1. 前言在Linux2.6中自带了ipsec的实现，可以不再使用freeswan及其变种了，freeswan通过建立ipsec*的虚拟网卡来将发送和接收ipsec数据包，通过ipsec*网卡看到的数据是明文数据，而2.6中的ipsec实现是不建立ipsec*虚拟网卡的，本文分析一下ESP包进入系统协议栈的处理流程。
以下Linux内核代码版本为2.6.19.2。
2. 流程分析2.1 esp协议结构esp协议结构定义，对于每个IPv4上层的协议，如TCP、UDP、ICMP、IGMP、ESP、AH等都需要定义这个结构挂接到IPv4的协议链表中，当接收到IP数据包时，会根据包中定义的IP协议号找到该结构，然后调用其成员handler函数进行处理。
/* net/ipv4/esp4.c */static struct net_protocol esp4_protocol = {.handler = xfrm4_rcv,.err_handler = esp4_err,.no_policy = 1,};esp协议的handler函数是xfrm4_rcv()2.2 xfrm4_rcv/* net/ipv4/xfrm4_input.c */int xfrm4_rcv(struct sk_buff *skb){return xfrm4_rcv_encap(skb, 0);}实际就是xfrm4_rcv_encap，封装类型参数设置为0，即没封装数据2.3 xfrm4_rcv_encap/* net/ipv4/xfrm4_input.c */int xfrm4_rcv_encap(struct sk_buff *skb, __u16 encap_type){int err;__be32 spi, seq;struct xfrm_state *xfrm_vec[XFRM_MAX_DEPTH];struct xfrm_state *x;int xfrm_nr = 0;int decaps = 0;// 获取skb中的spi和序列号信息if ((err = xfrm4_parse_spi(skb, skb->nh.iph->protocol, &spi, &seq)) != 0) goto drop;// 进入循环进行解包操作do {struct iphdr *iph = skb->nh.iph;// 循环解包次数太深的话放弃if (xfrm_nr == XFRM_MAX_DEPTH)goto drop;// 根据地址, SPI和协议查找SAx = xfrm_state_lookup((xfrm_address_t *)&iph->daddr, spi, iph->protocol, AF_INET);if (x == NULL)goto drop;// 以下根据SA定义的操作对数据解码spin_lock(&x->lock);if (unlikely(x->km.state != XFRM_STATE_VALID))goto drop_unlock;// 检查由SA指定的封装类型是否和函数指定的封装类型相同if ((x->encap ? x->encap->encap_type : 0) != encap_type)goto drop_unlock;// SA重放窗口检查if (x->props.replay_window && xfrm_replay_check(x, seq))goto drop_unlock;// SA生存期检查if (xfrm_state_check_expire(x))goto drop_unlock;// type可为esp,ah,ipcomp, ipip等, 对输入数据解密if (x->type->input(x, skb))goto drop_unlock;/* only the first xfrm gets the encap type */encap_type = 0;// 更新重放窗口if (x->props.replay_window)xfrm_replay_advance(x, seq);// 包数,字节数统计x->curlft.bytes += skb->len;x->curlft.packets++;spin_unlock(&x->lock);xfrm_vec[xfrm_nr++] = x;// mode可为通道,传输等模式, 对输入数据解封装if (x->mode->input(x, skb))goto drop;// 如果是IPSEC通道模式，将decaps参数置1，否则表示是传输模式if (x->props.mode == XFRM_MODE_TUNNEL) {decaps = 1;break;}// 看内层协议是否还要继续解包, 不需要解时返回1, 需要解时返回0, 错误返回负数// 协议类型可以多层封装的,比如用AH封装ESP, 就得先解完AH再解ESPif ((err = xfrm_parse_spi(skb, skb->nh.iph->protocol, &spi, &seq)) < 0)goto drop;} while (!err);/* Allocate new secpath or COW existing one. */// 为skb包建立新的安全路径(struct sec_path)if (!skb->sp || atomic_read(&skb->sp->refcnt) != 1) {struct sec_path *sp;sp = secpath_dup(skb->sp);if (!sp)goto drop;if (skb->sp)secpath_put(skb->sp);skb->sp = sp;}if (xfrm_nr + skb->sp->len > XFRM_MAX_DEPTH)goto drop;// 将刚才循环解包用到的SA拷贝到安全路径// 因此检查一个数据包是否是普通明文包还是解密后的明文包就看skb->sp参数是否为空 memcpy(skb->sp->xvec + skb->sp->len, xfrm_vec,xfrm_nr * sizeof(xfrm_vec[0]));skb->sp->len += xfrm_nr;nf_reset(skb);if (decaps) {// 通道模式if (!(skb->dev->flags&IFF_LOOPBACK)) {dst_release(skb->dst);skb->dst = NULL;}// 重新进入网卡接收函数netif_rx(skb);return 0;} else {// 传输模式#ifdef CONFIG_NETFILTER// 如果定义NETFILTER, 进入PRE_ROUTING链处理,然后进入路由选择处理// 其实现在已经处于INPUT点, 但解码后需要将该包作为一个新包看待// 可能需要进行目的NAT操作, 这时候可能目的地址就会改变不是到自身// 的了, 因此需要将其相当于是放回PRE_PROUTING点去操作, 重新找路由// 这也说明可以制定针对解码后明文包的NAT规则,在还是加密包的时候不匹配// 但解码后能匹配上__skb_push(skb, skb->data - skb->nh.raw);skb->nh.iph->tot_len = htons(skb->len);ip_send_check(skb->nh.iph);NF_HOOK(PF_INET, NF_IP_PRE_ROUTING, skb, skb->dev, NULL,xfrm4_rcv_encap_finish);return 0;#else// 内核不支持NETFILTER, 该包肯定就是到自身的了// 返回IP协议的负值, 表示重新进行IP层协议的处理// 用解码后的内层协议来处理数据return -skb->nh.iph->protocol;#endif}drop_unlock:spin_unlock(&x->lock);xfrm_state_put(x);drop:while (--xfrm_nr >= 0)xfrm_state_put(xfrm_vec[xfrm_nr]);kfree_skb(skb);return 0;}最后说一下返回负协议值的处理, IP上层协议的handler是在ip_local_deliver_finish()函数中调用的:/* net/ipv4/ip_input.c */static inline int ip_local_deliver_finish(struct sk_buff *skb){int ihl = skb->nh.iph->ihl*4;__skb_pull(skb, ihl);/* Point into the IP datagram, just past the header. */skb->h.raw = skb->data;rcu_read_lock();{/* Note: See raw.c and net/raw.h, RAWV4_HTABLE_SIZE==MAX_INET_PROTOS */ int protocol = skb->nh.iph->protocol;int hash;struct sock *raw_sk;struct net_protocol *ipprot;resubmit:// 协议hash值, IPv4最大支持255种协议hash = protocol & (MAX_INET_PROTOS - 1);raw_sk = sk_head(&raw_v4_htable[hash]);/* If there maybe a raw socket we must check - if not we* don't care less*/if (raw_sk && !raw_v4_input(skb, skb->nh.iph, hash))raw_sk = NULL;// 直接在协议数组中获取协议指针if ((ipprot = rcu_dereference(inet_protos[hash])) != NULL) { int ret;if (!ipprot->no_policy) {if (!xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) {kfree_skb(skb);goto out;}nf_reset(skb);}// 调用协议handlerret = ipprot->handler(skb);if (ret < 0) {// 如果返回值为负, 取反后重新跳回resubmit点进行选协议处理 protocol = -ret;goto resubmit;}IP_INC_STATS_BH(IPSTATS_MIB_INDELIVERS);} else {if (!raw_sk) {if (xfrm4_policy_check(NULL, XFRM_POLICY_IN, skb)) {IP_INC_STATS_BH(IPSTATS_MIB_INUNKNOWNPROTOS); icmp_send(skb, ICMP_DEST_UNREACH,ICMP_PROT_UNREACH, 0);}} elseIP_INC_STATS_BH(IPSTATS_MIB_INDELIVERS);kfree_skb(skb);}}out:rcu_read_unlock();return 0;}3. 结论虽然在2.6的native ipsec中没支持虚拟网卡，但在通道模式下也用到了netif_rx函数将解码后的数据包重新接收处理的过程，并没有改变skb包的dev网卡参数，因此如果在该网卡上抓包，就会同时抓到最初的加密包和解码后的明文包；而用freeswan的实现，在普通网卡上抓包抓到的是加密包，由于freeswan在解码后将skb包的dev参数改为了ipsec*，因此是通过在ipsec*网卡上能抓到解密包。
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