セキュアエレメントとWireGuard

オープンソースカンファレンス2023 Spring Online ライトニングトーク

Transcript

1. セキュアエレメントとWireGuard 光安 健太郎
2. Agenda • ⾃⼰紹介 • WireGuardとは • セキュアエレメントについて • WireGuardのセキュリティ強化 • 展望 • まとめ
3. ⾃⼰紹介 インフラの出⾝で、セキュリティのビジネスをしている会社で働いています。 ⾃宅でいろいろやってきました。 SORACOM IoT Meetup 〜IoTデバイスセキュリティ 勉強会︕セキュアエレメントを学ぶ〜 2022/2/21開催
4. WireGuardとは WireGuardはシンプルで⾼速なVPN。Linuxの標準モジュールとして採⽤されてい て、利⽤が進んでいる。 センサー、カメラなどのエッジデバイス側で様々なセキュリティ対策が検討 されているが、WireGuardを使ってセキュアなエッジ通信ができないか考えた。
5. どう、最新の暗号技術が採⽤されているのか︖ Curve25519 ECDH 鍵共有 HKDF 鍵導出 ChaCha20-Poly1305 認証暗号 BLAKE2s ハッシュ WireGuardとは
6. WireGuardの構造 Linux カーネル ネットワーク インターフェース eth0 wlan0 wireguard カーネルモジュール Linux ユーザー空間 wireguard-tools rtnetlink カーネル⇔ネットワークインターフェース通信 netlink カーネル⇔ユーザー空間通信 インターフェース設定 鍵ペア転送 デバイス作成、通信 Go⾔語など、多数実装あり カーネル空間でなくユーザー空間で 動作する実装もあり WireGuardとは
7. Noise Protocol Frameworkのような最新のイケてる暗号化技術を つかっている︖︖ Noise Protocol Frameworkとは︖ WireGuardとは
8. ②DH計算 Noise Protocol Frameworkとは︖ 静的秘密鍵 静的公開鍵 公開 公開 ⼀時公開鍵 ⼀時秘密鍵 ハンドシェイク通信 静的公開鍵 公開 あらかじめ 渡しておく 静的公開鍵 公開 相⼿の 静的公開鍵 （事前に⼊⼿） 公開 相⼿の 静的公開鍵 （事前に⼊⼿） 公開 ⼀時秘密鍵 ③DH計算 相⼿の 静的公開鍵 （事前に⼊⼿） 公開 静的秘密鍵 ④DH計算 静的秘密鍵 公開 ⼀時秘密鍵 静的秘密鍵 ⼀時公開鍵 公開 ⼀時公開鍵 ①DH計算 ⼀時秘密鍵 公開 ⼀時公開鍵 WireGuardとは
9. 課題提起︓静的秘密鍵の置き場所 これをセキュアエレメントで守れないか [Interface] PrivateKey = FA2qtPQO3XsjOSR06Sx9Eg/rR8pw2B5cSgdOXKpa8Gs= Address = 10.0.0.112/32 [Peer] PublicKey = ty5vAuknCTspoVquXgHt1AR8sm05Jblrkv1bfGKfMBw= Endpoint = XXX.XXX.XXX.XXX:51820 AllowedIPs = 10.0.0.0/24 PersistentKeepalive = 25 静的秘密鍵 相⼿の 静的公開鍵 （事前に⼊⼿） 公開 WireGuardとは
10. セキュアエレメントについて ▪セキュアエレメントの機能︓秘密鍵を隠して、なりすましを防ぐI2Cデバイス 基本機能︓ ▪秘密鍵を読みだすコマンドがなく、公開鍵を読める コマンドのみある。 ▪セキュアエレメント内の秘密鍵に値（ハッシュ）を 与えて署名、DH計算など⾏い結果を返すコマンドがある。
11. ATECC608A SE050(C) Optiga Trust X メーカー Microchip NXP Infineon インターフェース I2C 暗号演算 楕円暗号(ECC) 楕円暗号(ECC)、RSA 楕円暗号(ECC) 楕円暗号 NIST P-256 ECC NIST (192 to 521 bit) Brainpool (160 to 512 bit) Twisted Edwards Ed25519 Montgomery Curve25519 Koblitz (192 to 256 bit) Barreto-Naehrig Curve 256 bit NIST P-256, P-384 RSA暗号 - up to 4096 bit - 共通鍵暗号 AES-128 AES 128, 192 and 256 bit and DES keys with single DES, 2K3DES and 3K3DES AES-128 ハッシュ SHA-256 SHA-224/256/384/512 SHA-256 記憶領域 1.1KB 50KB 10KB 価格（1個当たり） 87円 476円 244円 パッケージ 8pin SOIC,DFN 20pin QFN 10pin DFN 製品ファミリ 限定機能のみの ATECC108Aなど 限定機能のみのSE050(A)、SE050(B) 温度環境対応品 採⽤実績 Google Coral SoM,Arduino MKR Wifi Amazon Dash Button 2nd gen.(ATECC108A) ZYMBIT security module NervesKey for NervesHub Adafruit ATECC608 Breakout Coldcard Bitcoin hardware wallet etc. ー ー 対応規格 ー Security certification CC EAL6+ (HW+JCOP) JavaCard version 3.0.5 GlobalPlatform specification version GP 3.0 Security certification CC EAL6+ セキュアエレメントについて
12. ▪Raspberry Pi 3b＋ bullseye 環境を⽤意 NXP SE050 C1をI2C接続。 （市販品ではMIKROE Plug&Trust clickが利⽤可能） $ sudo raspi-configでI2Cを有効 $ i2cdetect –y 1 コマンドで0x48 （SE050のアドレス）認識を確認 セキュアエレメントについて
13. セキュアエレメントについて ▪NXP社 SE050 セキュアエレメントへのアクセス例 NXPのPlug＆Trustミドルウェア内にある、 CLIツールを利⽤してアクセスを試みる。 鍵情報はすべて8桁の16進数オブジェクトID付きで 保存される。 保存されている証明書へIDを指定してアクセスを⾏えた。 $ ssscli connect se05x t1oi2c /dev/i2c-1:0x48 $ ssscli get bin 0xF0000101 ./device_cert.der Getting Certificate from KeyID = 0xF0000101 sss :INFO :atr (Len=35) 00 A0 34 20 41 54 50 4F sss :WARN :Communication channel is Plain. sss :WARN :!!!Not recommended for production use.!!! Retrieved Certificate from KeyID = 0xF0000101
14. ▪セキュアエレメントを組み込むイメージ WireGuardのセキュリティ強化 ②DH計算 静的秘密鍵 静的公開鍵 公開 公開 ⼀時公開鍵 ⼀時秘密鍵 ハンドシェイク通信 静的公開鍵 公開 あらかじめ 渡しておく 静的公開鍵 公開 相⼿の 静的公開鍵 （事前に⼊⼿） 公開 相⼿の 静的公開鍵 （事前に⼊⼿） 公開 ⼀時秘密鍵 ③DH計算 相⼿の 静的公開鍵 （事前に⼊⼿） 公開 静的秘密鍵 ④DH計算 静的秘密鍵 公開 ⼀時秘密鍵 静的秘密鍵 ⼀時公開鍵 公開 ⼀時公開鍵 ①DH計算 ⼀時秘密鍵 公開 ⼀時公開鍵 静的秘密鍵は セキュアエレメント内から 出ない
15. WireGuardのセキュリティ強化 ▪実装のポイント Linux ユーザー空間 wireguard-tools •wg genkeyコマンド 出⼒される秘密鍵を隠すため、SE050の内部の鍵の保管番号である オブジェクトIDを代わりに出⼒する この値⾃体は漏れても問題ない •wg pubkeyコマンド 上記オブジェクトIDを引数として、SE050から公開鍵を出⼒する。
16. WireGuardのセキュリティ強化 ▪実装のポイント •noise.c ハンドシェイクを⾏うコード内で、wg->static_identity.static_private 構造体の中⾝をSE050の内部の鍵の保管番号であるオブジェクトIDに 変更し、ECDH計算のためこれを呼び出す関数をSE050のAPIに置き換え る。 NXPのPlug＆Trustミドルウェアはユーザー空間⽤なため、カーネル モジュール⽤にHAL（Hardware Abstraction Layer）の作成が必要。 コードもカーネル空間⽤にリライトが必要。 Linux カーネル wireguard カーネルモジュール
17. WireGuardのセキュリティ強化 ▪wireguard-tools $ wg genkey 0x10000009 CQAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA= $ wg genkey 0x10000009 | wg pubkey Yh3rhVp7LfvPC4YWjB7L8mJO2hk2VXMh9sZ9B6tLm2c= 0x10000009をBase64にした数値に なり、秘密鍵を隠せた。 SE050のオブジェクトID 0x10000009の公開鍵を出⼒。 これを相⼿側のwireguardへ登録。
18. WireGuardのセキュリティ強化 ▪wireguard $ sudo cat /etc/wireguard/wg0.conf [Interface] PrivateKey = CQAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA= Address = 10.0.0.110/32 [Peer] PublicKey = XXXXX= Endpoint = XXX.XXX.XXX.XXX:XXXXX AllowedIPs = 10.0.0.0/24 PersistentKeepalive = 25 0x10000009をBase64にした数値を 秘密鍵として登録 相⼿側の公開鍵を登録
19. WireGuardのセキュリティ強化 ▪パフォーマンス iperf3 5回実⾏平均 標準のwireguard 39.28Mbit/sec セキュアエレメント対応wireguard 39.38Mbit/sec 有意な差はなし
20. WireGuardのセキュリティ強化 ▪キーローテーションを試す。 クライアント側で新しいキー番号で秘密鍵 、公開鍵を作成する。 $ wg genkey 0x10000006 BgAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA= $ wg genkey 0x10000006 | wg pubkey 9oGFAiGUSMIzg2gzwwEBasjfKxkULebTwzOEjn7K4Rk=
21. WireGuardのセキュリティ強化 ▪キーローテーションを試す。 サーバー側で︓ $ sudo wg set wg0 peer "9oGFAiGUSMIzg2gzwwEBasjfKxkULebTwzOEjn7K4Rk=" allowed- ips 10.0.0.111/32 これを実⾏したところで接続が切れる。 $ sudo wg set wg0 peer "ChgKBqwSnkov+rcC2KKUQKMgPH9pfrnWXzLpMzfKpg4=" remove IPは現在のIP 現在接続しているピアの公開鍵
22. WireGuardのセキュリティ強化 ▪キーローテーションを試す。 クライアント側で︓ $ sudo wg-quick down /etc/wireguard/wg0.conf $ sudo vi /etc/wireguard/wg0.confで以下を変更 ``` [Interface] PrivateKey = BgAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA= Address = 10.0.0.111/32 ``` $ sudo wg-quick up /etc/wireguard/wg0.conf IPは現在のIP 新しい0x10000006の鍵を指定
23. 考慮事項 ▪SE050の書き込み回数上限。 An exception in case the EC Montgomery curve 25519 is used: each shared secret generation will cause additional NVM write operations as well to store the external public key that is used in the shared secret generation. SE050でECDH計算をするたびに内部フラッシュ書き込みが発⽣するようだ。 実測︓5分で４回実⾏ データシートによると書き込み許容回数は 最悪で、2000万回、平均で1億回 とのこと。 １分に1回ECDH計算する想定だと、最悪でも38年。
24. 展望 想定⽤途︓ IoTデバイスのメンテナンスネットワーク 既存のMQTTなどのプロトコル保護 IoTセキュリティについて継続勉強中。 ブログやっているのでいろいろ教えてください。 https://qiita.com/kmitsu76
25. まとめ クラウド接続が増加してくるIoTデバイスでのセキュアエレメントの実装は ネットワーク、扱うデータ、デバイスをより信頼できるため、活⽤の幅が広まる 参考資料︓ 作って理解するWireGuard https://speakerdeck.com/fadis/zuo-tuteli-jie-suruwireguard