VPN-protokollien vertailu: turvallisuus ja suorituskyky

WireGuardilla on pienin hyökkäyspinta, sillä sen ydintilassa toimiva koodi käsittää noin 4 000 riviä. OpenVPN toimii käyttäjätilassa, ja sen laajan koodikannan, noin 70 000 riviä, lisäksi se riippuu koko OpenSSL-kirjastosta. IPsecin hyökkäyspinta ulottuu useisiin protokolliin, kuten IKEv2:een, ESP:hen, AH:hon ja NAT-T:hen, sekä ydin- ja käyttäjätilan toteutuksiin. Pienempi hyökkäyspinta tarkoittaa, että haavoittuvuuksille on vähemmän piilopaikkoja.

Salauksen algoritmijoustavuus tarkoittaa, että protokolla voi neuvotella eri kryptografisista algoritmeista. OpenVPN ja IPsec tukevat kumpikin salausalgoritmien neuvottelua, mikä mahdollistaa laajan yhteensopivuuden mutta tuo mukanaan downgrade-hyökkäyksen riskin: jos asiakas ja palvelin huijataan valitsemaan heikko salausalgoritmi, turvallisuus vaarantuu. WireGuardin kiinteät primitiivit poistavat tämän riskin kokonaan joustavuuden kustannuksella.

WireGuardin kiinteät algoritmit, Curve25519, ChaCha20-Poly1305 ja BLAKE2s, ovat kaikki nykyaikaisia ja laajasti analysoituja primitiivejä, joista ei tunneta käytännössä hyödynnettäviä heikkouksia. IPsec ja OpenVPN voidaan määrittää käyttämään näitä tai vastaavan vahvoja algoritmeja, mutta ne sallivat myös heikkoja vanhoja vaihtoehtoja. Muokattavien protokollien turvallisuus riippuu oikeasta määrityksestä; WireGuard poistaa tämän määritystaakan.

WireGuard saavuttaa vertailutesteissä johdonmukaisesti suurimman siirtokapasiteetin, mitä tukevat ydinintegraatio ja ChaCha20:n tehokkuus ohjelmistototeutuksessa. AES-NI-laitteistokiihdytystä käyttävä IPsec saavuttaa vastaavan siirtokapasiteetin x86-laitteistossa. OpenVPN toimii käyttäjätilassa, joten jokainen paketti vaatii kontekstinvaihdon ytimen ja käyttäjätilan välillä. Siksi se on huomattavasti hitaampi ja sen siirtokapasiteetti on tyypillisesti 3–4 kertaa WireGuardia pienempi.

Pienempi suorittimen käyttö samalla siirtokapasiteetilla merkitsee mobiililaitteissa parempaa akunkestoa ja palvelimissa pienempiä käyttökustannuksia. WireGuard ja laitteisto-AES:ää käyttävä IPsec ovat erittäin tehokkaita. OpenVPN:n käyttäjätilassa tapahtuva käsittely kuluttaa enemmän suoritinaikaa siirrettyä bittiä kohti. ARM-laitteissa, kuten älypuhelimissa ja Raspberry Pi -laitteissa, joissa ei ole AES-laitteistoa, WireGuardin ChaCha20 on erityisen edullinen AES-pohjaisiin protokolliin verrattuna.

WireGuard käsittelee NAT:ia tehokkaasti: se käyttää UDP:tä, tunnistaa NAT:n päätepisteiden havaitsemisen avulla ja käyttää PersistentKeepalive-asetusta NAT-mäppäysten ylläpitämiseen. OpenVPN käsittelee NAT:n helposti UDP:n avulla tai voi käyttää TCP-porttia 443 tiukkojen palomuurien ohittamiseen. IPsec tarvitsee NAT-T:n (UDP-portti 4500) NAT-läpikulkuun. Se toimii hyvin, mutta lisää palomuurien määritysten monimutkaisuutta, ja jotkin yritysten palomuurit estävät sen.

WireGuard tukee mobiiliverkkovierailua erinomaisesti. Kun laitteen IP-osoite muuttuu (siirryttäessä WiFi-yhteydestä mobiiliverkkoon), WireGuard päivittää päätepisteen huomaamatta ja jatkaa toimintaa ilman uudelleenyhdistämisestä aiheutuvaa viivettä. IPsec tukee verkkovierailua MOBIKE-laajennuksen (RFC 4555) avulla; se päivittää IP-osoitteet neuvottelematta koko SA:ta uudelleen. OpenVPN edellyttää yleensä täydellistä uudelleenyhdistämistä, kun asiakkaan IP-osoite muuttuu, mikä keskeyttää istunnon.

TCP-portissa 443 toimiva OpenVPN on palomuurien kannalta helpoimmin läpäisevä: se muistuttaa HTTPS-liikennettä ja kulkee useimpien yritysten palomuurien läpi. UDP:tä käyttävä WireGuard estetään joissakin rajoittavissa verkoissa. IPsec käyttää UDP-portteja 500 ja 4500, jotka jotkin palomuurit estävät. HTTPS-liikennettä jäljitteleviä protokollia on vaikeinta estää häiritsemättä tavallista verkkoliikennettä.

OpenVPN:llä on pisin käyttöönott historia (vuodesta 2001 lähtien) ja useita riippumattomia tietoturva-auditointeja. IPsec on alan standardi, josta on tehty laajaa formaalia analyysiä ja jolle on olemassa runsaasti toteutuksia. WireGuard on uudempi (se yhdistettiin Linux-ytimeen vuonna 2020), mutta siitä on tehty useita formaalin verifioinnin hankkeita ja auditointeja. Sen pieni koodikanta tekee kattavasta auditoinnista helpommin toteutettavan. Kaikkia kolmea pidetään tuotantokäyttöön soveltuvina.

WireGuardin määritys on minimaalinen: luodaan avainparit ja määritetään [Peer]-osiot julkisilla avaimilla ja sallituilla IP-osoitteilla. IPsecin määritys on monimutkainen, sillä useiden tiedostojen välillä on useita tietokantoja ja protokollakohtaisia asetuksia. OpenVPNin määritys on keskitasoinen: siihen kuuluvat varmenteet, paljon direktiivejä sisältävät määritystiedostot ja palvelimen push-määritys. Monimutkaisuus korreloi ominaisuuksien runsauden kanssa, mutta lisää myös virheellisen määrityksen riskiä.

Valitkaa WireGuard uusiin käyttöönottoihin, joissa suorituskyky ja yksinkertaisuus ovat etusijalla. Valitkaa OpenVPN, kun tarvitaan mahdollisimman hyvää palomuurien läpäisykykyä tai olemassa olevan PKI-integraation tukea. Valitkaa IPsec, kun tarvitaan yhteentoimivuutta verkkolaitteiden, kuten reitittimien ja palomuurien, kanssa tai kun toteutetaan toimipisteiden välisiä VPN-yhteyksiä yritysympäristössä, jossa IPsec on standardi. Jokainen protokolla soveltuu erityisen hyvin tietynlaisiin käyttöönottotilanteisiin.

VPN-protokollien vertailu: WireGuard on suorituskyvyn, yksinkertaisuuden ja pienemmän hyökkäyspinta-alan osalta paras; OpenVPN on paras palomuurien läpäisyssä ja ominaisuuksien runsaudessa; IPsec on paras laitteistojen yhteentoimivuudessa ja yritysstandardeissa. Salausalgoritmien joustavuus OpenVPN:ssä ja IPsecissä altistaa protokollat alasajo-hyökkäyksille, mutta mahdollistaa joustavuuden. WireGuardin kiinteät primitiivit vaihtavat joustavuuden taattuun algoritmien laatuun. Valinta kannattaa tehdä käyttöönoton erityisvaatimusten perusteella.