OpenVPN: Seni Bina VPN Berasaskan TLS

OpenVPN menggunakan dua saluran berasingan: saluran kawalan dan saluran data. Saluran kawalan mengendalikan pengesahan, penubuhan sesi dan pertukaran konfigurasi menggunakan TLS. Saluran data membawa trafik VPN sebenar yang disulitkan dengan sifir simetri yang dirundingkan melalui saluran kawalan. Pengasingan ini membolehkan OpenVPN memanfaatkan keseluruhan ekosistem TLS untuk pengurusan kunci.

Saluran kawalan OpenVPN menjalankan sesi TLS penuh. Kedua-dua pihak mengesahkan identiti menggunakan sijil X.509 yang ditandatangani oleh CA bersama. TLS menyediakan pertukaran kunci, pengesahan sijil dan rundingan parameter sifir saluran data. Oleh sebab TLS menyokong ECDHE, saluran kawalan menyediakan kerahsiaan hadapan sempurna: kunci saluran data tidak boleh dipulihkan daripada sesi yang dirakam walaupun dengan kunci CA.

Penyulitan saluran data dirundingkan melalui saluran kawalan TLS. OpenVPN 2.4 dan versi lebih baharu menggunakan AES-256-GCM secara lalai, iaitu sifir AEAD yang menyediakan kerahsiaan dan integriti dalam satu operasi. Versi terdahulu menggunakan AES-256-CBC dengan HMAC-SHA256 secara berasingan. Mod AEAD lebih disukai kerana menghapuskan keperluan pengesahan MAC berasingan dan menentang serangan oracle pelapik.

Pilihan tls-crypt membungkus seluruh sesi TLS, termasuk sapaan klien, di dalam sampul simetri yang disahkan HMAC menggunakan kunci yang dikongsi terlebih dahulu. Ini bermakna klien yang tidak disahkan pun tidak boleh memulakan jabat tangan TLS; paket awal mereka digugurkan secara senyap. Langkah ini melindungi pelayan OpenVPN daripada serangan penguatan DDoS berasaskan TLS dan menyembunyikan hakikat bahawa pelayan VPN sedang berjalan.

Pilihan tls-auth yang lebih lama menambah teg HMAC pada paket saluran kawalan TLS tetapi tidak menyulitkannya. Ini menghalang suntikan paket tetapi masih mendedahkan jabat tangan TLS kepada pemerhati. tls-crypt menyulitkan dan mengesahkan pembungkus saluran kawalan, lalu menyediakan perlindungan DoS dan ketahanan terhadap analisis trafik. tls-crypt ialah pilihan moden yang disyorkan; tls-auth sudah tidak digunakan lagi dan digantikan dengan tls-crypt-v2.

OpenVPN mengesahkan klien menggunakan sijil X.509 yang ditandatangani oleh Pihak Berkuasa Sijil VPN. Setiap klien menerima sijil dan kunci peribadi yang unik. Pelayan mengesahkan rantaian sijil dan secara pilihan menyemak Senarai Pembatalan Sijil (CRL) untuk menolak sijil yang dibatalkan. Pembatalan sijil serta-merta mengalih keluar akses klien, tidak seperti sistem berasaskan PSK yang perubahan kuncinya menjejaskan semua klien.

OpenVPN boleh berjalan melalui UDP (lalai dan disyorkan) atau TCP. UDP mengelakkan masalah TCP melalui TCP, apabila kehilangan paket menyebabkan penghantaran semula berganda pada lapisan TCP dan lapisan aplikasi VPN, lalu merosotkan prestasi dengan ketara. Walau bagaimanapun, sesetengah rangkaian menyekat UDP. Menjalankan OpenVPN pada port TCP 443 boleh melepasi tembok api yang hanya membenarkan trafik HTTPS, dengan mengorbankan prestasi apabila berlaku kehilangan paket.

OpenVPN beroperasi dalam mod tun (penghalaan) atau mod tap (penjambatan). Mod tun mencipta antara muka rangkaian IP titik ke titik yang menghalakan paket IP antara klien dan rangkaian VPN. Mod tap mencipta antara muka jambatan Ethernet yang menghantar bingkai Ethernet termasuk siaran dan protokol bukan IP. Mod tun lebih cekap dan sesuai untuk kebanyakan kegunaan VPN; mod tap diperlukan untuk menjambatani segmen rangkaian atau protokol bukan IP.

Pelayan OpenVPN boleh menghantar arahan konfigurasi kepada klien yang bersambung secara automatik. Arahan penghantaran yang lazim termasuk push "route 10.0.0.0 255.0.0.0" (menambah laluan pada klien), push "dhcp-option DNS 10.0.0.1" (menetapkan pelayan DNS) dan push "redirect-gateway def1" (menghalakan semua trafik klien melalui VPN). Ini memusatkan pengurusan konfigurasi klien tanpa mengubah suai fail konfigurasi klien secara individu.

OpenVPN mencapai kerahsiaan hadapan sempurna melalui TLS ECDHE (Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephemeral) dalam saluran kawalan. Pasangan kunci sementara yang baharu digunakan untuk setiap sesi TLS, maka kunci sesi tidak boleh diperoleh daripada kunci peribadi sijil jangka panjang pelayan. Merakam trafik yang disulitkan hari ini dan mendapatkan sijil pelayan kemudian masih tidak membolehkan penyahsulitan sesi terdahulu.

OpenVPN 2.5 menamatkan sokongan untuk sifir Blowfish (BF-CBC), yang secara sejarahnya merupakan sifir lalai. BF-CBC menggunakan saiz blok 64-bit yang terdedah kepada serangan hari lahir SWEET32 dalam sesi yang panjang. OpenVPN moden menggunakan AES-256-GCM secara lalai. OpenVPN 2.5 juga menamatkan sokongan untuk sifir bukan AEAD dalam saluran data dan mengetatkan keperluan versi TLS minimum dengan menggugurkan sokongan TLS 1.0 dan 1.1.

Ringkasan OpenVPN: saluran kawalan menggunakan TLS untuk pengesahan dan rundingan sifir, saluran data menggunakan sifir AEAD yang dirundingkan (lalai AES-256-GCM), tls-crypt membungkus TLS untuk menghalang jabat tangan yang tidak disahkan, ECDHE menyediakan kerahsiaan hadapan, pengesahan klien berasaskan sijil dengan pembatalan melalui CRL, UDP lebih disukai berbanding TCP untuk prestasi dan mod tun lebih disukai bagi kegunaan penghalaan IP.