WireGuard: ChaCha20 ve Curve25519 VPN

WireGuard, temel hedef olarak radikal yalınlıkla tasarlanmıştır. Kod tabanı yaklaşık 4.000 satırdan oluşur; OpenVPN için bu sayı 70.000, strongSwan IPsec içinse 400.000'in üzerindedir. Daha az satır, daha az olası güvenlik açığı ve tek bir mühendisin kapsamlı biçimde inceleyebileceği kadar küçük bir denetim yüzeyi anlamına gelir. Bu yalınlık, bir özellik kısıtlaması değil, bilinçli bir güvenlik tercihidir.

OpenVPN ve IPsec'in aksine WireGuard, kriptografik algoritmalar üzerinde anlaşma yapmaz. Her WireGuard bağlantısı aynı sabit temel yapı taşları kümesini kullanır: ECDH için Curve25519, kimlik doğrulamalı şifreleme için ChaCha20-Poly1305, özetleme için BLAKE2s ve karma tablo güvenliği için SipHash-2-4. Bu, şifreleme algoritması anlaşmasını ortadan kaldırarak sürüm düşürme saldırılarının bütün bir sınıfını engeller.

WireGuard, Noise Protocol Framework'teki Noise_IKpsk2 el sıkışma desenini uygular. Bu çerçeve, kanıtlanabilir güvenlik özelliklerine sahip anahtar değişimi protokollerini oluşturmak için ilkeli bir yöntem sağlar. IKpsk2 deseni, ek kuantum direnci sağlamak üzere isteğe bağlı bir önceden paylaşılmış anahtarla birlikte sabit ve geçici anahtar çiftlerini kullanır ve el sıkışmayı tek gidiş-dönüşte tamamlar.

Curve25519, Daniel Bernstein tarafından yüksek performans ve güvenlik için tasarlanmış bir eliptik eğridir. WireGuard bunu Eliptik Eğri Diffie-Hellman (ECDH) anahtar anlaşması için kullanır. Her eş, uzun vadeli kimlik için sabit bir Curve25519 anahtar çiftine sahiptir ve el sıkışma, ileri yönlü gizlilik sağlamak için geçici anahtar çiftlerinden de yararlanır. Curve25519 işlemleri sabit sürede gerçekleştirilir; bu da zamanlama saldırılarına karşı direnç sağlar.

WireGuard, tüm veri paketlerini kimlik doğrulamalı bir şifreleme algoritması olan ChaCha20-Poly1305 ile şifreler. ChaCha20, AES donanım hızlandırması bulunmayan cihazlarda (akıllı telefonlar, gömülü cihazlar) son derece hızlı çalışan bir akış şifresidir. Poly1305, kimlik doğrulama etiketini sağlar. Birleşik AEAD yapısı, şifreli metin üzerinde yapılan herhangi bir kurcalamanın şifre çözme işleminden önce algılanmasını güvence altına alır.

BLAKE2s, 32 bit platformlar ve kısa iletiler için iyileştirilmiş bir kriptografik özet işlevidir. WireGuard bunu el sıkışmanın anahtar türetme adımlarında ve oturum tanımlayıcısının hesaplanmasında kullanır. BLAKE2s, eşdeğer güvenlik sağlarken çoğu platformda SHA-256'dan daha hızlıdır. SHA-3 finalisti BLAKE'in ardılı olarak tasarlanmıştır.

WireGuard eşleri, uzun vadeli kimliklerini temsil eden sabit bir anahtar çiftine sahiptir. Açık anahtarlar yapılandırma sırasında bant dışı olarak değiştirilir ve eş tanımlayıcıları olarak kullanılır. Her el sıkışma sırasında her iki eş de geçici anahtar çiftleri oluşturur. Sabit ve geçici anahtarlar arasındaki ECDH'nin, geçici anahtar çiftleri arasındaki ECDH ile birleştirilmesi hem kimlik doğrulama hem de ileri yönlü gizlilik sağlar.

WireGuard, kriptografik anahtarlarla yönlendirmeyi uygular: yapılandırmadaki her eş, o eş üzerinden erişilebilecek IP adreslerini (izin verilen IP'leri) belirtir. Giden bir paket, bir eşin izin verilen IP'leriyle eşleştiğinde o eşe şifrelenerek gönderilir. Gelen paketlerin şifresi çözülür ve kaynak IP adresleri, kullanılan anahtarın izin verilen IP'leriyle eşleşmelidir; aksi halde paketler atılır. Anahtarlar yönlendirme tablosunu tanımlar.

WireGuard'da kalıcı bağlantı kavramı yoktur. Trafik akmıyorsa paket gönderilmez ve VPN ağdan fiilen kaybolur. Gönderilecek trafik olduğunda el sıkışmaları gerektiğinde başlatılır. Yapılandırılabilen PersistentKeepalive ayarı, NAT yönlendiricilerinin arkasındaki cihazlar için NAT eşlemelerini korumak amacıyla düzenli olarak boş paketler gönderir.

WireGuard, 5.6 sürümünde (Mart 2020'de yayımlandı) Linux çekirdeğinin ana dalına dahil edildi. Çekirdek alanında çalışmak, WireGuard'a çekirdeğin ağ yığınına ve kriptografik donanıma doğrudan erişim sağlar; bunun sonucunda kullanıcı alanındaki VPN uygulamalarına göre daha yüksek aktarım hızı elde edilir. Diğer platformlarda (Windows, macOS, iOS, Android) WireGuard, platformlar arası bir uygulama aracılığıyla kullanıcı alanında çalışır.

Kıyaslama testleri, WireGuard'ın aktarım hızında OpenVPN'den sürekli olarak 3-4 kat daha iyi performans gösterdiğini ortaya koyar. AES-NI donanım hızlandırmalı IPsec, AES donanımı bulunan sistemlerde WireGuard ile karşılaştırılabilir performans sunar. AES-NI bulunmayan ARM cihazlarında WireGuard'ın ChaCha20'si, AES tabanlı alternatiflerden önemli ölçüde daha iyi performans gösterir. Daha düşük CPU kullanımı, mobil cihazlarda daha uzun pil ömrü anlamına da gelir.

WireGuard veri paketlerini şifrelemek için hangi algoritmayı kullanır?

WireGuard özeti: saldırı yüzeyini en aza indirmek için yaklaşık 4.000 kod satırı, sabit temel yapı taşları (anlaşma yok), Curve25519 kullanan Noise IKpsk2 el sıkışması, veri için ChaCha20-Poly1305, özetleme için BLAKE2s, IP aralıklarını açık anahtarlara bağlayan kriptografik anahtar yönlendirmesi, ileri yönlü gizlilik sağlayan geçici anahtarlar, en yüksek performans için çekirdek bütünleştirmesi ve gerektiğinde el sıkışmaları kullanan durum bilgisi tutmayan bağlantı modeli.