Строим туннели. Разбираемся с новинками VPN

[uzverss]

При работе с облачными сервисами важна не только скорость обработки и передачи данных - на первое место выдвигается гарантированный уровень безопасности. Данные, хранящиеся на внешнем ресурсе, ни в коем случае не должны попасть в чужие руки. C другой стороны, постоянно появляются сообщения о попытках государств что-нибудь да заблокировать. Наверное, поэтому в последнее время вырос интерес к VPN-решениям, и наряду с уже традиционными IPsec/XFRM и OpenVPN в Linux стали активно развиваться еще несколько проектов. Сегодня тебя ждут четыре интересных экземпляра: SoftEther VPN, WireGuard, FreeLAN и GoVPN.

SoftEther VPN

SoftEther VPN - академический проект японского Цукубского университета (University of Tsukuba), распространяемый под лицензией GPLv2. Главной его особенностью является поддержка нескольких VPN-протоколов, совместимых с оригинальными клиентами. Это позволяет вместо парка серверов из проприетарных и open source решений использовать для подключения клиентов, работающих под управлением разных ОС, одно приложение. И просто выбирать нужный протокол в зависимости от конкретной ситуации. Поддерживаются: SSL-VPN (HTTPS), IPsec, L2TP, MS-SSTP, L2TPv3, EtherIP и OpenVPN. SoftEther VPN работает в режимах remote-access и site-to-site, на уровнях L2 (Ethernet-bridging) и L3 (IP). В случае замены OpenVPN мы получаем более простую конфигурацию. Есть генератор ovpn-файлов для быстрого подключения VPN-клиента. Замена SSTP VPN позволяет отказаться от использования серверов на базе Win2k8/2012, требующих лицензии. Собственный протокол обеспечивает прохождение Ethernet поверх HTTPS (отсюда и название проекта - Software Ethernet), характеризуется хорошей пропускной способностью и низкой латентностью. Его использование дает возможность прозрачно соединить несколько Ethernet-сетей в одну, то есть отпадает необходимость в дополнительных решениях Ethernet-over-IP.

И главное - он совместим с NAT и работает через стандартный 443-й порт, который обычно не блокируется брандмауэрами провайдеров. Эта возможность позволяет скрыть вообще использование VPN: со стороны трафик выглядит как обычный и не обнаруживается технологиями Deep Packet Inspection. Собственно, поэтому он и стал очень популярен в Китае, где его используют для обхода Великого китайского файрвола. При этом на стороне клиента реализован виртуальный сетевой адаптер Ethernet, а на сервере - виртуальный коммутатор. Большой плюс - наличие NAT Traversal, включенной по умолчанию, то есть не нужно просить админа открыть доступ к VPN-серверу, находящемуся во внутренней сети. Но и это еще не все. В сетях с ограниченным доступом, у которых блокируются все TCP- и UDP-пакеты (например, публичные Wi-Fi), для создания VPN можно использовать протоколы ICMP и DNS, обычно не блокируемые брандмауэром. Поддерживается Dynamic DNS, позволяющий получить доступ при динамически меняющемся IP-адресе. Для этого реализован сервис VPN Gate, называемый VPN Azure Cloud Service, - к нему можно организовать соединение из внутренней сети и затем при необходимости свободно попадать внутрь сети. Клиентская часть содержит специальный плагин VPN Gate, позволяющий отслеживать смену IP и быстро подключаться к VPN Gate.

Обеспечивается высокая производительность и скорость соединения 1 Гбайт/с без существенных ограничений по объемам ОЗУ и минимальной нагрузке на процессор. Поэтому требования к серверной части очень невысоки. По тестам SoftEther VPN обходит на том же оборудовании оригинальные решения. Поддерживается шифрование AES-256 и RSA-4096, IPv4/IPv6, журналирование трафика и событий. Аутентификация пользователей локальная, RADIUS и домен Windows.

Администрирование учетных записей и параметры безопасности могут быть настроены удаленно с помощью графического интерфейса Server Manager (локализация только английский, японский и китайский), который устанавливается на Win- или macOS-компьютере администратора или при помощи утилиты командной строки vpncmd. Возможна установка на Windows, Linux, macOS, FreeBSD и Solaris. Доступен исходный код и архив со скомпилированным приложением. Для установки потребуется выбрать ОС, платформу и компонент (сервер, клиент, bridge…). Официально поддерживаются Linux-ядра 2.4/2.6/3.x, но без проблем работает и в современных дистрибутивах с ядром 4.х. В Linux достаточно распаковать архив и запустить файл .install.sh, после чего раза три принять условия лицензии и по окончании запустить сервер:

$ sudo ./vpnserver start

Далее, отвечая на вопросы vpncmd (или при помощи Server Manager), настраиваем параметры подключения.


Управлять SoftEther VPN можно при помощи графического интерфейса

WireGuard

WireGuard - результат исследований автора проекта Джейсона Доненфилда (Jason A. Donenfeld), главы компании Edge Security. Продукт со встроенной криптографией, одновременно простой в использовании и в реализации (чуть более 4000 строк кода), что существенно выделяет его среди остальных решений. Например, его код легче проанализировать, чем все, что написано в рамках *Swan/IPsec или OpenVPN. Самый молодой проект обзора. О нем заговорили в середине лета 2016-го после публикации анонса в списке рассылки разработчиков ядра Linux, где был представлен патч к ядру. Хотя сам проект развивается уже несколько лет и прошел стадию рецензирования криптографии, то есть его можно внедрять в основное ядро.

VPN-соединение инициализируется (handshake) путем обмена открытыми ключами и напоминает подход, применяемый в SSH. Все остальное прозрачно обрабатывается WireGuard, нет необходимости беспокоиться о ключах, роутинге, контроле состояния и прочем, это все забота WireGuard. Возможно использование симметричного шифрования, но это потребует чуть больших настроек. Маршрутизация производится по ключам шифрования, для этого к каждому сетевому интерфейсу привязывается закрытый ключ. Для обновления ключей handshake происходит через определенное время или по сигналу, что ключи устарели. Для согласования ключей и соединения вместо собственного демона в пространстве пользователя используется механизм Noise_IK из Noise Protocol Framework, похожий на поддержание authorized_keys в SSH, без усложнений в виде поддержки x509 и ASN.1.

Для шифрования применяются потоковый шифр ChaCha20 и алгоритм аутентификации сообщений (MAC) Poly1305. Для генерации совместного секретного ключа - протокол Диффи - Хеллмана на эллиптических кривых в реализации Curve25519, предложенной Дэниелом Бернштейном. Для хеширования используются BLAKE2s (RFC 7693) и SipHash-2-4. Избежать replay-атаки позволяет метка времени TAI64N, пакеты с меньшей меткой времени отбрасываются.

Передача данных осуществляется на третьем уровне ISO через инкапсуляцию в пакеты UDP. Поддерживаются IPv4 и IPv6, инкапсуляция v4 в v6 и v6 в v4. Может работать за NAT и файрволом. Поддерживается смена IP-адреса VPN-сервера без разрыва соединения с автоматической перенастройкой клиента.

После установки в системе появляется новый сетевой интерфейс wg0, который может быть настроен штатными инструментами ipconfig/ip-address и route/ip-route. Специальная утилита wg позволяет установить секретный ключ устройства и указать список ассоциаций для клиентов (его публичный ключ, разрешенный IP).

Для установки понадобится дистрибутив с ядром Linux >4.1. Пакет можно найти в репозиториях основных дистрибутивов Linux. Для Ubuntu 16.04 есть PPA.

$ sudo add-apt-repository ppa:hda-me/wireguard
$ sudo apt update
$ sudo apt install wireguard-dkms wireguard-tools

Самостоятельная сборка из исходных текстов также несложна. Поднимаем интерфейс, генерируем пару ключей (для примера сохраняем в файлах privatekey и publickey):

$ sudo ip link add dev wg0 type wireguard
$ wg genkey | tee privatekey | wg pubkey > publickey

Получаем публичный ключ от клиента и создаем соединение.

$ sudo wg set wg0 listen-port 1234 private-key ~/privatekey peer IKy1eCE9pP1w... allowed-ips 192.168.0.0/24 endpoint 1.2.3.4:9876

Возможно использование PresharedKey (генерируется командой wg genpsk), который добавляет еще один уровень симметричного шифрования к имеющемуся шифрованию с открытым ключом. Для пира можно указать PersistentKeepalive, позволяющий поддерживать соединение из-за NAT и файрвола. Поднимаем интерфейс:

$ sudo ip address add dev wg0 192.168.0.1

Смотрим настройки:

$ sudo wg

Для удобства лучше заранее подготовить конфигурационный файл, содержащий секцию interface и секции peer. Формат можно увидеть, введя wg showconf.

$ sudo wg setconf wg0 myconfig.conf

Подходит как для небольших встроенных устройств вроде смартфонов, так и для магистральных маршрутизаторов. Тесты показали, что WireGuard имеет примерно в четыре раза лучшую пропускную способность и в 3,8 раза более отзывчив по сравнению с OpenVPN (256-bit AES c HMAC-SHA-2-256). Здесь сказывается не только реализация в виде модуля ядра, тогда как OpenVPN работает в userspace. Повышение производительности обусловлено отказом от использования CryptoAPI ядра, работающего достаточно медленно. Вместо него в WireGuard задействованы собственные реализации ChaCha20, Poly1305, BLAKE2s и Curve25519, которые позиционируются как быстрые и безопасные аналоги AES-256-CTR и HMAC, их программная реализация позволяет добиться фиксированного времени выполнения без аппаратной поддержки.

Также WireGuard благодаря меньшим задержкам чуть лучше выглядит в производительности по сравнению с IPsec (256-bit ChaCha20 + Poly1305 и AES-256-GCM-128), но вот настройки гораздо проще.

Пока WireGuard доступен только для Linux, после тестирования предполагается портировать в другие ОС. Код распространяется под лицензией GNU GPLv2.


Настройка WireGuard


Смотрим конфигурацию WireGuard

FreeLAN

FreeLAN - мультиплатформенный VPN-клиент, который распространяется по лицензии GNU GPL и относится к так называемому классу Full Mesh, то есть использует P2P-технологии. Проект относительно молодой, активно начал продвигаться только с 2013 года. Его главное отличие от других проектов - это выбор варианта архитектуры: клиент-серверная (как привычный VPN, клиенты в зависимости от установок могут или не могут обмениваться данными друг с другом, сервер может выступать как релей), P2P (клиенты подключаются друг к другу напрямую) и смешанный (оба варианта). Таким образом, можно гибко настроить VPN практически под любые условия. Например, сервер может понадобиться, чтобы получать доступ во внутреннюю сеть или для контроля соединений, в остальных случаях можно позволить подключаться напрямую.

Основой служит собственный протокол FSCP (FreeLAN Secure Channel Protocol), базирующийся на UDP. Может работать как на уровне Ethernet, устанавливая прямые Ethernet-соединения между узлами, так и на уровне IPv4/IPv6. Предусмотрена авторизация по секретному слову и по X.509-сертификатам, минимальный размер открытого ключа RSA - 1024 бит, рекомендуемый - 2048 бит, в качестве симметричного ключа используется AES-256. Сессии имеют ограниченный срок службы, после окончания которого перезапускаются, сообщения содержат счетчики и контролируют время, что позволяет избежать replay-атак. Для поддержания сеанса отправляются сообщения keep-alive. Заголовок сообщения подписывается частным ключом или HMAC-SHA-256, если используется pre-shared-ключ. В общем, выбор в настройках очень большой.

Поддерживаются Win, Linux, macOS, Raspberry Pi. Пакет есть в репозиториях основных дистрибутивов, поэтому установка сложностей не вызывает. По факту программа представляет собой один бинарник, поэтому создавать сети очень просто.

$ freelan --security.passphrase "secret"

По умолчанию сервер откроет порт UDP/12000 на всех интерфейсах, виртуальный интерфейс получит адрес 9.0.0.1. Используя дополнительные параметры, их можно переопределить, как и указать сертификаты. Подключаемся к серверу с другого узла, присвоим ему другой внутренний IP:

$ freelan --security.passphrase "secret" --fscp.contact 1.2.3.4:12000 --tap_adapter.ipv4_address_prefix_length 9.0.0.2/24

Для удобства все настройки можно поместить в конфигурационный файл. При установке в Ubuntu уже есть готовый шаблон /etc/freelan/freelan.cfg, который будет прочитан при запуске, а поэтому лучше сразу внести в него параметры. Альтернатива FreeLAN - PeerVPN или Cjdns, в которых также используют распределенные технологии.


Поднимаем сервер FreeLAN


Конфигурационный файл FreeLAN

GoVPN

GoVPN - легкий и простой в настройке демон VPN, предназначенный для создания шифрованных и аутентифицированных каналов связи поверх UDP или TCP. Среди задач проекта - безопасный код, который легко читать и анализировать, безопасность, устойчивость к DPI/цензуре. Фактически GoVPN просто туннелирует кадры Ethernet - ни больше ни меньше. Нет никаких особых инструментов для управления IP, но для этого можно самостоятельно написать скрипты. Использует TAP сетевые интерфейсы, в настройках можно задавать его имя. MTU конфигурируются относительно каждого клиента отдельно. Написан на языке Go и распространяется под лицензией GPLv3. Для согласования ключей используется протокол с двусторонней аутентификацией сторон по парольной фразе (PAKE DH A-EKE: Diffie - Hellman Augmented Encrypted Key Exchange). Клиент для подключения вводит парольную фразу, на серверной стороне хранится верификатор, который нельзя использовать с клиентской стороны, поэтому даже при взломе сервера хакер не может выдавать себя за клиента.

Реализовано три режима работы:

• обычный (применяется по умолчанию), когда в сеть идут просто зашифрованные пакеты;
• noise (шумовой), когда пакеты дополняются шумом до постоянной длины;
• CPR (постоянной скорости) - в дополнение к noise пакеты отправляются строго через определенный промежуток, если нет полезной информации, отправляется шумовой пакет.

В последних двух режимах благодаря генерированию постоянного шумового трафика удается скрывать длину сообщений и сам факт передачи полезной нагрузки. Имеет свойство нулевого неразглашения, при котором невозможна offline-атака по словарю, устойчив к replay-атакам через использование одноразового кода аутентификации сообщения (message authentication code) и синхронизацию времени (опционально). Предусмотрена ротация сессионных ключей и отправка heartbeat для поддержания работы через NAT или файрвол. Для хеширования парольных фраз задействован Balloon (в релизе 6.0). В релизе 5.0 это был Argon2d, еще ранее PBKDF2. Поэтому версии несовместимы.

Есть нешифрованный режим, также обеспечивающий конфиденциальность и аутентичность данных благодаря технологии chaffing and winnowing. Он позволяет обойти ограничения на использование криптографических инструментов в некоторых странах. Вместо шифрования применяются алгоритмы аутентификации и передача множества лишних пакетов (получатель просто отбирает те, которые ему подходят). Но это увеличивает каждый пакет на 4128 байт, поэтому режим требователен и к процессору, и к лишнему передаваемому трафику.

Совместим с IPv4 и IPv6. Возможно подключение через внешний HTTP-прокси, клиент также имеет встроенный режим HTTP-прокси, который можно использовать для доступа к серверу. Для получения статистики о подключенных клиентах в режиме реального времени в JSON-формате используется встроенный HTTP-сервер. Поддерживается работа в GNU/Linux и FreeBSD. Сервер конфигурируется с использованием YAML-файла.

Готовых пакетов проект не предлагает, только исходные тексты, для сборки понадобятся пакеты uml-utilities и golang. Хотя неофициальные порты появились уже в некоторых дистрибутивах. Дистрибутив постоянно развивается, и часть инструкций по настройке уже недействительна.


Настройка клиента в GoVPN

https://xakep.ru/2016/10/07/vpn-review/