Заворачиваем весь трафик ОС в Tor

Все описанное в статье реализовано в виде инструмента Toroxy, доступного на GitHub

В последнее время анонимность в сети является предметом горячих споров. Ни для кого не секрет, что данные о посещениях Интернет-ресурсов с локального устройства могут собираться на разных уровнях с целью построения «модели» пользователя, которая позже против него же и может быть использована (или могла бы). Поэтому не удивительно, что все большее количество активных пользователей Интернета становятся уверены в необходимости механизмов проксирования и анонимизации. В связи с этим появляется все больше новых VPN-клиентов, но, как показывает практика, далеко не всем из них по-настоящему можно доверять: то не все работает из коробки, то анонимизируется только HTTP-трафик, то качество реализации хромает, а то и вовсе разработчики грешат сливанием данных о своих пользователях.

В этой статье мы попробуем собрать из ряда программных компонентов собственный инструмент с UI, который бы позволил полностью анонимизировать трафик локальной системы и не допустить утечек по «прослушиваемым» каналам ни на одном из этапов работы.

Главной нашей целью будет «сборка» надежной утилиты из готовых инструментов. Очевидно, что идея создания с нуля качественного инструмента за разумный срок чревата ошибками, а поэтому бытрее и надежнее будет выбрать готовые компоненты, а затем правильно их связать!

Что должен уметь инструмент?

1. Перенаправлять весь трафик целевой системы на промежуточные узлы (желательно несколько) для надежной маскировки источника
2. Отслеживать возможные нарушения анонимности, исправлять их и сообщать о них с помощью UI уведомлений

Выбранные компоненты для создания инструмента:

• tor
• iptables
• python3
• systemd

Перемешав все компоненты в оболочке под названием «Linux» мы определенно сможем получить что-то стоящее, что поможет достигнуть итоговой цели.

Компонент №1: Tor

Именно вокруг этого компонента будет построена вся остальная инфраструктура инструмента. Tor предоставляет механизм, который находится в составе любого VPN-клиента — механизм заворачивания трафика через промежуточные анонимные для внешнего наблюдателя узлы (в стандартной конфигурации таких узла 3).

По умолчанию клиент Tor из стандартных пакетных репозиториев после установки начинает слушать порт 9050, принимающий любого клиента, «умеющего» socks. Проблема заключается в том, что помимо socks-трафика в нашей системе может быть куча другого трафика от приложений, не работающих по этому протоколу. В связи с этим прежде всего в пределах локальной системы придется прорубить окно в сеть Tor для любого нового сетевого соединения. Делается это достаточно просто с помощью поднятия transparent proxy в конфигурации torrc:

/etc/tor/torrc
...
TransPort 9040
# а это нам еще понадобится в дальнейшем для автоматизации из python
ControlPort 9051
...

Отдельного внимания заслуживает UDP трафик. Дело в том, что в основе принципа луковой маршрутизации лежит концепция «соединения» (stream), существующего, как известно, только в TCP. Отправив через Tor UDP-пакет, целевая система не сможет получить на него ответ, так как ответный пакет не найдет обратной дороги. Но несмотря на эту особенность, у нас остается возможность анонимизировать DNS запросы, которые, как известно осуществляются по UDP, а заодно и включить .onion резолв:

/etc/tor/torrc
...
AutomapHostsOnResolve 1
DNSPort 53
...

На этом доступ в Tor открыт в пределах loopback'а.

Компонент №2: Iptables

Так как наша задача заключается в сокрытии истинного источника трафика от внешнего наблюдателя в пределах всей системы, а окно в Tor уже открыто, осталось только завернуть весь трафик в это окно. Поможет нам в этом системный файрвол, находящийся в комплекте с ядром Linux:

# заворачиваем tcp
iptables -t nat -A OUTPUT -p tcp --syn -j REDIRECT --to-ports $TRANS_PORT
# заворачиваем частично udp (dns only)
iptables -t nat -A OUTPUT -p udp --dport 53 -j REDIRECT --to-ports 53
iptables -A OUTPUT -m state --state ESTABLISHED,RELATED -j ACCEPT
# запрещаем всему остальному трафику покидать систему
iptables -A OUTPUT -j REJECT
ip6tables -A OUTPUT -j REJECT

На данном этапе мы получаем рабочую утилиту, надежно маскирующую весь исходящий трафик, однако это только половина работы.

Компонент №3: python + Desktop Evironment UI

Каждый раз производить ручную конфигурацию из консоли (даже если это будет запуск bash-скрипта) будет достаточно утомительно, поэтому самое время приступить к написанию небольшой утилиты, помогающей нам конкретно в следующем:

1. Автоматическая установка конфигурации
2. Смена своего identity в пределах Tor в любой момент
3. Отслеживание целостности правил iptables и их перезапись при нарушении
4. Отслеживание текущего identity (IP)
5. Уведомление о двух предыдущих пунктах с помощью уведомлений графическогой оболочки

При первом запуске утилита самостоятельно скачает все необходимые компоненты, а при последующих запусках будет конфигурировать Tor в связке с iptables, как описано выше.

При желании смены своего внешнего IP адреса, будет происходить взаимодействие со служебным портом Tor — 9051, открытым в самом начале для автоматизации смены IP:

with Controller.from_port(port = 9051) as controller:
    controller.authenticate()
    controller.signal(Signal.NEWNYM)

Отслеживание целостности можно реализовать достаточно банально (делаем же на коленке) с помощью периодического чтения структуры правил iptables и проверки их SHA256-суммы:

def rulesOk(self):
    RULES_CHECKSUM_CMD = "{ iptables-save && ip6tables-save; } | sed s/\-\-uid\-owner\\\\s[0-9]\\\\+\\\\s//g | grep -viE '^#' | grep -viE '^\:' | sort | uniq | sha256sum | cut -d' ' -f 1"
    checkSum = getoutput(RULES_CHECKSUM_CMD).strip()
    alright = checkSum == Strings.RULES_CHECKSUM_CORRECT_HASH

    if not alright:
        rules = getoutput('iptables-save && ip6tables-save')
        self.lastSnapshotFileName = "/tmp/broken-rules-%s.log" % time.strftime("%d-%m-%Y_%I-%M-%S")
        open(self.lastSnapshotFileName, "w").write(rules)
        return False
     else:
         return True

Также при обнаружении несостыковок с ожидаемой контрольной суммой можно сохранить дамп правил iptables в /tmp/broken-rules-%d-%m-%Y_%I-%M-%S.log для дальнейших разбирательств. Если окажется, что

rulesOk() == False

то будет инициирована перезапись таблицы правил iptables.

Наблюдение за текущим IP будет происходить с помощью постоянного обращения на какой-нибудь внешний ресурс, предоставляющий IP-клиента — например, ident.me.

Ну, и напоследок задействуем DE UI для сообщения о проблемах с правилами либо о смене IP. Каждое графическое окружение в каком-то роде уникально, особенно когда речь идет об использовании UI из процесса-демона, но все же на большинстве Linux'ов такой bash-код, вызываемый из Python будет успешно показывать уведомления:

# root UI
eval "export $(egrep -z DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS /proc/$(pgrep -u $LOGNAME gnome-session)/environ)"

export DISPLAY=:0
for USR in `ls /home && echo root`
do
    # ubuntu gnome + root UI
    export XAUTHORITY=/home/$USR/.Xauthority
    notify-send -u {0} '{1}' '{2}'

    # ubuntu parallels
    for UID in `ls /run/user/`
    do
        su $USR -c "DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS=unix:path=/run/user/$UID/bus notify-send -u {0} '{1}' '{2}'"
    done
done

Объединив все это в 200-строчном Python скрипте, получаем то, чего добивались. Вот, например, как будет выглядеть уведомление о том, что наш identity обновился:



А вот так будет выглядеть уведомление о том, что была нарушена целостность правил Iptables с указанием выгруженного дампа, содержащего нарушение:

Компонент №4: systemd

Ну и напоследок нам определенно хотелось бы произвести единоразовую настройку и не думать в дальнейшем о своей безопасности, а потому на помощь приходят автозапуск и сервисы. В Linux есть несколько стандартных подсистем управления демонами: systemd, sysV, init. В нашем случае выбор пал на systemd из-за гибкости его настройки.

Предположим, что написанный в предыдущем шаге python-скрипт называется «toroxy» и лежит в /usr/bin/, тогда его автозапуск и последующий мониторинг с определенной гибкостью управления демоном будет таким:

[Unit]
Description=Toroxy
After=network.target
StartLimitIntervalSec=0

[Service]
Type=simple
Restart=always
RestartSec=1
User=root
# service toroxy start
ExecStart=/usr/bin/toroxy service
# service toroxy stop
ExecStop=/usr/bin/toroxy stop
# service toroxy reload
ExecReload=/usr/bin/toroxy switch

[Install]
# запускаемся на init 3, чтобы с пользовательского уровня до загрузки UI трафик уже шел через Tor
WantedBy=multi-user.target

Почти все готово для «промышленной» эксплуатации. Последний штрих, который хотелось бы внести в инструмент для дополнительной надежности — это автоматическая инициализация правил iptables при запуске системы (как известно, правила iptables при перезагрузке сбрасываются) с помощью iptables-persistent:

iptables-save > /etc/iptables/rules.v4
ip6tables-save > /etc/iptables/rules.v6
netfilter-persistent start && netfilter-persistent save

Заключение

Вот мы и собрали из совокупности разношерстных компонентов собственный инструмент, который с достаточно высокой степенью надежности способен обеспечивать непрерывную анонимность пользователя Linux в сети. В завершение следует сказать, что все описанное в статье реализовано в виде инструмента Toroxy, доступного на GitHub.