文件 vpnca.cer 和 vpnclient.p12 安全地传送到你的 Mac，然后双击它们并逐个导入到 钥匙串访问 中的 登录 钥匙串。下一步，双击刚才导入的 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。在完成之后，检查并确保 vpnclient 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。
2. 在窗口左下角单击 + 按钮。
3. 从 接口 下拉菜单选择 VPN。
4. 从 VPN 类型 下拉菜单选择 IKEv2。
5. 在 服务名称 字段中输入任意内容。
6. 单击 创建。
7. 在 服务器地址 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
8. 在 远程 ID 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
9. 保持 本地 ID 字段空白。
10. 单击 鉴定设置... 按钮。
11. 从 鉴定设置 下拉菜单中选择 无。
12. 选择 证书 单选按钮，然后选择 vpnclient 证书。
13. 单击 好。
14. 选中 在菜单栏中显示 VPN 状态 复选框。
15. 单击 应用 保存VPN连接信息。
16. 单击 连接。

Android 4.x 和更新版本

1. 将文件 vpnclient.p12 安全地传送到你的 Android 设备。
2. 从 Google Play 安装 strongSwan VPN 客户端。
3. 打开 VPN 客户端，然后单击 Add VPN Profile。
4. 在 Server 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
5. 在 VPN Type 下拉菜单选择 IKEv2 Certificate。
6. 单击 Select user certificate，然后单击 Install certificate。
7. 选择你从服务器复制过来的 .p12 文件，并按提示操作。
8. 保存新的 VPN 连接，然后单击它以开始连接。

iOS (iPhone/iPad)

首先，将文件 vpnca.cer 和 vpnclient.p12 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。你可以使用 AirDrop （隔空投送）来传输文件。或者，你也可以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 vpnclient 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。
2. 单击 添加VPN配置...。
3. 单击 类型 。选择 IKEv2 并返回。
4. 在 描述 字段中输入任意内容。
5. 在 服务器 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
6. 在 远程 ID 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
7. 保持 本地 ID 字段空白。
8. 单击 用户鉴定 。选择 无 并返回。
9. 启用 使用证书 选项。
10. 单击 证书 。选择 vpnclient 并返回。
11. 单击右上角的 完成。
12. 启用 VPN 连接。

连接成功后，你可以到 这里 检测你的 IP 地址，应该显示为你的 VPN 服务器 IP。

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 IPsec/L2TP 或 IPsec/XAuth 模式。
2. 如果你使用 strongSwan Android VPN 客户端，则必须将服务器上的 Libreswan 升级 到版本 3.26 或以上。
3. 如果你的 VPN 客户端可以连接但是无法打开任何网站，可以尝试编辑服务器上的 /etc/ipsec.conf。找到 conn ikev2-cp 部分的 phase2alg= 一行并删除 aes_gcm-null,。保存文件并运行 service ipsec restart。
4. Ubuntu 18.04 和 CentOS 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 这里。
5. 目前还不支持同时连接在同一个 NAT （比如家用路由器）后面的多个 IKEv2 客户端。对于这个用例，请换用 IPsec/XAuth 模式。

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