WireGuard: VPN ChaCha20 dan Curve25519

WireGuard dirancang dengan kesederhanaan radikal sebagai tujuan utama. Basis kodenya berjumlah sekitar 4.000 baris, dibandingkan dengan 70.000 baris untuk OpenVPN dan lebih dari 400.000 baris untuk strongSwan IPsec. Lebih sedikit baris berarti lebih sedikit potensi kerentanan dan permukaan audit yang cukup kecil untuk ditinjau secara menyeluruh oleh satu insinyur. Kesederhanaan ini merupakan pilihan keamanan yang disengaja, bukan keterbatasan fitur.

Tidak seperti OpenVPN dan IPsec, WireGuard tidak menegosiasikan algoritma kriptografis. Setiap koneksi WireGuard menggunakan kumpulan primitif tetap yang sama: Curve25519 untuk ECDH, ChaCha20-Poly1305 untuk enkripsi terautentikasi, BLAKE2s untuk fungsi hash, dan SipHash-2-4 untuk keamanan tabel hash. Hal ini menghilangkan negosiasi sandi, sehingga menghapus seluruh kategori serangan penurunan tingkat keamanan.

WireGuard menerapkan pola jabat tangan Noise_IKpsk2 dari Noise Protocol Framework. Kerangka kerja ini menyediakan cara yang sistematis untuk membangun protokol pertukaran kunci dengan sifat keamanan yang dapat dibuktikan. Pola IKpsk2 menggunakan pasangan kunci statis dan sementara dengan kunci prabagi opsional untuk ketahanan kuantum tambahan, serta menyelesaikan jabat tangan dalam satu kali perjalanan pulang-pergi.

Curve25519 adalah kurva eliptik yang dirancang oleh Daniel Bernstein untuk kinerja dan keamanan tinggi. WireGuard menggunakannya untuk kesepakatan kunci Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH). Setiap rekan memiliki pasangan kunci Curve25519 statis untuk identitas jangka panjang, dan jabat tangan juga menggunakan pasangan kunci sementara untuk menyediakan kerahasiaan maju. Operasi Curve25519 berlangsung dalam waktu konstan sehingga tahan terhadap serangan pengaturan waktu.

WireGuard mengenkripsi semua paket data dengan ChaCha20-Poly1305, yaitu algoritma enkripsi terautentikasi. ChaCha20 adalah sandi aliran yang sangat cepat pada perangkat tanpa akselerasi perangkat keras AES (ponsel cerdas, perangkat tertanam). Poly1305 menyediakan tag autentikasi. Konstruksi AEAD gabungan ini memastikan bahwa setiap perubahan pada teks tersandi terdeteksi sebelum dekripsi.

BLAKE2s adalah fungsi hash kriptografis yang dioptimalkan untuk platform 32-bit dan pesan pendek. WireGuard menggunakannya dalam langkah-langkah derivasi kunci pada jabat tangan dan untuk menghitung pengenal sesi. BLAKE2s lebih cepat daripada SHA-256 pada sebagian besar platform, sekaligus memberikan keamanan yang setara. BLAKE2s dirancang sebagai penerus BLAKE, finalis SHA-3.

Rekan WireGuard memiliki pasangan kunci statis yang berfungsi sebagai identitas jangka panjang mereka. Kunci publik dipertukarkan melalui saluran di luar sistem selama konfigurasi dan berfungsi sebagai pengenal rekan. Dalam setiap jabat tangan, kedua rekan juga membuat pasangan kunci sementara. ECDH antara kunci statis dan sementara, yang dipadukan dengan ECDH dari pasangan kunci sementara, menyediakan autentikasi sekaligus kerahasiaan maju.

WireGuard menerapkan perutean berbasis kunci kriptografis: setiap rekan dalam konfigurasi menentukan alamat IP (IP yang diizinkan) yang dapat dijangkau melalui rekan tersebut. Jika sebuah paket keluar cocok dengan IP yang diizinkan milik rekan, paket tersebut dienkripsi untuk rekan itu. Paket masuk didekripsi dan alamat IP sumbernya harus cocok dengan IP yang diizinkan milik kunci yang digunakan; jika tidak, paket tersebut dibuang. Kunci menentukan tabel perutean.

WireGuard tidak memiliki konsep koneksi persisten. Jika tidak ada lalu lintas yang mengalir, tidak ada paket yang dikirim dan VPN secara efektif menghilang dari jaringan. Jabat tangan dipicu sesuai kebutuhan ketika ada lalu lintas yang akan dikirim. Pengaturan PersistentKeepalive yang dapat dikonfigurasi mengirimkan paket kosong secara berkala untuk mempertahankan pemetaan NAT pada perangkat di balik perute NAT.

WireGuard digabungkan ke kernel Linux utama pada versi 5.6 (dirilis pada Maret 2020). Berjalan di ruang kernel memberi WireGuard akses langsung ke tumpukan jaringan kernel dan perangkat keras kriptografis, sehingga menghasilkan laju data yang lebih tinggi daripada implementasi VPN di ruang pengguna. Pada platform lain (Windows, macOS, iOS, Android), WireGuard berjalan di ruang pengguna melalui implementasi lintas platform.

Uji kinerja secara konsisten menunjukkan bahwa WireGuard mengungguli OpenVPN dengan laju data 3–4 kali lebih tinggi. IPsec dengan akselerasi perangkat keras AES-NI bersaing dengan WireGuard pada sistem yang memiliki perangkat keras AES. Pada perangkat ARM tanpa AES-NI, ChaCha20 milik WireGuard secara signifikan mengungguli alternatif berbasis AES. Penggunaan CPU yang lebih rendah juga berarti daya tahan baterai yang lebih baik pada perangkat seluler.

Algoritma apa yang digunakan WireGuard untuk mengenkripsi paket data?

Ringkasan WireGuard: sekitar 4.000 baris kode untuk meminimalkan permukaan serangan, primitif tetap (tanpa negosiasi), jabat tangan Noise IKpsk2 dengan Curve25519, ChaCha20-Poly1305 untuk data, BLAKE2s untuk fungsi hash, perutean berbasis kunci kriptografis yang mengaitkan rentang IP dengan kunci publik, kunci sementara yang menyediakan kerahasiaan maju, integrasi kernel untuk kinerja maksimum, serta model koneksi tanpa status dengan jabat tangan sesuai kebutuhan.