# VPN, wie es funktioniert und warum wir es nicht brauchen ## Einleitung ### was ist das Thema? * **VPN** (Virtual Private Networks)\ Verschlüsselung, Authentifizierung, Fernzugriff * **nicht** Verschleierung oder Umgehung von Geofencing (keine kommerziellen Anbieter) * **Quizfrage**: Was war das wirklich Neue am Internet? ### wer bin ich? Goesta Smekal\ https://smekal.at @goesta@social.smekal.at goesta@smekal.at * habe mein halbes Leben in einem anderen Jahrhundert verbracht * beschäftige mich seit den frühen 90ern mit Freier Software, Computernetzwerken, IT-Security und dem Layer 8 * beruflich leite ich eine IT-Abteilung ## Grundlagen ### End to End Connection * Der IP-Stack verbindet erstmals Teilnehmer unterschiedlicher Netzwerke direkt miteinander * Durch ein einheitliches Adressschema: IP Adressen * verwendet anfangs unsichere Protokolle (Telnet, FTP, POP, ...) * IPv4 Adressraum ist (aus heutiger Sicht) klein und schlecht aufgeteilt * RFC 1918, CIDR -> NAT * Ende der e2e Verbindungen ### VPN verbindet (wieder) * verschlüsselter Tunnel zwischen zwei öffentlichen IPv4 Adressen * andere Clients können durch den Tunnel kommunizieren * Vertraulichkeit (durch Authentifizierung und Verschlüsselung) * End to End ... unter Voraussetzungen ### Betriebsarten #### Transport Mode * Verbindung zwischen zwei Knoten * Inhalt der Pakete wird geschützt #### Tunnel Mode * Verbindung wird zwischen zwei Routern aufgebaut * dahinter liegende Netze werden verbunden * Pakete werden in Pakete verpackt * transparent für Knoten hinter den Routern #### Road Warrior * (mobiler) Client verbindet sich zu bekanntem Endpunkt * typisch für Telearbeit ### Nutzen * Authentizität und Integrität der Daten sichergestellt * bei Verschlüsselung für Dritte verschleiert * Verbindung zwischen Subnetzen aus RFC1918 ## Evolution ### ... aus meiner persönlichen Sicht * IPSec (mit diversen Implementierungen) * OpenVPN * Wireguard ### IPSec * operiert am Internet Layer / OSI Layer 3 * AH und ESP als fixer Bestandteil von IPv6 * Backport aus Gründen * unterstützt Tunnel- und Transport-Mode (P2P) * Protokoll und Konfiguration sind komplex #### Protokolle * **A**uthentication **H**aeder * stellt die Integrität der Tunnelendpunkte sicher, HMAC aus * dem geheimen Schlüssel der Tunnelpartner * der Paket Payload * den fixen Teilen des IP Headers * **AH** ist ein eigenes IP Protokoll mit der Protokollnummer 51 * **E**ncapsulated **S**ecurity **P**ayload * stellt sicher: * Integrität des Pakets mittels HMAC * Vertraulichkeit des Inhalts mittels Verschlüsselung * **ESP** ist ein eigenes IP Protokoll mit der Protokollnummer 50 * **I**nternet **K**ey **E**xchange Protocol * tauscht die symmetrischen Session Keys über die noch unsicheren Verbindungen aus. * wird nicht vom Kernel abgewickelt. * Phase 1: Authentifizierung der Tunnelpartner * Phase 2: Austausch der Sessionkeys (Diffie Hellman) * möglich mit PSK, Zertifikaten oder Kerberos * **IKE** verwendet UDP-Port 500 #### weitere Artefakte * **S**ecurity **A**ssociation: alle Parameter, die zu einer IPSec Verbindung gehören. * IP Adressen der Tunnelendpunkte * Algorithmen * Schlüssel * SPI * **S**ecurity **P**arameter **I**ndex: eine eindeutige Kennung einer SA * **S**ecurity **A**ssiciation **D**atabase: der Ort an dem die SAs der einzelnen Tunnel gespeichert sind * **S**ecurity **P**olicy: bestimmt, welcher Traffic verschlüsselt werden soll * Quell- und Zieladressen * (optional) Protokolle und Ports, die verschlüsselt werden sollen * die SA die zur Anwendung kommt * **S**ecurity **P**olicy **D**atabase: der Ort an dem die SP gespeichert sind * **H**ash **M**essage **A**uthentication **C**ode: ein Hashwert aus wesentlichen Teilen des verschlüsselten IP Pakets #### Beispiel Konfiguration Tunnel Mode ``` #!/usr/sbin/setkey -f #ipsec.config flush; spdflush; spdadd 192.168.0.0/16 172.19.19.0/24 any -P out ipsec esp/tunnel/a.b.c.d-e.f.g.h/require; spdadd 172.19.19.0/24 192.168.0.0/16 any -P in ipsec esp/tunnel/e.f.g.h-a.b.c.d/require; ``` ``` #ipsec.secrets a.b.c.d e.f.g.h: PSK "putsomebloodykeyhere" e.f.g.h a.b.c.d: PSK "putsomebloodykeyhere" ``` ``` #racoon.conf path pre_shared_key "/etc/racoon/psk.txt"; log notify; remote a.b.c.d { exchange_mode main; proposal_check obey; proposal { encryption_algorithm 3des; hash_algorithm sha1; authentication_method pre_shared_key; dh_group modp1024; lifetime time 1440 minutes; } } sainfo address 192.168.0.0/16 any address 172.19.19.0/24 any { encryption_algorithm 3des; authentication_algorithm hmac_sha1; lifetime time 60 minutes; compression_algorithm deflate; } ``` #### Verwandte * PPTP (Point to Point Tunneling Protocol) - seit einigen Jahren gebrochen * L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) * Varianten sind in vielen Routern eingebaut, meist mit obskuren Parametern ### OpenVPN * verwendet TLS für Crypto * nutzt UDP (optional TCP) für den Transport * vielfältige Varianten (UDP Port 53, wer möchte ...) * einfachere Konfiguration * Routing Mode und Bridging Mode (Verbindung von Layer 2) * Authentifizierung über PSK oder Zertifikate #### Beispiel Konfiguration statische Keys ``` # server dev tun ifconfig 10.8.0.1 10.8.0.2 secret static.key ``` ``` # client remote myremote.mydomain dev tun ifconfig 10.8.0.2 10.8.0.1 secret static.key ``` ### Sonderfall SSH * SSH kann ebenfalls Tunnel herstellen * Vorteil: Tools fast überall vorhanden * Nachteil: Admins Albtraum #### verwandte Tools * stunnel * kann einzelne Services über TLS verfügbar machen * bietet keine Netz zu Netz Verbindung * socat * netcat on Steroids * kann über virtuelle Interfaces Netze verbinden * kann TLS nutzen ### Spezialfall Tor * verschleiert die Quelladresse * dient vorwiegend dem Schutz der Privatsphäre * nutzt massiv verteilte Infrastruktur * Kontrolle der Exit Nodes ist problematisch ### Abgrenzung Snakeoil VPN #### "SSL-VPN" * Applikationen werden via Webservice oder Remotedesktop im Browser angeboten * keine echte Verbindung zweier Netzwerke #### kommerzielle Angebote * Software, Crypto und Infrastruktur aus einer Hand\ gute Idee? * bieten Verschlüsselung und Verschleierung der Quelle * könnten "Generalschlüssel" besitzen (z.B. US Patriot Act) ## Exkurs Wireguard ### was ist neu? * verpackt die verschlüsselten Pakete in UDP * Authentifizierung über Public/Private Keys * Wireguard verzichtet auf komplexe Protokolle * weniger Protokolle - weniger Angriffsfläche * manueller Schlüsselaustausch * manuelle Synchronisation der Konfiguration #### Beispiel Konfiguration ``` [Interface] PrivateKey = yAnz5TF+lXXJte14tji3zlMNq+hd2rYUIgJBgB3fBmk= ListenPort = 51820 [Peer] PublicKey = xTIBA5rboUvnH4htodjb6e697QjLERt1NAB4mZqp8Dg= AllowedIPs = 10.192.122.3/32, 10.192.124.1/24 ``` ``` [Interface] PrivateKey = gI6EdUSYvn8ugXOt8QQD6Yc+JyiZxIhp3GInSWRfWGE= ListenPort = 21841 [Peer] PublicKey = HIgo9xNzJMWLKASShiTqIybxZ0U3wGLiUeJ1PKf8ykw= Endpoint = 192.95.5.69:51820 AllowedIPs = 0.0.0.0/0 ``` ## Ausblick IPv6 ### was macht es besser? * größerer Adressraum 128 statt 32 Bit * daher keine "privaten" Subnetze mehr nötig * relevante Protokolle sind verschlüsselt (auch unter legacy IP) * Firewalls müss(t)en kein NAT mehr machen * e2e Verbindungen mit e2e Crypto möglich * Mobile IPv6 * Knoten kann seine "lokale" IPv6 Adresse auf Reisen "mitnehmen" * ist dadurch unter seiner angestammten Adresse global erreichbar * Security Policy kann unverändert angewendet werden ### was löst es nicht? * verschleiert den Traffic nicht * Metadaten und Timing Attacken * es ist immer noch nicht da ...