Google откри разработки, свързани със защитения мрежов протокол на PSP

Google обяви откриването на спецификации и референтна реализация на PSP (PSP Security Protocol), използван за криптиране на трафика между центровете за данни. Протоколът използва архитектура за капсулиране на трафик, подобна на IPsec ESP (Encapsulating Security Payloads) през IP, осигурявайки криптиране, контрол на криптографската цялост и удостоверяване на източника. Кодът за изпълнение на PSP е написан на C и се разпространява под лиценза Apache 2.0.

Характеристика на PSP е оптимизирането на протокола за ускоряване на изчисленията и намаляване на натоварването на централния процесор чрез преместване на операциите за криптиране и декриптиране към страната на мрежовите карти (разтоварване). Хардуерното ускорение изисква специални PSP-съвместими мрежови карти. За системи с мрежови карти, които не поддържат PSP, се предлага софтуерна реализация на SoftPSP.

UDP протоколът се използва като транспорт за пренос на данни. PSP пакетът започва с IP хедър, последван от UDP хедър и след това собствен PSP хедър с информация за криптиране и удостоверяване. След това съдържанието на оригиналния TCP/UDP пакет се добавя, завършвайки с последен PSP блок с контролна сума за потвърждаване на целостта. PSP хедърът, както и хедърът и данните на капсулирания пакет, винаги се удостоверяват, за да се потвърди самоличността на пакета. Данните на капсулирания пакет могат да бъдат криптирани, като същевременно е възможно селективно да се приложи криптиране, като се остави част от TCP хедъра чист (като се запази контролът на автентичността), например, за да се осигури възможност за проверка на пакети на транзитно мрежово оборудване.

PSP не е обвързан с конкретен протокол за обмен на ключове, предлага няколко опции за пакетен формат и поддържа използването на различни криптографски алгоритми. Например, осигурена е поддръжка за алгоритъма AES-GCM за криптиране и удостоверяване (автентификация) и AES-GMAC за удостоверяване без криптиране на действителните данни, например когато данните не са ценни, но трябва да се уверите, че не са са били подправени по време на предаване и че е правилният. които са били първоначално изпратени.

За разлика от типичните VPN протоколи, PSP използва криптиране на ниво отделни мрежови връзки, а не целия комуникационен канал, т.е. PSP използва отделни ключове за криптиране за различни тунелирани UDP и TCP връзки. Този подход дава възможност да се постигне по-строга изолация на трафика от различни приложения и процесори, което е важно, когато приложения и услуги на различни потребители работят на един и същи сървър.

Google използва PSP протокола както за защита на собствените си вътрешни комуникации, така и за защита на трафика на клиенти на Google Cloud. Първоначално протоколът е проектиран да работи ефективно в инфраструктури на ниво Google и трябва да осигури хардуерно ускорение на криптирането при наличие на милиони активни мрежови връзки и установяване на стотици хиляди нови връзки в секунда.

Поддържат се два режима на работа: „състояние“ и „без състояние“. В режим „без състояние“ ключовете за криптиране се предават на мрежовата карта в дескриптора на пакета и за декриптиране те се извличат от полето SPI (Security Parameter Index), присъстващо в пакета, като се използва главен ключ (256-битов AES, съхранен в паметта на мрежовата карта и се подменя на всеки 24 часа), което ви позволява да спестите памет на мрежовата карта и да минимизирате информацията за състоянието на криптираните връзки, съхранявана от страната на оборудването. В режим „stateful“ ключовете за всяка връзка се съхраняват на мрежовата карта в специална таблица, подобно на това как хардуерното ускорение се реализира в IPsec.

PSP предоставя уникална комбинация от възможности на TLS и IPsec/VPN протокол. TLS подхождаше на Google по отношение на сигурността на всяка връзка, но не беше подходящ поради липсата на гъвкавост за хардуерно ускорение и липсата на поддръжка на UDP. IPsec осигуряваше независимост на протокола и поддържаше добре хардуерно ускорение, но не поддържаше обвързване на ключ към отделни връзки, беше проектиран само за малък брой създадени тунели и имаше проблеми с мащабирането на хардуерното ускорение поради съхраняване на пълното състояние на криптиране в таблици, разположени в паметта на мрежовата карта (например, 10 GB памет са необходими за обработка на 5 милиона връзки).

В случай на PSP, информацията за състоянието на криптиране (ключове, вектори за инициализация, последователни номера и т.н.) може да бъде предадена в дескриптора на TX пакета или под формата на указател към паметта на хост системата, без да се заема паметта на мрежовата карта. Според Google приблизително 0.7% от изчислителната мощност и голямо количество памет преди това са били изразходвани за криптиране на RPC трафик в инфраструктурата на компанията. Въвеждането на PSP чрез използването на хардуерно ускорение направи възможно намаляването на тази цифра до 0.2%.

Източник: opennet.ru