WolfGuard VPNとFIPS 140-3暗号化

WolfGuardは、wolfSSLのFIPS準拠のリファクタリングであり、Linuxカーネルベースの WireGuardを元に、Jason Donenfeldによって設計および作成されました。 使用方法は基本的に同一です。WolfGuardには2つの主要コンポーネントがあります：wolfguard.koカーネルモジュールとwg-fips設定ツールです。 wolfguard.koはlibwolfssl.koカーネルモジュールに依存し、wg-fipsはlibwolfssl.soライブラリに依存します — これらの依存関係は同じwolfSSLソースからビルドされ、それぞれカーネルモジュールとユーザーライブラリの設定が使用されます。 wg-fips-quickスクリプトはWireGuardのwg-quickとまったく同じように動作しますが、設定スクリプトは/etc/wolfguardにあり、SECP256R1公開鍵と秘密鍵を含みます。

インストールbinディレクトリには、wgからwg-fipsへ、およびwg-quickからwg-fips-quickへのシンボリックリンクがインストールされ、WireGuardの透過的なドロップイン置き換えが可能になります。 インストール中にWireGuard実行ファイルが見つかった場合、それらはwg-wireguardとwg-wireguard-quickに名前変更され、wg-wireguard-quickはwg-wireguardを呼び出すように変更され、安全のためのコピーがwg-wireguard-quick.unpatchedに残されます。

WolfGuardはWireGuardの暗号を以下のように再マッピングします：

WolfGuardとWireGuardは同じシステム上で共存でき、同時にWolfGuardトンネルとWireGuardトンネルを確立できることに注意してください。

libwolfssl.koが--enable-intelasmで設定されている場合、WolfGuardのパフォーマンスはCPUアクセラレーションされたWireGuardに匹敵するかそれを上回ります。これはAES-256-GCMおよびSHA2-256演算のCPUアクセラレーションによるものです。--enable-intelasmがない場合、WolfGuardはCPUアクセラレーションされたWireGuardよりもやや遅くなりますが、それでも最新のCPU上でギガビットイーサネットを飽和させることができます。

ビルドとインストール

以下に2つの手順を示します。1つ目は非FIPSソースからのビルド、2つ目はFIPS認証ソースからのビルドです。どちらの場合も、WolfGuardユーザーツールとスクリプトはそれぞれwg-fipsおよびwg-fips-quickと名前が付けられており、FIPS認証ステータスに関係なくFIPS承認アルゴリズムを使用していることを反映しています。FIPS認証済みおよび非認証のWolfGuardビルドは相互に完全に互換性がありますが、WireGuardとの相互運用はできません。

--enable-intelasmオプションはx86 CPUターゲットでのみ使用し、FIPSの場合はそれをサポートするFIPSソースでのみ使用してください。詳細については[email protected]までお問い合わせください。

--enable-wolfguardオプションは、WolfGuardに必要な最小限のライブラリ/モジュール機能セットを有効にします。より包括的な機能セットの場合は、代わりに--enable-all-cryptoを使用してください。

$が接頭辞として付いたコマンドは非特権ユーザーが実行し、#が付いたコマンドはroot権限で、同じ作業ディレクトリコンテキスト内で実行します。

wolfSSLリリースアーカイブをgitソースの代わりに使用する場合、リリースはバージョン5.8.4以降である必要があります。

非FIPSのgitソースのビルドとインストール

(1) ソース用のトップレベルディレクトリを作成し、ファイルを配置します:

$ 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) libwolfsslユーザーライブラリをビルドしてインストールする:

注: この手順はLinuxではオプションです。Linuxではデフォルトでwg-fipsが鍵生成および変換操作をカーネルモジュールにオフロードし、内部で実行しません。

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

(3) wg-fipsユーザーツールをビルドしてインストールする -- インストールにより、既存のWireGuardのwgおよびwg-quick実行ファイルとマニュアルページ（存在する場合）がそれぞれwg-wireguardおよびwg-wireguard-quickに移動され、WolfGuardバージョンを指すwgおよびwg-quickのシンボリックリンクがインストールされます。

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

Linuxでデフォルトのカーネルモジュールへのオフロードではなく内部鍵操作を強制するには、make -jをmake -j NO_IPC_LLCRYPTO=1に置き換えます。

圧縮公開鍵のサポートが利用可能です。これにより、base64エクスポート長がWireGuard Curve25519公開鍵と同じになります。これは、上記のmake -jを次のように置き換えることで有効にできます：

$ make -j EXTRA_CFLAGS=-DWG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSION

ただし、WG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSIONを有効にしたWolfGuardはデフォルトのWolfGuard設定と互換性がないことに注意してください。設定した場合、ローカル設定とネットワーク交渉の両方で圧縮公開鍵が供給され、期待されます。

(4) libwolfsslカーネルモジュールをビルドしてインストールする。 /usr/src/linuxを実際のターゲットカーネルソースツリーへのパスに置き換えます。このソースツリーは完全に設定およびビルドされており、ターゲットシステムで起動するカーネルと正確に一致する必要があります。最後のmodprobeは、ネイティブの実行中のシステムを対象としていることを前提としています。

$ 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

libwolfsslカーネルモジュールを本番環境に投入する前に、拡張自己テストを有効にしてビルドおよびロードする必要があります。上記の./configureレシピを次のように置き換えます：

$ ./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

追加のオプションは本番環境には適していませんが、これらで構成されたモジュールは代表的なランタイム環境にロードし、すべてのアルゴリズムが正しく機能することを確認する必要があります。

(5) WolfGuardカーネルモジュールをビルドしてインストールする。 同様に、/usr/src/linuxを実際のターゲットカーネルソースツリーへのパスに置き換え、6.16.5-gentooをターゲットシステムでuname -rが返す実際の値に置き換えます。また、ビルド後のmodprobeはネイティブの実行中のシステムを対象としていることを前提としています。

$ 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

KERNELRELEASEの値は、実質的にターゲットカーネルのモジュールがインストールされている/lib/modules/下のディレクトリ名そのものです。

最後の行のgenkeyおよびpubkey操作は基本的な機能テストです。正常に動作すれば成功し、ランダムな公開鍵が出力されます。

上記のwg-fipsビルドと同様に、圧縮公開鍵サポートは上記のmakeレシピにEXTRA_CFLAGS=-DWG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSIONを追加することで有効にできます。WG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSION設定はエコシステム全体で一致している必要があります。

上記のすべてが成功した場合、WolfGuardトンネルを起動する準備が整いました。既存のWireGuard用のプレイブックやスクリプトは、/etc/wireguardを/etc/wolfguardに置き換え、すべての鍵をWolfGuardのwg-fipsツールを使用して生成すれば、そのまま使用できます（この時点でwgはwg-fipsへのリンクになっています）。

FIPSソースのビルドとインストール

FIPS認証バージョンのwolfsslソースアーカイブは別途提供されます。[email protected]までお問い合わせください。

(1) ソース用のトップレベルディレクトリを作成し、ファイルを配置します。 この手順では、wolfsslアーカイブが7z形式であることを前提としています。アーカイブが.tar.gzの場合はtar -xfに置き換えてください。いずれの場合も、ln -sレシピを調整して、wolfsslが展開されたwolfsslディレクトリへのシンボリックリンクになるようにします。また、FIPSカーネルモジュールアーカイブは非カーネルアーカイブとは異なりますが、以下に示すようにFIPSユーザーライブラリのビルドに使用しても安全です。

$ 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) libwolfsslユーザーライブラリをビルドしてインストールする。

注: この手順はLinuxではオプションです。Linuxではデフォルトでwg-fipsが鍵生成および変換操作をカーネルモジュールにオフロードし、内部で実行しません。

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

注: --enable-fipsの引数はアーカイブのFIPSフレーバーと一致する必要があります。現在、WolfGuard使用に最も適した引数はv5.2.4およびv6です。

(3) wg-fipsユーザーツールをビルドしてインストールする -- インストールにより、既存のWireGuardのwgおよびwg-quick実行ファイルとマニュアルページ（存在する場合）がそれぞれwg-wireguardおよびwg-wireguard-quickに移動され、WolfGuardバージョンを指すwgおよびwg-quickのシンボリックリンクがインストールされます。

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

Linuxでデフォルトのカーネルモジュールへのオフロードではなく内部鍵操作を強制するには、make -jをmake -j NO_IPC_LLCRYPTO=1に置き換えます。

(4) libwolfsslカーネルモジュールをビルドしてインストールする。 /usr/src/linuxを実際のターゲットカーネルソースツリーへのパスに置き換えます。このソースツリーは完全に設定およびビルドされており、ターゲットシステムで起動するカーネルと正確に一致する必要があります。

これは2段階のプロセスです。まず、誤った整合性ハッシュでモジュールをビルドしてインストールします。次に、それをロードして正しいハッシュをキャプチャします。正しいハッシュがキャプチャされると、期待される「Operation canceled」エラーで早期終了します。その後、正しいハッシュでモジュールを再ビルドしてロードします。これらの手順はネイティブシステムを対象としていることを前提としています。また、Linuxカーネルモードと互換性のある最低のlibwolfssl FIPSバージョンはv5.2.4であることに注意してください。

$ 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

（上記のmodprobeは早期終了し、「Operation canceled」メッセージが表示されることが予想されます。）

$ 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

2番目のmodprobeが最初と同様に失敗し、カーネルログに「Update verifyCore[] in fips_test.c with new hash ...」という別のメッセージが表示される場合、ツールチェーンまたはターゲットカーネル設定が再現可能なビルドを妨害しています。その場合、上記のNEWHASH=コマンド以降の手順を次の代替戦略に置き換えてください：

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

libwolfsslカーネルモジュールを本番環境に投入する前に、拡張自己テストを有効にしてビルドおよびロードする必要があります。これを行うには、上記の./configureレシピを次のように置き換えます：

$ ./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

追加のオプションは本番環境には適していませんが、これらで構成されたモジュールは代表的なランタイム環境にロードし、すべてのアルゴリズムが正しく機能することを確認する必要があります。

(5) WolfGuardカーネルモジュールをビルドしてインストールする。 同様に、/usr/src/linuxを実際のターゲットカーネルソースツリーへのパスに置き換え、6.16.5-gentooをターゲットシステムでuname -rが返す実際の値に置き換えます。

$ 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

genkeyおよびpubkey操作は基本的な機能テストです。正常に動作すれば成功し、ランダムな公開鍵が出力されます。

非FIPS認証手順と同様に、上記のすべてが成功した場合、WolfGuardトンネルを起動する準備が整いました。既存のWireGuard用のプレイブックやスクリプトは、/etc/wireguardを/etc/wolfguardに置き換え、すべての鍵をWolfGuardのwg-fipsツールを使用して生成すれば、そのまま使用できます（この時点でwgはwg-fipsへのリンクになっています）。ただし、一部のWireGuardクライアントアプリケーションや自動化フレームワークは、WireGuard公開鍵が正確に44文字のbase64でエクスポートされることを期待しています。WolfGuard公開鍵は、WG_USE_PUBLIC_KEY_COMPRESSIONを使用してビルドしない限り、その約2倍の長さになります。この機能は現在FIPS v5ではサポートされていませんが、FIPS v6以降ではサポートされています。