wolfIP und passt — leichte TCP/IP-Stacks, die ohne dynamische Speicherzuweisung arbeiten

Die Entwickler der kryptografischen Bibliothek wolfSSL arbeiten an dem für eingebettete Geräte mit begrenzten Ressourcen optimierten TCP/IP-Stack wolfIP, der auch für Echtzeitsysteme und Lösungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen (Safety-Critical) geeignet ist. Um eine vorhersehbare Ressourcennutzung zu gewährleisten, wird in wolfIP keine dynamische Speicherzuweisung verwendet – alle Puffer und Socket-Tabellen haben eine feste Größe und werden zur Kompilierungszeit konfiguriert. Der Projektcode ist in C geschrieben und wird unter der GPLv3-Lizenz verbreitet.

Das Projekt kann als im Benutzerspace arbeitender TCP/IP-Stack verwendet werden, der den Netzwerkstack von Linux, FreeBSD und macOS ersetzt und eignet sich auch für eingebettete Systeme auf der Basis von FreeRTOS, SafeRTOS, Zephyr, Azure RTOS ThreadX, NuttX, RTEMS, VxWorks und QNX. Darüber hinaus können auf der Basis von wolfIP autarke Netzwerkapplikationen erstellt werden, die direkt auf der Hardware (bare-metal) ausgeführt werden. In Verbindung mit der Bibliothek wolfSSL wird die Unterstützung für TLS 1.3 bereitgestellt, wodurch kompakte eingebettete Systeme ermöglicht werden, die HTTPS unterstützen.

Die Hauptmerkmale von wolfIP:

• Verwendung von im Voraus in statischem Speicher allozierten Puffern bei der Verarbeitung von Netzwerkpaketen. Die Aufrufe von malloc und free werden nicht verwendet.
• Möglichkeit der Nutzung anstelle der standardmäßigen systembedingten Netzwerkstacks auf POSIX-Systemen.
• Unterstützung von BSD-Sockets im blockierenden und nicht blockierenden Modus.
• Kompakte Größe (4200 Codezeilen, viermal kleiner als der TCP/IP-Stack lwIP).
• Unterstützung von Netzwerk-Interfaces für STM32 Ethernet.
• Möglichkeit, das TAP-Netzwerkinterface für Tests ohne Hardware zu verwenden.
• Entwicklung mit Fokus auf Systeme mit erhöhten Sicherheitsanforderungen: deterministische und reproduzierbare Konfiguration; ein Bereitstellungsmodell, das Sicherheit bietet (Secure-by-default); Isolation zwischen Komponenten. Unterstützung für sicheres Versions-Upgrade; langfristige Unterstützung.
• Berücksichtigung der Anforderungen an hochzuverlässige Systeme: keine dynamische Ressourcenallokation; feste Pools von Speicher; kontrollierte Ressourcennutzung; vorhersehbares Verhalten; vereinfachte Architektur; Unterstützung der Generierung von Artefakten zur Verifikation.
• Implementierung von IPv4, UDP, TCP, IPSEC, ARP, ICMP, DHCP-Client, DNS-Client und HTTP/HTTPS-Server. Unterstützung für die Implementierung von TCP RFC 7323 (TCP-Zeitstempel, RTT-Messung, PAWS, Fenster-Skalierung), MSS (Maximalgröße des Segments), RTO (Retransmission Timeout) und SACK (Selective Acknowledgment). Mehrere Algorithmen zur Kontrolle der Überlastung.

Zu den Einschränkungen von wolfIP gehört die Möglichkeit, wolfIP nur als Endpunkt zu verwenden, der Verbindungen annehmen und herstellen kann, jedoch keine Datenverkehrsweiterleitung zwischen Netzwerkschnittstellen unterstützt.

Zusätzlich kann die aktive Entwicklung des Mitarbeiters von Red Hat eines ähnlichen TCP/IP-Stacks namens passt erwähnt werden, der im Benutzerspeicher arbeitet und keine dynamische Speicherzuweisung verwendet. Das Projekt passt wird entwickelt, um eine Kommunikationsverbindung zwischen der Host-Umgebung und den Gastsystemen in QEMU als sicherere Alternative zu libslirp zu bieten. Der Code von passt ist in C geschrieben, umfasst etwa 5000 Zeilen und wird unter der Lizenz GPLv2+ verbreitet.

Zu den Besonderheiten von passt gehören: IPv6-Unterstützung neben IPv4, Optimierung basierend auf AVX2-Instruktionen, Schutz vor SYN-Flood, integrierte Unterstützung für QEMU, libvirt und Podman, Pakete für alle gängigen Distributionen, ARP-Proxy-Service, minimalistische DHCPD-, DHCPv6- und NDP-Server, seccomp-Profil zum Blockieren aller ungenutzten Systemaufrufe, Unterstützung für NAT, Möglichkeit der Nutzung als transparente Alternative zu slirp4netns.

Quelle: opennet.ru