आईपिपौ: केवल एक अनएन्क्रिप्टेड सुरंग से कहीं अधिक

हम IPv6 के भगवान से क्या कह रहे हैं?

यह सही है, हम आज एन्क्रिप्शन के देवता से भी यही कहेंगे।

यहां हम एक अनएन्क्रिप्टेड IPv4 सुरंग के बारे में बात करेंगे, लेकिन "वार्म लैंप" के बारे में नहीं, बल्कि एक आधुनिक "एलईडी" के बारे में। और यहां कच्चे सॉकेट भी चमक रहे हैं, और उपयोगकर्ता स्थान में पैकेट के साथ काम चल रहा है।

हर स्वाद और रंग के लिए एन टनलिंग प्रोटोकॉल हैं:

• स्टाइलिश, फैशनेबल, युवा WireGuard
• स्विस चाकू, ओपनवीपीएन और एसएसएच जैसे बहुक्रियाशील
• पुराना और दुष्ट जीआरई नहीं
• सबसे सरल, तेज़, पूरी तरह से अनएन्क्रिप्टेड आईपीआईपी
• सक्रिय रूप से विकास कर रहा है जिनेवा
• कई दूसरे।

लेकिन मैं एक प्रोग्रामर हूं, इसलिए मैं एन को केवल एक अंश तक बढ़ाऊंगा, और वास्तविक प्रोटोकॉल का विकास कोमर्सेंट डेवलपर्स पर छोड़ दूंगा।

एक अजन्मे में परियोजनाअब मैं जो कर रहा हूं वह बाहर से NAT के पीछे मेजबानों तक पहुंचना है। इसके लिए वयस्क क्रिप्टोग्राफी के साथ प्रोटोकॉल का उपयोग करते हुए, मैं इस भावना को हिला नहीं सका कि यह तोप से गौरैया को गोली मारने जैसा था। क्योंकि सुरंग का उपयोग अधिकांशतः केवल NAT-e में छेद करने के लिए किया जाता है, आंतरिक ट्रैफ़िक भी आमतौर पर एन्क्रिप्ट किया जाता है, लेकिन फिर भी वे HTTPS में डूब जाते हैं।

विभिन्न टनलिंग प्रोटोकॉल पर शोध करते समय, मेरे आंतरिक पूर्णतावादी का ध्यान इसके न्यूनतम ओवरहेड के कारण बार-बार आईपीआईपी की ओर आकर्षित हुआ। लेकिन इसमें मेरे कार्यों के लिए डेढ़ महत्वपूर्ण कमियाँ हैं:

• इसके लिए दोनों तरफ सार्वजनिक आईपी की आवश्यकता है,
• और आपके लिए कोई प्रमाणीकरण नहीं.

इसलिए, पूर्णतावादी को वापस खोपड़ी के अंधेरे कोने में, या जहां भी वह बैठता है, वहां धकेल दिया गया।

और फिर एक दिन, लेख पढ़ते समय मूल रूप से समर्थित सुरंगें लिनक्स में मुझे FOU (Foo-over-UDP) यानि की जानकारी मिली। जो भी हो, यूडीपी में लिपटा हुआ। अब तक, केवल आईपीआईपी और जीयूई (जेनेरिक यूडीपी एनकैप्सुलेशन) समर्थित हैं।

“यहाँ चांदी की गोली है! मेरे लिए एक साधारण आईपीआईपी ही काफी है।” - मैंने सोचा।

दरअसल, गोली पूरी तरह से चांदी की नहीं निकली। यूडीपी में एनकैप्सुलेशन पहली समस्या को हल करता है - आप पूर्व-स्थापित कनेक्शन का उपयोग करके बाहर से एनएटी के पीछे के ग्राहकों से जुड़ सकते हैं, लेकिन यहां आईपीआईपी की अगली कमी का आधा हिस्सा एक नई रोशनी में खिलता है - निजी नेटवर्क से कोई भी दृश्यमान के पीछे छिप सकता है सार्वजनिक आईपी और क्लाइंट पोर्ट (शुद्ध आईपीआईपी में यह समस्या मौजूद नहीं है)।

इस डेढ़ समस्या को हल करने के लिए उपयोगिता का जन्म हुआ ipipou. यह कर्नेल FOU के संचालन को बाधित किए बिना, एक दूरस्थ होस्ट को प्रमाणित करने के लिए एक घरेलू तंत्र को लागू करता है, जो कर्नेल स्पेस में पैकेट को जल्दी और कुशलता से संसाधित करेगा।

हमें आपकी स्क्रिप्ट की आवश्यकता नहीं है!

ठीक है, यदि आप क्लाइंट के सार्वजनिक पोर्ट और आईपी को जानते हैं (उदाहरण के लिए, इसके पीछे हर कोई कहीं नहीं जाता है, NAT पोर्ट 1-इन-1 को मैप करने का प्रयास करता है), तो आप एक आईपीआईपी-ओवर-एफओयू सुरंग बना सकते हैं बिना किसी स्क्रिप्ट के, निम्नलिखित कमांड।

सर्वर पर:

# Подгрузить модуль ядра FOU
modprobe fou

# Создать IPIP туннель с инкапсуляцией в FOU.
# Модуль ipip подгрузится автоматически.
ip link add name ipipou0 type ipip 
    remote 198.51.100.2 local 203.0.113.1 
    encap fou encap-sport 10000 encap-dport 20001 
    mode ipip dev eth0

# Добавить порт на котором будет слушать FOU для этого туннеля
ip fou add port 10000 ipproto 4 local 203.0.113.1 dev eth0

# Назначить IP адрес туннелю
ip address add 172.28.0.0 peer 172.28.0.1 dev ipipou0

# Поднять туннель
ip link set ipipou0 up

ग्राहक पर:

modprobe fou

ip link add name ipipou1 type ipip 
    remote 203.0.113.1 local 192.168.0.2 
    encap fou encap-sport 10001 encap-dport 10000 encap-csum 
    mode ipip dev eth0

# Опции local, peer, peer_port, dev могут не поддерживаться старыми ядрами, можно их опустить.
# peer и peer_port используются для создания соединения сразу при создании FOU-listener-а.
ip fou add port 10001 ipproto 4 local 192.168.0.2 peer 203.0.113.1 peer_port 10000 dev eth0

ip address add 172.28.0.1 peer 172.28.0.0 dev ipipou1

ip link set ipipou1 up

जहां

• ipipou* - स्थानीय सुरंग नेटवर्क इंटरफ़ेस का नाम
• 203.0.113.1 - सार्वजनिक आईपी सर्वर
• 198.51.100.2 — ग्राहक का सार्वजनिक आईपी
• 192.168.0.2 - क्लाइंट आईपी इंटरफ़ेस eth0 को सौंपा गया है
• 10001 - FOU के लिए स्थानीय क्लाइंट पोर्ट
• 20001 - FOU के लिए सार्वजनिक क्लाइंट पोर्ट
• 10000 - FOU के लिए सार्वजनिक सर्वर पोर्ट
• encap-csum - एनकैप्सुलेटेड यूडीपी पैकेट में यूडीपी चेकसम जोड़ने का विकल्प; द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है noencap-csum, उल्लेख करने की आवश्यकता नहीं है, अखंडता पहले से ही बाहरी एनकैप्सुलेशन परत द्वारा नियंत्रित होती है (जबकि पैकेट सुरंग के अंदर होता है)
• eth0 - स्थानीय इंटरफ़ेस जिससे आईआईपी सुरंग बंधी होगी
• 172.28.0.1 - क्लाइंट टनल इंटरफ़ेस का आईपी (निजी)
• 172.28.0.0 - आईपी टनल सर्वर इंटरफ़ेस (निजी)

जब तक यूडीपी कनेक्शन जीवित है, सुरंग कार्य क्रम में रहेगी, लेकिन यदि यह टूट जाती है, तो आप भाग्यशाली होंगे - यदि ग्राहक का आईपी: पोर्ट वही रहता है - यह जीवित रहेगा, यदि वे बदलते हैं - तो यह टूट जाएगा।

सब कुछ वापस करने का सबसे आसान तरीका कर्नेल मॉड्यूल को अनलोड करना है: modprobe -r fou ipip

भले ही प्रमाणीकरण की आवश्यकता न हो, क्लाइंट का सार्वजनिक आईपी और पोर्ट हमेशा ज्ञात नहीं होते हैं और अक्सर अप्रत्याशित या परिवर्तनशील होते हैं (NAT प्रकार के आधार पर)। यदि आप छोड़ दें encap-dport सर्वर साइड पर, सुरंग काम नहीं करेगी, यह रिमोट कनेक्शन पोर्ट लेने के लिए पर्याप्त स्मार्ट नहीं है। इस मामले में, आईपिपौ भी मदद कर सकता है, या वायरगार्ड और उसके जैसे अन्य लोग आपकी मदद कर सकते हैं।

यह कैसे काम करता है?

क्लाइंट (जो आमतौर पर NAT के पीछे होता है) एक सुरंग खोलता है (जैसा कि ऊपर के उदाहरण में है), और सर्वर पर एक प्रमाणीकरण पैकेट भेजता है ताकि वह अपनी तरफ सुरंग को कॉन्फ़िगर कर सके। सेटिंग्स के आधार पर, यह एक खाली पैकेट हो सकता है (सिर्फ इसलिए ताकि सर्वर सार्वजनिक आईपी: कनेक्शन पोर्ट देख सके), या डेटा के साथ जिसके द्वारा सर्वर क्लाइंट की पहचान कर सके। डेटा स्पष्ट पाठ में एक साधारण पासफ़्रेज़ हो सकता है (HTTP बेसिक ऑथ के साथ समानता दिमाग में आती है) या एक निजी कुंजी के साथ हस्ताक्षरित विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया डेटा (HTTP डाइजेस्ट ऑथ के समान केवल मजबूत, फ़ंक्शन देखें) client_auth कोड में)।

सर्वर पर (सार्वजनिक आईपी के साथ), जब आईपिपौ शुरू होता है, तो यह एक एनएफक्यू कतार हैंडलर बनाता है और नेटफिल्टर को कॉन्फ़िगर करता है ताकि आवश्यक पैकेट वहां भेजे जाएं जहां उन्हें होना चाहिए: एनएफक्यू कतार से कनेक्शन शुरू करने वाले पैकेट, और [लगभग] बाकी सभी सीधे श्रोता FOU के पास जाते हैं।

जो लोग नहीं जानते हैं, उनके लिए nfqueue (या NetfilterQueue) उन शौकीनों के लिए एक विशेष चीज है जो कर्नेल मॉड्यूल विकसित करना नहीं जानते हैं, जो नेटफिल्टर (nftables/iptables) का उपयोग करके आपको नेटवर्क पैकेट को उपयोगकर्ता स्थान पर पुनर्निर्देशित करने और उन्हें वहां संसाधित करने की अनुमति देता है। आदिम का मतलब हाथ में है: संशोधित करें (वैकल्पिक) और इसे कर्नेल को वापस दें, या इसे त्याग दें।

कुछ प्रोग्रामिंग भाषाओं के लिए nfqueue के साथ काम करने के लिए बाइंडिंग हैं, बैश के लिए कोई नहीं था (हेह, आश्चर्य की बात नहीं), मुझे पायथन का उपयोग करना पड़ा: ipipou उपयोग करता है नेटफ़िल्टरक्यू.

यदि प्रदर्शन महत्वपूर्ण नहीं है, तो इस चीज़ का उपयोग करके आप अपेक्षाकृत कम स्तर पर पैकेट के साथ काम करने के लिए अपेक्षाकृत तेज़ी से और आसानी से अपना तर्क बना सकते हैं, उदाहरण के लिए, प्रयोगात्मक डेटा ट्रांसफर प्रोटोकॉल बनाएं, या गैर-मानक व्यवहार के साथ स्थानीय और दूरस्थ सेवाओं को ट्रोल करें।

कच्चे सॉकेट nfqueue के साथ हाथ से काम करते हैं, उदाहरण के लिए, जब सुरंग पहले से ही कॉन्फ़िगर की गई है और FOU वांछित पोर्ट पर सुन रहा है, तो आप सामान्य तरीके से उसी पोर्ट से एक पैकेट नहीं भेज पाएंगे - यह व्यस्त है, लेकिन आप कच्चे सॉकेट का उपयोग करके बेतरतीब ढंग से उत्पन्न पैकेट को सीधे नेटवर्क इंटरफ़ेस पर ले और भेज सकते हैं, हालांकि ऐसे पैकेट को बनाने के लिए थोड़ा अधिक छेड़छाड़ की आवश्यकता होगी। इस प्रकार ipipou में प्रमाणीकरण वाले पैकेट बनाए जाते हैं।

चूंकि आईपिपौ कनेक्शन से केवल पहले पैकेट को संसाधित करता है (और वे जो कनेक्शन स्थापित होने से पहले कतार में लीक होने में कामयाब रहे), प्रदर्शन लगभग प्रभावित नहीं होता है।

जैसे ही ipipou सर्वर एक प्रमाणित पैकेट प्राप्त करता है, एक सुरंग बनाई जाती है और कनेक्शन में सभी बाद के पैकेट पहले से ही nfqueue को दरकिनार करके कर्नेल द्वारा संसाधित किए जाते हैं। यदि कनेक्शन विफल हो जाता है, तो अगले का पहला पैकेट एनएफक्यू कतार में भेजा जाएगा, सेटिंग्स के आधार पर, यदि यह प्रमाणीकरण वाला पैकेट नहीं है, लेकिन अंतिम याद किए गए आईपी और क्लाइंट पोर्ट से, इसे या तो पारित किया जा सकता है पर या त्याग दिया गया। यदि कोई प्रमाणित पैकेट नए आईपी और पोर्ट से आता है, तो सुरंग को उनका उपयोग करने के लिए पुन: कॉन्फ़िगर किया जाता है।

NAT के साथ काम करते समय सामान्य IPIP-ओवर-FOU में एक और समस्या होती है - एक ही IP के साथ UDP में समाहित दो IPIP सुरंग बनाना असंभव है, क्योंकि FOU और IPIP मॉड्यूल एक दूसरे से काफी अलग होते हैं। वे। एक ही सार्वजनिक आईपी के पीछे ग्राहकों की एक जोड़ी इस तरह से एक ही सर्वर से एक साथ कनेक्ट नहीं हो पाएगी। भविष्य में, शायद, इसे कर्नेल स्तर पर हल किया जाएगा, लेकिन यह निश्चित नहीं है। इस बीच, NAT समस्याओं को NAT द्वारा हल किया जा सकता है - यदि ऐसा होता है कि IP पतों की एक जोड़ी पहले से ही किसी अन्य सुरंग द्वारा कब्जा कर ली गई है, तो ipipou NAT को सार्वजनिक से एक वैकल्पिक निजी IP, वॉइला में कर देगा! - आप तब तक सुरंगें बना सकते हैं जब तक कि बंदरगाह समाप्त न हो जाएं।

क्योंकि कनेक्शन में सभी पैकेट पर हस्ताक्षर नहीं किए गए हैं, तो यह सरल सुरक्षा एमआईटीएम के लिए असुरक्षित है, इसलिए यदि क्लाइंट और सर्वर के बीच पथ पर कोई खलनायक छिपा है जो ट्रैफ़िक को सुन सकता है और उसमें हेरफेर कर सकता है, तो वह प्रमाणित पैकेट को रीडायरेक्ट कर सकता है एक अन्य पता और एक अविश्वसनीय होस्ट से एक सुरंग बनाएं।

यदि किसी के पास इस बारे में कोई विचार है कि भारी मात्रा में ट्रैफ़िक को छोड़कर इसे कैसे ठीक किया जाए, तो बोलने में संकोच न करें।

वैसे, यूडीपी में एनकैप्सुलेशन ने खुद को बहुत अच्छी तरह साबित कर दिया है। आईपी ​​पर एनकैप्सुलेशन की तुलना में, यूडीपी हेडर के अतिरिक्त ओवरहेड के बावजूद यह अधिक स्थिर और अक्सर तेज़ होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि इंटरनेट पर अधिकांश होस्ट केवल तीन सबसे लोकप्रिय प्रोटोकॉल: टीसीपी, यूडीपी, आईसीएमपी के साथ अच्छा काम करते हैं। मूर्त हिस्सा बाकी सभी चीजों को पूरी तरह से त्याग सकता है, या इसे अधिक धीरे-धीरे संसाधित कर सकता है, क्योंकि यह केवल इन तीनों के लिए अनुकूलित है।

उदाहरण के लिए, यही कारण है कि क्विक, जिस पर HTTP/3 आधारित है, यूडीपी के शीर्ष पर बनाया गया था, न कि आईपी के शीर्ष पर।

ख़ैर, बहुत हो गए शब्द, अब यह देखने का समय आ गया है कि यह "वास्तविक दुनिया" में कैसे काम करता है।

युद्ध

वास्तविक दुनिया का अनुकरण करते थे iperf3. वास्तविकता से निकटता की डिग्री के संदर्भ में, यह लगभग Minecraft में वास्तविक दुनिया का अनुकरण करने जैसा ही है, लेकिन अभी के लिए यह चलेगा।

प्रतियोगिता में भाग लेने वाले:

• संदर्भ मुख्य चैनल
• इस लेख का नायक इपिपोउ है
• प्रमाणीकरण के साथ OpenVPN लेकिन कोई एन्क्रिप्शन नहीं
• सर्व-समावेशी मोड में OpenVPN
• PresharedKey के बिना वायरगार्ड, MTU=1440 के साथ (केवल IPv4 के बाद से)

गीक्स के लिए तकनीकी डेटा
मेट्रिक्स निम्नलिखित आदेशों के साथ लिए गए हैं:

ग्राहक पर:

यूडीपी

CPULOG=NAME.udp.cpu.log; sar 10 6 >"$CPULOG" & iperf3 -c SERVER_IP -4 -t 60 -f m -i 10 -B LOCAL_IP -P 2 -u -b 12M; tail -1 "$CPULOG"
# Где "-b 12M" это пропускная способность основного канала, делённая на число потоков "-P", чтобы лишние пакеты не плодить и не портить производительность.

टीसीपी

CPULOG=NAME.tcp.cpu.log; sar 10 6 >"$CPULOG" & iperf3 -c SERVER_IP -4 -t 60 -f m -i 10 -B LOCAL_IP -P 2; tail -1 "$CPULOG"

आईसीएमपी विलंबता

ping -c 10 SERVER_IP | tail -1

सर्वर पर (क्लाइंट के साथ एक साथ चलता है):

यूडीपी

CPULOG=NAME.udp.cpu.log; sar 10 6 >"$CPULOG" & iperf3 -s -i 10 -f m -1; tail -1 "$CPULOG"

टीसीपी

CPULOG=NAME.tcp.cpu.log; sar 10 6 >"$CPULOG" & iperf3 -s -i 10 -f m -1; tail -1 "$CPULOG"

सुरंग विन्यास

ipipou
सेवक
/etc/ipipou/server.conf:

server
number 0
fou-dev eth0
fou-local-port 10000
tunl-ip 172.28.0.0
auth-remote-pubkey-b64 eQYNhD/Xwl6Zaq+z3QXDzNI77x8CEKqY1n5kt9bKeEI=
auth-secret topsecret
auth-lifetime 3600
reply-on-auth-ok
verb 3

systemctl start ipipou@server

ग्राहक
/etc/ipipou/client.conf:

client
number 0
fou-local @eth0
fou-remote SERVER_IP:10000
tunl-ip 172.28.0.1
# pubkey of auth-key-b64: eQYNhD/Xwl6Zaq+z3QXDzNI77x8CEKqY1n5kt9bKeEI=
auth-key-b64 RuBZkT23na2Q4QH1xfmZCfRgSgPt5s362UPAFbecTso=
auth-secret topsecret
keepalive 27
verb 3

systemctl start ipipou@client

openvpn (कोई एन्क्रिप्शन नहीं, प्रमाणीकरण के साथ)
सेवक

openvpn --genkey --secret ovpn.key  # Затем надо передать ovpn.key клиенту
openvpn --dev tun1 --local SERVER_IP --port 2000 --ifconfig 172.16.17.1 172.16.17.2 --cipher none --auth SHA1 --ncp-disable --secret ovpn.key

ग्राहक

openvpn --dev tun1 --local LOCAL_IP --remote SERVER_IP --port 2000 --ifconfig 172.16.17.2 172.16.17.1 --cipher none --auth SHA1 --ncp-disable --secret ovpn.key

ओपनवीपीएन (एन्क्रिप्शन, प्रमाणीकरण के साथ, यूडीपी के माध्यम से, सब कुछ अपेक्षा के अनुरूप)
का उपयोग करके विन्यस्त किया गया openvpn-प्रबंधन

वायरगार्ड
सेवक
/etc/wireguard/server.conf:

[Interface]
Address=172.31.192.1/18
ListenPort=51820
PrivateKey=aMAG31yjt85zsVC5hn5jMskuFdF8C/LFSRYnhRGSKUQ=
MTU=1440

[Peer]
PublicKey=LyhhEIjVQPVmr/sJNdSRqTjxibsfDZ15sDuhvAQ3hVM=
AllowedIPs=172.31.192.2/32

systemctl start wg-quick@server

ग्राहक
/etc/wireguard/client.conf:

[Interface]
Address=172.31.192.2/18
PrivateKey=uCluH7q2Hip5lLRSsVHc38nGKUGpZIUwGO/7k+6Ye3I=
MTU=1440

[Peer]
PublicKey=DjJRmGvhl6DWuSf1fldxNRBvqa701c0Sc7OpRr4gPXk=
AllowedIPs=172.31.192.1/32
Endpoint=SERVER_IP:51820

systemctl start wg-quick@client

निष्कर्ष

नम कुरूप संकेत
सर्वर सीपीयू लोड बहुत सांकेतिक नहीं है, क्योंकि... वहाँ कई अन्य सेवाएँ चल रही हैं, कभी-कभी वे संसाधनों को खा जाती हैं:

proto bandwidth[Mbps] CPU_idle_client[%] CPU_idle_server[%]
# 20 Mbps канал с микрокомпьютера (4 core) до VPS (1 core) через Атлантику
# pure
UDP 20.4      99.80 93.34
TCP 19.2      99.67 96.68
ICMP latency min/avg/max/mdev = 198.838/198.997/199.360/0.372 ms
# ipipou
UDP 19.8      98.45 99.47
TCP 18.8      99.56 96.75
ICMP latency min/avg/max/mdev = 199.562/208.919/220.222/7.905 ms
# openvpn0 (auth only, no encryption)
UDP 19.3      99.89 72.90
TCP 16.1      95.95 88.46
ICMP latency min/avg/max/mdev = 191.631/193.538/198.724/2.520 ms
# openvpn (full encryption, auth, etc)
UDP 19.6      99.75 72.35
TCP 17.0      94.47 87.99
ICMP latency min/avg/max/mdev = 202.168/202.377/202.900/0.451 ms
# wireguard
UDP 19.3      91.60 94.78
TCP 17.2      96.76 92.87
ICMP latency min/avg/max/mdev = 217.925/223.601/230.696/3.266 ms

## около-1Gbps канал между VPS Европы и США (1 core)
# pure
UDP 729      73.40 39.93
TCP 363      96.95 90.40
ICMP latency min/avg/max/mdev = 106.867/106.994/107.126/0.066 ms
# ipipou
UDP 714      63.10 23.53
TCP 431      95.65 64.56
ICMP latency min/avg/max/mdev = 107.444/107.523/107.648/0.058 ms
# openvpn0 (auth only, no encryption)
UDP 193      17.51  1.62
TCP  12      95.45 92.80
ICMP latency min/avg/max/mdev = 107.191/107.334/107.559/0.116 ms
# wireguard
UDP 629      22.26  2.62
TCP 198      77.40 55.98
ICMP latency min/avg/max/mdev = 107.616/107.788/108.038/0.128 ms

20 एमबीपीएस चैनल

चैनल प्रति 1 आशावादी जीबीपीएस

सभी मामलों में, आईपिपोउ प्रदर्शन में बेस चैनल के काफी करीब है, जो बहुत अच्छा है!

अनएन्क्रिप्टेड ओपनवीपीएन सुरंग ने दोनों ही मामलों में काफी अजीब व्यवहार किया।

यदि कोई इसका परीक्षण करने जा रहा है, तो प्रतिक्रिया सुनना दिलचस्प होगा।

मई IPv6 और NetPrickle हमारे साथ रहें!

स्रोत: www.habr.com