分步指南：如何配置 IKEv2 VPN

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。

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。

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。

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

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...

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。

（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
```

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。

（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

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
在 Windows 计算机上添加一个新的 IKEv2 VPN 连接：
https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/Win7Config
启用新的 VPN 连接，并且开始使用 IKEv2 VPN！
https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/Win7Connect
（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。

打开系统偏好设置并转到网络部分。
在窗口左下角单击 + 按钮。
从接口下拉菜单选择 VPN。
从 VPN 类型 下拉菜单选择 IKEv2。
在 服务名称 字段中输入任意内容。
单击创建。
在 服务器地址 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
在 远程 ID 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
保持 本地 ID 字段空白。
单击 鉴定设置... 按钮。
从 鉴定设置 下拉菜单中选择无。
选择证书单选按钮，然后选择 vpnclient 证书。
单击好。
选中 在菜单栏中显示 VPN 状态 复选框。
单击应用保存VPN连接信息。
单击连接。

Android 4.x 和更新版本

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

进入设置 -> 通用 -> VPN。
单击 添加VPN配置...。
单击类型。选择 IKEv2 并返回。
在描述字段中输入任意内容。
在 服务器 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
在 远程 ID 字段中输入 你的 VPN 服务器 IP （或者域名）。
保持 本地 ID 字段空白。
单击 用户鉴定 。选择无并返回。
启用 使用证书 选项。
单击证书。选择 vpnclient 并返回。
单击右上角的完成。
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

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。
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。
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。
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

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