プロキシを作って学ぶ WireGuard / Learning WireGuard by Creating a Proxy

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 4 この発表で話すこと、話さないこと要約 • NginxなどにあるVirtualHosts機能ぽいものを作ってみた • プロキシと書いたけど、動作としてはL2スイッチやARPのほうがイメージしやすいかも • 実用には向かないが、WireGuardの通信を理解するきっかけにはなりそうなので共有してみる話すこと • 作ったプロキシに関して • WireGuardの通信の流れとメッセージ構造（の一部）話さないこと • WireGuardの使い方 • Cookie Replyメッセージに関しては省略 ※今回紹介するプロキシは実用を想定していません（業務での利用も予定していません）

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 5 WireGuardとは？ WireGuardはシンプルで高速なオープンソースのVPN 特徴を一部抜粋[1] • UDPを利用 • NAT超えが可能 • IPアドレスの変化や再接続に強い • 公開鍵を利用した認証（SSHの公開鍵認証と似ている） • Cryptokey Routing • 認証に失敗したメッセージ（パケット）は無視する • メッセージの種類は4種類とシンプル • クリプトアジリティを意図的に欠いている • 4,000行未満のコードで実装できるため、監査や検証が容易 [1] Jason A. Donenfeld, “WireGuard: Next Generation Kernel Network Tunnel”, 2020. https://www.wireguard.com/papers/wireguard.pdf.

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 6 やりたかったこと諸事情により、複数のWireGuardクライアントから複数サーバへの接続を単一のIPアドレスとポートで受け付けられると嬉しい場面があった rox セメント lient lient 2 lient n er er er er 2 er er n 接続 N rox 接続 N ココ ※ InitiatorをClient、ResponderをServerと読み替え

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 7 作ったものブロードキャストを利用したシンプルで不完全なプロキシどのくらいシンプルなの？ → 右のQRコードに収まるくらい下記コマンドを実行するとソースコードが見えるはず $ echo "[QRコードのbase64文字列]" | base64 -d | gunzip > main.go ※今回紹介するプロキシは実用を想定していません（業務環境での利用もしていません）デコードには CyberChefが便利かも

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 8 通常のWireGuardの動作下記の流れで鍵交換（セッション作成）を行う 1. Handshake Initiaion 2. Handshake Response 3. Transport Data（Initiatorから送信） 4. Transport Data セッションの作成は、2分が経過もしくは、一定数のメッセージを送信したタイミンで再度行う • REKEY-AFTER-MESSAGES: 260messages • REJECT-AFTER-MESSAGES: 264 − 213 − 1messages • REKEY-AFTER-TIME: 120 seconds • REJECT-AFTER-TIME: 180 seconds lient er er 1RTTで鍵交換が終わる ※負荷がかかっている状態では動作が変わるが、今回は省略（Cookie Replyメッセージ）

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 9 通常のWireGuardの動作下記の流れで鍵交換（セッション作成）を行う 1. Handshake Initiaion 2. Handshake Response 3. Transport Data（Initiatorから送信） 4. Transport Data セッションの作成は、2分が経過もしくは、一定数のメッセージを送信したタイミンで再度行う • REKEY-AFTER-MESSAGES: 260messages • REJECT-AFTER-MESSAGES: 264 − 213 − 1messages • REKEY-AFTER-TIME: 120 seconds • REJECT-AFTER-TIME: 180 seconds ココを追加 ※負荷がかかっている状態では動作が変わるが、今回は省略（Cookie Replyメッセージ） lient er er rox 1RTTで鍵交換が終わる

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 10 プロキシの動作 1. Handshake Initiation ClientはServerへ、セッションを確立するための Handshake initiationメッセージを送るプロキシはtypeフィールドを確認し下記処理を行う 1. Sendrフィールドをキーに送信元情報をテーブルに格納 2. 宛アドレスProxyセメントのブロードキャストアドレスに変更し送信 3. Proxyセメント内の全Serverにメッセージが届く ※ InitiatorをClient、ResponderをServerと読み替え [1] Jason A. Donenfeld, “WireGuard: Next Generation Kernel Network Tunnel”, 2020. https://www.wireguard.com/papers/wireguard.pdf, p. 10. Handshake initiationメッセージの構造（[1]より）

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 11 プロキシの動作 2. Responder to Initiator 正規のクライアントからパケットを受け取ったサーバのみが、レスポンスを返す（WireGuardの仕様）プロキシはtypeフィールドを確認し下記処理を行う 1. sendrフィールドをキーに送信元情報をテーブルに格納 2. receiverフィールドをキーに宛情報を検索 3. パケットの宛情報を書き換えてユニキャスト 4. クライアントにパケットが届きセッション確立 Initiator e on er rox Handshake responseメッセージの構造（[1]より） ※ InitiatorをClient、ResponderをServerと読み替え [1] Jason A. Donenfeld, “WireGuard: Next Generation Kernel Network Tunnel”, 2020. https://www.wireguard.com/papers/wireguard.pdf, p. 11.

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 12 ※ InitiatorをClient、ResponderをServerと読み替え [1] Jason A. Donenfeld, “WireGuard: Next Generation Kernel Network Tunnel”, 2020. https://www.wireguard.com/papers/wireguard.pdf, p. 12. プロキシの動作 3. Transport Data recieverフィールドの情報をもとにデータを転送するプロキシはtypeフィールドを確認し下記処理を行う 1. receiverフィールドをキーに宛情報を検索 2. パケットの宛情報を書き換えてユニキャスト 3. 宛のClient or Serverに届く Initiator e on er rox Transport dataメッセージの構造（[1]より）

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 13 なぜ使わなかったのか？一番の理由 • 無くてもそこまで困らなかった単一障害点になる • 思い付きで作ったは良いが、クオリティも低く信頼性にも欠けていた仕組上の課題 • Client側のIPアドレスの変化に弱くなる（テーブル情報をセキュアにどう更新するか？） • Clientが増えるにしたがって、ブロードキャストパケットが増えシステム全体の負荷が上がる • など... 既存のプロキシの存在（未検証） • mwgp(Multiple WireGuard Proxy) • 設定ファイルが必要ぽい

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© NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 14 おわりに WireGuardはシンプルで高速なVPN • UDPを利用 • NAT超えが可能 • IPアドレスの変化や再接続に強い • 公開鍵を利用した認証（SSHの公開鍵認証と似ている） • Cryptokey Routing • 認証に失敗したメッセージ（パケット）は無視する • メッセージの種類は4種類とシンプル作ったプロキシに関して • 実用には向かないが、WireGuardの通信を理解するきっかけにはなりそうなので共有してみた