WolfGuard VPN con crittografia FIPS 140-3

WolfGuard è il refactoring conforme a FIPS di wolfSSL del kernel Linux basato su WireGuard, originariamente progettato e creato da Jason Donenfeld. L'utilizzo è essenzialmente identico. WolfGuard ha due componenti principali: il modulo kernel wolfguard.ko e lo strumento di configurazione wg-fips. wolfguard.ko dipende dal modulo kernel libwolfssl.ko e wg-fips dipende dalla libreria libwolfssl.so — queste dipendenze sono costruite dalla stessa fonte wolfSSL, rispettivamente con configurazione per modulo kernel e libreria utente. Lo script wg-fips-quick funziona esattamente come wg-quick in WireGuard, ma con script di configurazione in /etc/wolfguard contenenti chiavi pubbliche e private SECP256R1.

I collegamenti simbolici vengono installati nella directory bin di installazione da wg a wg-fips e da wg-quick a wg-fips-quick, per una sostituzione trasparente di WireGuard. Se durante l'installazione vengono trovati eseguibili di WireGuard, vengono rinominati in wg-wireguard e wg-wireguard-quick, con wg-wireguard-quick modificato per chiamare wg-wireguard e con una copia di sicurezza lasciata in wg-wireguard-quick.unpatched.

WolfGuard rimappa la crittografia di WireGuard come segue:

Nota che WolfGuard e WireGuard possono coesistere sullo stesso sistema, stabilendo simultaneamente tunnel WolfGuard e WireGuard.

Se libwolfssl.ko è configurato con --enable-intelasm, le prestazioni di WolfGuard eguagliano o superano quelle di WireGuard accelerato via CPU, grazie all'accelerazione CPU delle operazioni AES-256-GCM e SHA2-256. Senza --enable-intelasm, WolfGuard è leggermente più lento di WireGuard accelerato via CPU, ma è comunque in grado di saturare una gigabit ethernet su CPU moderne.

Compilazione e installazione

Di seguito sono riportate due serie di istruzioni: la prima per la compilazione da fonti non-FIPS, e la seconda per la compilazione da fonti certificate FIPS. In entrambi i casi, lo strumento utente e lo script WolfGuard sono denominati wg-fips e wg-fips-quick, a testimonianza del loro utilizzo di algoritmi approvati FIPS indipendentemente dallo stato di certificazione FIPS. Le versioni certificate e non certificate di WolfGuard sono completamente interoperabili tra loro, ma non possono interoperare con WireGuard.

L'opzione --enable-intelasm dovrebbe essere utilizzata solo con target CPU x86 e, per FIPS, solo su fonti FIPS che la supportano. Contattaci a [email protected] per maggiori informazioni.

L'opzione --enable-wolfguard abilita il set minimo di funzionalità della libreria/modulo richiesto per WolfGuard. Per un set di funzionalità più completo, usa invece --enable-all-crypto.

I comandi preceduti da $ devono essere eseguiti da un utente non privilegiato, mentre quelli con # vanno eseguiti con privilegi di root, ma nello stesso contesto della directory di lavoro stabilita.

Nota che se si utilizza un archivio di rilascio wolfSSL invece dei sorgenti git, la versione deve essere 5.8.4 o successiva.

Compilazione e installazione di sorgenti git non-FIPS

(1) Crea una directory di primo livello per i sorgenti e popolala:

$ mkdir wolf-sources
$ cd wolf-sources
$ git clone https://github.com/wolfssl/wolfssl --branch nightly-snapshot
$ git clone https://github.com/wolfssl/wolfguard
$ (cd wolfssl && ./autogen.sh)

(2) Compila e installa la libreria utente libwolfssl:

Nota: questo passaggio è opzionale su Linux, dove per impostazione predefinita wg-fips scarica le operazioni di generazione e conversione delle chiavi sul modulo kernel, invece di eseguirle internamente.

$ cd wolfssl
$ ./configure --quiet --enable-wolfguard --enable-all-asm
$ make -j
$ ./wolfcrypt/test/testwolfcrypt
# make install
$ cd ..

(3) Compila e installa lo strumento utente wg-fips -- nota: l'installazione sposterà gli eseguibili e le pagine man esistenti di WireGuard wg e wg-quick nelle directory di destinazione (se presenti) rispettivamente in wg-wireguard e wg-wireguard-quick, e installerà collegamenti simbolici per wg e wg-quick che puntano alle versioni WolfGuard.

$ cd wolfguard/user-src
$ make -j
# make install
$ cd ../..

Per forzare l'uso delle operazioni chiave interne su Linux, invece del default di scarico sul modulo kernel, sostituisci make -j con make -j NO_IPC_LLCRYPTO=1.

È disponibile il supporto per chiavi pubbliche compresse, le cui lunghezze esportate in base64 sono le stesse delle chiavi pubbliche Curve25519 di WireGuard. Ciò può essere abilitato sostituendo

$ make -j EXTRA_CFLAGS=-DWG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSION

nel comando sopra. Nota, tuttavia, che WolfGuard con WG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSION è incompatibile con le impostazioni predefinite di WolfGuard -- quando è impostato, le chiavi pubbliche compresse vengono fornite e attese, sia nella configurazione locale che nelle negoziazioni di rete.

(4) Compila e installa il modulo kernel libwolfssl. Sostituisci /usr/src/linux con il percorso del tuo albero dei sorgenti del kernel target, che deve essere completamente configurato e compilato, e corrispondere esattamente al kernel che avvierai sul tuo sistema target. Il modprobe alla fine presuppone che tu stia puntando al sistema nativo in esecuzione.

$ cd wolfssl
$ ./configure --quiet --enable-wolfguard --enable-cryptonly --enable-intelasm \
   --enable-linuxkm --with-linux-source=/usr/src/linux \
   --prefix=$(pwd)/linuxkm/build
$ make -j module
# make install
# modprobe libwolfssl

Prima di mettere in produzione il modulo kernel libwolfssl, dovresti compilarlo e caricarlo con l'auto-test esteso abilitato. Sostituisci la ricetta ./configure sopra con la seguente:

$ ./configure --quiet --enable-wolfguard --enable-cryptonly --enable-intelasm \
   --enable-linuxkm --with-linux-source=/usr/src/linux \
   --prefix=$(pwd)/linuxkm/build --enable-crypttests \
   CFLAGS=-DWOLFSSL_LINUXKM_VERBOSE_DEBUG

Le opzioni extra non sono appropriate per la produzione, ma un modulo configurato con esse dovrebbe essere caricato in un ambiente runtime rappresentativo per confermare che tutti gli algoritmi funzionino correttamente.

(5) Compila e installa il modulo kernel WolfGuard. Ancora, sostituisci /usr/src/linux con il percorso del tuo albero dei sorgenti del kernel target, e sostituisci 6.16.5-gentoo con il valore effettivo restituito da uname -r sul sistema target. E ancora, il modprobe dopo la compilazione presuppone che tu stia puntando al sistema nativo in esecuzione.

$ cd ../wolfguard/kernel-src
$ make -j KERNELDIR=/usr/src/linux KERNELRELEASE=6.16.5-gentoo
# make install
# modprobe wolfguard
$ ../user-src/wg-fips genkey | ../user-src/wg-fips pubkey

Il valore KERNELRELEASE è, di fatto, il nome esatto della directory sotto /lib/modules/ dove sono installati i moduli del kernel target.

Le operazioni genkey e pubkey nell'ultima riga sono test di funzionalità di base. Se tutto è a posto, avranno successo e stamperanno una chiave pubblica casuale.

Come per la compilazione di wg-fips sopra, il supporto per chiavi pubbliche compresse può essere abilitato aggiungendo EXTRA_CFLAGS=-DWG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSION alla ricetta make sopra. L'impostazione WG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSION deve essere corrispondente in tutto l'ecosistema.

Se tutto quanto sopra ha successo, allora sei ora pronto per attivare i tunnel WolfGuard. I playbook e gli script esistenti per WireGuard possono essere usati direttamente, a patto che si sostituisca /etc/wolfguard a /etc/wireguard e si generino tutte le chiavi usando lo strumento WolfGuard wg-fips (wg a questo punto sarà un collegamento a wg-fips).

Compilazione e installazione di sorgenti FIPS

Le versioni certificate FIPS dell'archivio sorgente wolfssl sono fornite separatamente. Contatta [email protected].

(1) Crea una directory di primo livello per i sorgenti e popolala. Questa procedura presuppone un archivio wolfssl in formato 7z -- sostituisci tar -xf se l'archivio è un .tar.gz. In entrambi i casi, regola la ricetta ln -s per assicurarti che wolfssl sia un collegamento simbolico alla directory wolfssl estratta. Nota anche che gli archivi del modulo kernel FIPS sono distinti dagli archivi non kernel, sebbene siano sicuri da usare per compilare la libreria utente FIPS, come mostrato di seguito.

$ mkdir wolf-sources
$ cd wolf-sources
$ 7z x ~/Downloads/wolfssl-X-fips-linuxvX-kernel.7z
$ ln -s wolfssl-X-fips-linuxvX-kernel wolfssl
$ git clone https://github.com/wolfssl/wolfguard

(2) Compila e installa la libreria utente libwolfssl.

Nota: questo passaggio è opzionale su Linux, dove per impostazione predefinita wg-fips scarica le operazioni di generazione e conversione delle chiavi sul modulo kernel, invece di eseguirle internamente.

$ cd wolfssl
$ ./configure --quiet --enable-fips=vX --enable-wolfguard
$ make -j
$ ./fips-hash.sh
$ make -j
$ ./wolfcrypt/test/testwolfcrypt
# make install
$ cd ..

Nota: l'argomento per --enable-fips deve corrispondere alla variante FIPS dell'archivio. Attualmente gli argomenti più adatti per l'uso con WolfGuard sono v5.2.4 e v6.

(3) Compila e installa lo strumento utente wg-fips -- nota: l'installazione sposterà gli eseguibili e le pagine man esistenti di WireGuard wg e wg-quick nelle directory di destinazione (se presenti) rispettivamente in wg-wireguard e wg-wireguard-quick, e installerà collegamenti simbolici per wg e wg-quick che puntano alle versioni WolfGuard.

$ cd wolfguard/user-src
$ make -j
# make install
$ cd ../..

Per forzare l'uso delle operazioni chiave interne su Linux, invece del default di scarico sul modulo kernel, sostituisci make -j con make -j NO_IPC_LLCRYPTO=1.

(4) Compila e installa il modulo kernel libwolfssl. Sostituisci /usr/src/linux con il percorso del tuo albero dei sorgenti del kernel target, che deve essere completamente configurato e compilato, e corrispondere esattamente al kernel che avvierai sul tuo sistema target.

Questo è un processo in due fasi. Prima compilerai e installerai il modulo con un hash di integrità errato. Poi lo caricherai per catturare l'hash corretto, che uscirà presto con un errore previsto "Operation canceled". Poi ricompilerai e caricherai il modulo con l'hash corretto. Nota che queste istruzioni presuppongono di puntare al sistema nativo. Nota anche che la versione FIPS di libwolfssl più bassa compatibile con la modalità kernel Linux è v5.2.4.

$ cd wolfssl
$ ./configure --quiet --enable-fips=vX --enable-wolfguard --enable-cryptonly \
   --enable-linuxkm --with-linux-source=/usr/src/linux \
   --prefix=$(pwd)/linuxkm/build
$ make -j module
# make install
# modprobe libwolfssl

(Aspettati un'uscita anticipata del modprobe sopra, con un messaggio "Operation canceled".)

$ NEWHASH=$(dmesg | awk '{if (match($0, " new hash \"([^\"]+)\" ", hash_a)) { hash = hash_a[1]; }} END {print hash}')
$ sed --in-place=.bak "s/^\".*\";/\"${NEWHASH}\";/" wolfcrypt/src/fips_test.c
$ make -j module
# make install
# modprobe libwolfssl

Se il secondo modprobe fallisce come il primo, con un altro messaggio "Update verifyCore[] in fips_test.c with new hash ..." nel log del kernel, allora la tua toolchain e/o la configurazione del kernel target stanno impedendo una build riproducibile. In tal caso, dovresti usare questa strategia alternativa, sostituendo i passaggi dopo il comando NEWHASH= sopra:

$ make module-update-fips-hash FIPS_HASH="$NEWHASH"
# make install
# modprobe libwolfssl

Prima di mettere in produzione il modulo kernel libwolfssl, dovresti compilarlo e caricarlo con l'auto-test esteso abilitato. Per fare ciò, sostituisci la ricetta ./configure sopra con la seguente:

$ ./configure --quiet --enable-fips=vX --enable-wolfguard --enable-cryptonly \
   --enable-linuxkm --with-linux-source=/usr/src/linux \
   --prefix=$(pwd)/linuxkm/build --enable-crypttests \
   CFLAGS=-DWOLFSSL_LINUXKM_VERBOSE_DEBUG

Le opzioni extra non sono appropriate per la produzione, ma un modulo configurato con esse dovrebbe essere caricato in un ambiente runtime rappresentativo per confermare che tutti gli algoritmi funzionino correttamente.

(5) Compila e installa il modulo kernel WolfGuard. Ancora, sostituisci /usr/src/linux con il percorso del tuo albero dei sorgenti del kernel target, e sostituisci 6.16.5-gentoo con il valore effettivo restituito da uname -r sul sistema target.

$ cd ../wolfguard/kernel-src
$ make -j KERNELDIR=/usr/src/linux KERNELRELEASE=6.16.5-gentoo
# make install
# modprobe wolfguard
$ ../user-src/wg-fips genkey | ../user-src/wg-fips pubkey

Le operazioni genkey e pubkey nell'ultima riga sono test di funzionalità di base. Se tutto è a posto, avranno successo e stamperanno una chiave pubblica casuale.

Come per la procedura non certificata FIPS, se tutto quanto sopra ha successo, allora sei ora pronto per attivare i tunnel WolfGuard. I playbook e gli script esistenti per WireGuard possono essere usati direttamente, a patto che si sostituisca /etc/wolfguard a /etc/wireguard e si generino tutte le chiavi usando lo strumento WolfGuard wg-fips (wg a questo punto sarà un collegamento a wg-fips). Tuttavia, nota che alcune applicazioni client e framework di automazione WireGuard si aspettano che le chiavi pubbliche WireGuard siano esportate con esattamente 44 caratteri di base64. Le chiavi pubbliche WolfGuard sono approssimativamente il doppio di quella lunghezza, a meno che non siano compilate con WG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSION, che attualmente non è supportato in FIPS v5, ma è supportato in FIPS v6 e successive.