Разбираемся в VPN протоколах

В последние месяцы армия пользователей VPN значительно увеличилась. И речь не о любителях обходить блокировки и посещать запрещенные сайты, а о тех, кто использует VPN для безопасной работы (да-да, удаленной работы). Это повод еще раз посмотреть на арсенал доступных протоколов и сравнить их с точки зрения безопасности.

Для начала — немного общих положений о VPN. Сценарии использования VPN могут быть разными, самые популярные их них:

• построение защищенного канала между двумя или более удаленными сегментами сети (например, между офисами в Москве и Нижнем Новгороде);
• подключение удаленного работника к корпоративной сети (теперь об этом знает почти каждый офисный сотрудник);
• виртуальное изменение местоположения с помощью услуг VPN Providers (требует наименьших телодвижений для настройки, однако весь ваш трафик будет проходить через чужой сервер).

Для реализации этих сценариев существуют различные виды VPN протоколов — для связи, для шифрования трафика и другие. И уже на основании подходящего протокола можно "строить" свое решение. Два самых известных и широко используемых протокола — OpenVPN и IPSec, а сравнительно недавно появился WireGuard, вызвавший некоторые разногласия. Есть и другие альтернативы, уже устаревшие, но вполне способные решать определенные задачи.

Преимущество того или иного протокола VPN зависит от ряда факторов и условий использования:

Устройства — разные устройства поддерживают разные протоколы.

Сеть — если определенные сервисы не доступны в вашей локации, некоторые протоколы могут не подойти. Например, есть VPN Providers, которые работают в Китае, тогда как большинство существующих провайдеров заблокированы.

Производительность — некоторые протоколы обладают бОльшей производительностью, особенно на мобильных устройствах. Другие — более удобны для использования в больших сетях.

Модель угроз — некоторые протоколы менее безопасны, чем другие, поэтому и злоумышленники могут воздействовать на них по-разному.

Итак, с общей частью закончили, теперь переходим к подробному описанию и сравнению протоколов.

PPTP

Point-to-Point Tunneling Protocol (PPTP) — один из старейших VPN протоколов, используемых до сих пор, изначально был разработан компанией Microsoft.

PPTP использует два соединения — одно для управления, другое для инкапсуляции данных. Первое работает с использованием TCP, в котором порт сервера 1723. Второе работает с помощью протокола GRE, который является транспортным протоколом (то есть заменой TCP/UDP). Этот факт мешает клиентам, находящимся за NAT, установить подключение с сервером, так как для них установление подключения точка-точка не представляется возможным по умолчанию. Однако, поскольку в протоколе GRE, что использует PPTP (а именно enhanced GRE), есть заголовок Call ID, маршрутизаторы, выполняющие натирование, могут идентифицировать и сопоставить GRE трафик, идущий от клиента локальной сети к внешнему серверу и наоборот. Это дает возможность клиентам за NAT установить подключение point-to-point и пользоваться протоколом GRE. Данная технология называется VPN PassTrough. Она поддерживается большим количеством современного клиентского сетевого оборудования.

PPTP поддерживается нативно на всех версиях Windows и большинстве других операционных систем. Несмотря на относительно высокую скорость, PPTP не слишком надежен: после обрыва соединения он не восстанавливается так же быстро, как, например, OpenVPN.

В настоящее время PPTP по существу устарел и Microsoft советует пользоваться другими VPN решениями. Мы также не советуем выбирать PPTP, если для вас важна безопасность и конфиденциальность.

Конечно, если вы просто используете VPN для разблокировки контента, PPTP имеет место быть, однако, повторимся: есть более безопасные варианты, на которые стоит обратить внимание.

SSTP

Secure Socket Tunneling Protocol (SSTP) — проприетарный продукт от Microsoft. Как и PPTP, SSTP не очень широко используется в индустрии VPN, но, в отличие от PPTP, у него не диагностированы серьезные проблемы с безопасностью.

SSTP отправляет трафик по SSL через TCP-порт 443. Это делает его полезным для использования в ограниченных сетевых ситуациях, например, если вам нужен VPN для Китая. Несмотря на то, что SSTP также доступен и на Linux, RouterOS и SEIL, по большей части он все равно используется Windows-системами.

С точки зрения производительности SSTP работает быстро, стабильно и безопасно. К сожалению, очень немногие VPN провайдеры поддерживают SSTP.

SSTP может выручить, если блокируются другие VPN протоколы, но опять-таки OpenVPN будет лучшим выбором (если он доступен).

IPsec

Internet Protocol Security (IPsec) — это набор протоколов для обеспечения защиты данных, передаваемых по IP-сети. В отличие от SSL, который работает на прикладном уровне, IPsec работает на сетевом уровне и может использоваться нативно со многими операционными системами, что позволяет использовать его без сторонних приложений (в отличие от OpenVPN).

IPsec стал очень популярным протоколом для использования в паре с L2TP или IKEv2, о чем мы поговорим ниже.

IPsec шифрует весь IP-пакет, используя:

• Authentication Header (AH), который ставит цифровую подпись на каждом пакете;
• Encapsulating Security Protocol (ESP), который обеспечивает конфиденциальность, целостность и аутентификацию пакета при передаче.

Обсуждение IPsec было бы неполным без упоминания утечки презентации Агентства Национальной Безопасности США, в которой обсуждаются протоколы IPsec (L2TP и IKE). Трудно прийти к однозначным выводам на основании расплывчатых ссылок в этой презентации, но если модель угроз для вашей системы включает целевое наблюдение со стороны любопытных зарубежных коллег, это повод рассмотреть другие варианты. И все же протоколы IPsec еще считаются безопасными, если они реализованы должным образом.

Теперь мы рассмотрим, как IPsec используется в паре с L2TP и IKEv2.

L2TP/IPsec

Layer 2 Tunneling Protocol (L2TP) был впервые предложен в 1999 году в качестве обновления протоколов L2F (Cisco) и PPTP (Microsoft). Поскольку L2TP сам по себе не обеспечивает шифрование или аутентификацию, часто с ним используется IPsec. L2TP в паре с IPsec поддерживается многими операционными системами, стандартизирован в RFC 3193.

L2TP/IPsec считается безопасным и не имеет серьезных выявленных проблем (гораздо безопаснее, чем PPTP). L2TP/IPsec может использовать шифрование 3DES или AES, хотя, учитывая, что 3DES в настоящее время считается слабым шифром, он используется редко.

У протокола L2TP иногда возникают проблемы из-за использования по умолчанию UDP-порта 500, который, как известно, блокируется некоторыми брандмауэрами.

Протокол L2TP/IPsec позволяет обеспечить высокую безопасность передаваемых данных, прост в настройке и поддерживается всеми современными операционными системами. Однако L2TP/IPsec инкапсулирует передаваемые данные дважды, что делает его менее эффективным и более медленным, чем другие VPN-протоколы.

IKEv2/IPsec

Internet Key Exchange version 2 (IKEv2) является протоколом IPsec, используемым для выполнения взаимной аутентификации, создания и обслуживания Security Associations (SA), стандартизован в RFC 7296. Так же защищен IPsec, как и L2TP, что может говорить об их одинаковом уровне безопасности. Хотя IKEv2 был разработан Microsoft совместно с Cisco, существуют реализации протокола с открытым исходным кодом (например, OpenIKEv2, Openswan и strongSwan).

Благодаря поддержке Mobility and Multi-homing Protocol (MOBIKE) IKEv2 очень устойчив к смене сетей. Это делает IKEv2 отличным выбором для пользователей смартфонов, которые регулярно переключаются между домашним Wi-Fi и мобильным соединением или перемещаются между точками доступа.

IKEv2/IPsec может использовать ряд различных криптографических алгоритмов, включая AES, Blowfish и Camellia, в том числе с 256-битными ключами.

IKEv2 поддерживает Perfect Forward Secrecy.

Во многих случаях IKEv2 быстрее OpenVPN, так как он менее ресурсоемкий. С точки зрения производительности IKEv2 может быть лучшим вариантом для мобильных пользователей, потому как он хорошо переустанавливает соединения. IKEv2 нативно поддерживается на Windows 7+, Mac OS 10.11+, iOS, а также на некоторых Android-устройствах.

OpenVPN

OpenVPN — это универсальный протокол VPN с открытым исходным кодом, разработанный компанией OpenVPN Technologies. На сегодняшний день это, пожалуй, самый популярный протокол VPN. Будучи открытым стандартом, он прошел не одну независимую экспертизу безопасности.

В большинстве ситуаций, когда нужно подключение через VPN, скорее всего подойдет OpenVPN. Он стабилен и предлагает хорошую скорость передачи данных. OpenVPN использует стандартные протоколы TCP и UDP и это позволяет ему стать альтернативой IPsec тогда, когда провайдер блокирует некоторые протоколы VPN.

Для работы OpenVPN нужно специальное клиентское программное обеспечение, а не то, которое работает из коробки. Большинство VPN-сервисов создают свои приложения для работы с OpenVPN, которые можно использовать в разных операционных системах и устройствах. Протокол может работать на любом из портов TCP и UPD и может использоваться на всех основных платформах через сторонние клиенты: Windows, Mac OS, Linux, Apple iOS, Android.

Но если он не подходит для вашей ситуации, стоит обратить внимание на альтернативные решения.

WireGuard

Самый новый и неизведанный протокол VPN — WireGuard. Позиционируется разработчиками как замена IPsec и OpenVPN для большинства случаев их использования, будучи при этом более безопасным, более производительным и простым в использовании.

Все IP-пакеты, приходящие на WireGuard интерфейс, инкапсулируются в UDP и безопасно доставляются другим пирам. WireGuard использует современную криптографию:

• Curve25519 для обмена ключами,
• ChaCha20 для шифрования,
• Poly1305 для аутентификации данных,
• SipHash для ключей хеш-таблицы,
• BLAKE2 для хеширования.

Код WireGuard выглядит куда скромнее и проще, чем код OpenVPN, в результате чего его проще исследовать на уязвимости (4 тысячи строк кода против нескольких сотен тысяч). Также многие отмечают, что его гораздо легче развернуть и настроить.

Результаты тестов производительности можно увидеть на официальном сайте (как не сложно догадаться, они хороши). Стоит отметить, что лучшие результаты WireGuard покажет на Linux системах, т.к. там он реализован в виде модуля ядра.

Совсем недавно был представлен WireGuard 1.0.0, который отметил собой поставку компонентов WireGuard в основном составе ядра Linux 5.6. Включенный в состав ядра Linux код прошел дополнительный аудит безопасности, выполненный независимой фирмой, который не выявил каких-либо проблем. Для многих это отличные новости, но сможет ли WireGuard стать достойной заменой IPsec и OpenVPN покажет время и независимые исследования безопасности.

Мы постарались охарактеризовать самые популярные VPN протоколы, надеемся, обзор был для вас полезен. В качестве резюме приводим сравнительную таблицу, где еще раз обозначены важные, на наш взгляд, показатели.

	PPTP	SSTP	L2TP/IPsec	IKEv2/IPsec	OpenVPN	WireGuard
Компания-разработчик	Microsoft	Microsoft	L2TP — совместная разработка Cisco и Microsoft, IPsec — The Internet Engineering Task Force	IKEv2 — совместная разработка Cisco и Microsoft, IPsec — The Internet Engineering Task Force	OpenVPN Technologies	Jason A. Donenfeld
Лицензия	Proprietary	Proprietary	Proprietary	Proprietary, но существуют реализации протокола с открытым исходным кодом	GNU GPL	GNU GPL
Развертывание	Windows, macOS, iOS, некоторое время GNU/Linux. Работает “из коробки”, не требуя установки дополнительного ПО	Windows. Работает “из коробки”, не требуя установки дополнительного ПО	Windows,Mac OS X, Linux, iOS, Android. Многие ОС (включая Windows 2000/XP +, Mac OS 10.3+) имеют встроенную поддержку, нет необходимости ставить дополнительное ПО	Windows 7+, macOS 10.11+ и большинство мобильных ОС имеют встроенную поддержку	Windows, Mac OS, GNU/Linux, Apple iOS, Android и маршрутизаторы. Необходима установка специализированного ПО, поддерживающего работу с данным протоколом	Windows, Mac OS, GNU/Linux, Apple iOS, Android. Установить сам WireGuard, а затем настроить по руководству
Шифрование	Использует Microsoft Point-to-Point Encryption (MPPE), который реализует RSA RC4 с максимум 128-битными сеансовыми ключами	SSL (шифруются все части, кроме TCP- и SSL-заголовков)	3DES или AES	Реализует большое количество криптографических алгоритмов, включая AES, Blowfish, Camellia	Использует библиотеку OpenSSL (реализует большинство популярных криптографических стандартов)	Обмен ключами по 1-RTT, Curve25519 для ECDH, RFC7539 для ChaCha20 и Poly1305 для аутентификационного шифрования, и BLAKE2s для хеширования
Порты	TCP-порт 1723	TCP-порт 443	UDP-порт 500 для первонач. обмена ключами и UDP-порт 1701 для начальной конфигурации L2TP, UDP-порт 5500 для обхода NAT	UDP-порт 500 для первоначального обмена ключами, а UDP-порт 4500 — для обхода NAT	Любой UDP- или TCP-порт	Любой UDP-порт
Недостатки безопасности	Обладает серьезными уязвимостями. MSCHAP-v2 уязвим для атаки по словарю, а алгоритм RC4 подвергается атаке Bit-flipping	Серьезных недостатков безопасности не было выявлено	3DES уязвим для Meet-in-the-middle и Sweet32, но AES не имеет известных уязвимостей. Однако есть мнение, что стандарт IPsec скомпрометирован АНБ США	Не удалось найти информации об имеющихся недостатках безопасности, кроме инцидента с утечкой докладов АНБ касательно IPsec	Серьезных недостатков безопасности не было выявлено	Серьезных недостатков безопасности не было выявлено

Материал подготовлен совместно с veneramuholovka