OpenVPN: arquitectura de VPN basada en TLS

OpenVPN utiliza dos canales independientes: el canal de control y el canal de datos. El canal de control gestiona la autenticación, el establecimiento de la sesión y el intercambio de la configuración mediante TLS. El canal de datos transporta el tráfico real de la VPN, cifrado con un cifrado simétrico negociado a través del canal de control. Esta separación permite a OpenVPN aprovechar todo el ecosistema TLS para gestionar las claves.

El canal de control de OpenVPN ejecuta una sesión TLS completa. Ambos lados se autentican mediante certificados X.509 firmados por una CA compartida. TLS proporciona el intercambio de claves, la validación de certificados y la negociación de los parámetros del cifrado del canal de datos. Como TLS admite ECDHE, el canal de control proporciona secreto perfecto hacia adelante: las claves del canal de datos no se pueden recuperar a partir de una sesión capturada, ni siquiera con la clave de la CA.

El cifrado del canal de datos se negocia a través del canal de control TLS. OpenVPN 2.4 y las versiones posteriores utilizan AES-256-GCM de forma predeterminada, un cifrado AEAD que proporciona confidencialidad e integridad en una sola operación. Las versiones anteriores utilizaban AES-256-CBC con HMAC-SHA256 por separado. Se prefieren los modos AEAD porque eliminan la necesidad de verificar un MAC por separado y resisten los ataques de oráculo de relleno.

La opción tls-crypt encapsula toda la sesión TLS, incluido el client hello, dentro de una envoltura simétrica autenticada mediante HMAC que utiliza una clave precompartida. Esto significa que los clientes no autenticados ni siquiera pueden iniciar un handshake TLS; sus paquetes iniciales se descartan silenciosamente. Así se protege el servidor OpenVPN frente a ataques DDoS de amplificación basados en TLS y se oculta que hay un servidor VPN en ejecución.

La opción anterior tls-auth añade una etiqueta HMAC a los paquetes del canal de control TLS, pero no los cifra. Esto impide la inyección de paquetes, aunque el handshake TLS sigue siendo visible para los observadores. tls-crypt cifra y autentica la envoltura del canal de control, lo que proporciona protección frente a ataques DoS y resistencia al análisis del tráfico. tls-crypt es la opción moderna recomendada; tls-auth está obsoleta en favor de tls-crypt-v2.

OpenVPN autentica a los clientes mediante certificados X.509 firmados por la Autoridad certificadora de la VPN. Cada cliente recibe un certificado y una clave privada únicos. El servidor verifica la cadena de certificados y, opcionalmente, comprueba una Lista de revocación de certificados (CRL) para rechazar los certificados revocados. Revocar un certificado elimina inmediatamente el acceso del cliente, a diferencia de los sistemas basados en PSK, en los que cambiar una clave afecta a todos los clientes.

OpenVPN puede ejecutarse sobre UDP (opción predeterminada y recomendada) o TCP. UDP evita el problema de TCP sobre TCP, en el que la pérdida de paquetes provoca retransmisiones duplicadas tanto en la capa TCP como en la capa de la aplicación VPN, lo que degrada considerablemente el rendimiento. Sin embargo, algunas redes bloquean UDP. Ejecutar OpenVPN en el puerto TCP 443 puede atravesar firewalls que solo permiten tráfico HTTPS, aunque el rendimiento empeora cuando se pierden paquetes.

OpenVPN funciona en modo tun (enrutamiento) o tap (puente). El modo tun crea una interfaz de red IP punto a punto que enruta paquetes IP entre el cliente y la red VPN. El modo tap crea una interfaz de puente Ethernet que transporta tramas Ethernet, incluidos los broadcasts y los protocolos que no son IP. El modo tun es más eficiente y adecuado para la mayoría de los casos de uso de VPN; el modo tap es necesario para conectar segmentos de red o transportar protocolos que no son IP.

Los servidores OpenVPN pueden enviar automáticamente directivas de configuración a los clientes que se conectan. Entre las directivas push habituales se incluyen push "route 10.0.0.0 255.0.0.0" (añade una ruta en el cliente), push "dhcp-option DNS 10.0.0.1" (establece el servidor DNS) y push "redirect-gateway def1" (envía todo el tráfico del cliente a través de la VPN). Esto centraliza la gestión de la configuración de los clientes sin modificar los archivos de configuración individuales.

OpenVPN logra el secreto perfecto hacia adelante mediante TLS ECDHE (Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephemeral) en el canal de control. Se utiliza un nuevo par de claves efímeras para cada sesión TLS, por lo que la clave de sesión no se puede derivar de la clave privada del certificado a largo plazo del servidor. Aunque se capture tráfico cifrado hoy y posteriormente se obtenga el certificado del servidor, no será posible descifrar las sesiones anteriores.

OpenVPN 2.5 declaró obsoleto el cifrado Blowfish (BF-CBC), que históricamente era el predeterminado. BF-CBC utiliza un tamaño de bloque de 64 bits, vulnerable a ataques de cumpleaños SWEET32 en sesiones largas. Las versiones modernas de OpenVPN utilizan AES-256-GCM de forma predeterminada. OpenVPN 2.5 también declaró obsoletos los cifrados no AEAD del canal de datos y endureció los requisitos de versión mínima de TLS, eliminando la compatibilidad con TLS 1.0 y 1.1.

¿Cuál es la función principal del canal de control de OpenVPN?

Resumen de OpenVPN: el canal de control utiliza TLS para la autenticación y la negociación del cifrado; el canal de datos utiliza el cifrado AEAD negociado (AES-256-GCM de forma predeterminada); tls-crypt encapsula TLS para impedir los handshakes no autenticados; ECDHE proporciona secreto hacia adelante; la autenticación de clientes basada en certificados permite la revocación mediante CRL; se prefiere UDP frente a TCP por motivos de rendimiento; y se prefiere el modo tun para los casos de uso de enrutamiento IP.