Product SiteDocumentation Site

10.2. Виртуальная частная сеть

Виртуальная частная сеть (VPN) предоставляет возможность контакта для двух локальных сетей через интернет, используя туннель. Туннель обычно зашифрован для конфиденциальности. VPN сети часто используются для интеграции удалённой машины в локальную сеть компании.
Существуют несколько инструментов для организации такой сети. OpenVPN — это эффективное решение, легкое для развёртывания и поддержки, основано на SSL/TLS. Другая возможность состоит в использовании IPsec для шифрования IP трафика между двумя машинами. Такое шифрование прозрачно, это означает что приложения, запущенные на таких хостах не нуждаются в изменениях для добавления VPN в аккаунт. SSH, в дополнение к традиционным возможностям, также может использоваться как VPN. Наконец, VPN можно создать, используя протокол Microsoft PPTP. Существуют иные способы, которые остались за рамками этой книги.

10.2.1. OpenVPN

OpenVPN используется для создания виртуальных частных сетей. В его настройку входит создание частных сетевых интерфейсов на VPN сервере и на клиенте (клиентах). Оба tun (для туннелей уровня IP) и tap (для туннелей уровня Ethernet) интерфейса поддерживаются. На практике tun используется чаще, за исключением необходимости интеграции VPN клиентов в локальную сеть сервера через Ethernet мост.
Для использования SSL/TLS криптографии и смежных возможностей (конфиденциальность, аутентификация, целостность, неапеллируемость) OpenVPN полагается на OpenSSL. Конфигурация осуществляется с помощью общего секретного ключа или используя сертификаты X.509, основанные на инфраструктуре публичного ключа.

10.2.1.1. Инфраструктура открытых ключей: easy-rsa

Алгоритм RSA широко используется в криптографии публичного ключа. Он включает «пару ключей», содержащую частный и публичный ключ. Два ключа тесно связаны между собой и их математические свойства тоже, например, сообщение зашифрованное с публичным ключом может быть расшифровано тем, кто знает частный ключ, что обеспечивает конфиденциальность. Наоборот, сообщение, зашифрованное с частным ключом, может расшифровать любой, знающий публичный ключ — это гарантия установления подлинности сообщения, т. к. создать такое мог только человек с доступом к частному ключу. Если есть связь с цифровой хэш-функцией (MD5, SHA1 или более современные), то это механизм подписи, который может быть применён к любому сообщению.
Однако кто угодно может создать пару ключей, наполнить её любой информацией, касаемой индивидуальных данных какого-либо лица, и притвориться в любой момент, что он и есть та или иная "личность". Чтобы исключить такие ситуации, было решено создать Центр сертификации (открытых публичных ключей) - Certification Authority (CA), работающий по стандарту X.509. Смысл в том, что данному центру доверяют хранить одну половинку ключа, известной как root certificate (доверенный корневой сертификат). Этот сертификат (открытый публичный ключ) используется только для подписания других сертификатов (одной половины ключа от пары), после выполнения предварительных действий по подтверждению подлинности личности (организаций и физических лиц), сохраняемой в паре ключей. Программы, использующие X.509 могут затем проверить сертификаты, представленные им, при этом они должны знать о доверенных корневых сертификатах.
OpenVPN придерживается этого правила. Поскольку публичные CA выпускают сертификаты только в обмен за деньги (здоровéнные), OpenVPN может создать свой приватный центр сертификации, авторизированный внутри компании (то есть независимый локальный центр сертификации) и выдавать самоподписанные сертификаты (то есть открытые публичные ключи). Пакет easy-rsa включает в себя инструменты, с помощью которых можно управлять инфраструктурой сертификации X.509, а также они включают в себя сценарии с использованием команды openssl.
Администраторы Falcot Corp используют этот инструмент для создания нужных сертификатов, для обеих сторон - для сервера и клиентов. Это позволяет настраивать всех клиентов похожим образом, поскольку на клиентах надо только установить, чтобы они считали доверенными сертификатами те, что были выданы локальным CA, расположенным в Falcot. Этот CA в Falcot имеет порядковый номер - первый сертификат, который он выдал сам себе в самом начале своей работы. Для учёта и хранения выдаваемых сертификатов администраторы создают каталог с нужными файлами для CA в подходящем месте, предпочтительнее на машине, не подсоединённой к сети. Это делается для того, чтобы уменьшить риск кражи закрытых ключей, выданных локальным CA.
$ make-cadir pki-falcot
$ cd pki-falcot
They then store the required parameters into the vars file, which can be uncommented and edited:
$ vim vars
$ grep EASYRSA vars
export KEY_CONFIG=`$EASY_RSA/whichopensslcnf $EASY_RSA`
export KEY_DIR="$EASY_RSA/keys"
echo NOTE: If you run ./clean-all, I will be doing a rm -rf on $KEY_DIR
export KEY_SIZE=2048
export KEY_EXPIRE=3650
export KEY_COUNTRY="FR"
export KEY_PROVINCE="Loire"
export KEY_CITY="Saint-Étienne"
export KEY_ORG="Falcot Corp"
export KEY_EMAIL="admin@falcot.com"
export KEY_OU="Certificate authority"
export KEY_NAME="Certificate authority for Falcot Corp"
# If you'd like to sign all keys with the same Common Name, uncomment the KEY_CN export below
# export KEY_CN="CommonName"
$ 
Следующим шагом является создание пары к ключу CA (то есть приватного ключа), то есть самому себе (при выполнении этого шага обе части ключа, или "пара", будут размещены под именами keys/ca.crt и keys/ca.key):
The next step is the creation of the CA's key pair itself (the two parts of the key pair will be stored under pki/ca.crt and pki/private/ca.key during this step). We can add the option nopass to avoid entering a password each time the private key is used:
$ ./easyrsa build-ca nopass

Note: using Easy-RSA configuration from: ./vars

Using SSL: openssl OpenSSL 1.1.1b  26 Feb 2019
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus (2 primes)
......................................................................................+++++
......................+++++
e is 65537 (0x010001)
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Common Name (eg: your user, host, or server name) [Easy-RSA CA]:

CA creation complete and you may now import and sign cert requests.
Your new CA certificate file for publishing is at:
/home/roland/pki-falcot/pki/ca.crt

А сейчас можно создать сертификат для сервера VPN, при необходимости активизировать и протокол Диффи-Хелмана для серверной стороны соединения по SSL/TLS. VPN сервер идентифицируется по его DNS имени vpn.falcot.com; это имя будет использоваться в дальнейшем для создания файлов ключей (keys/vpn.falcot.com.crt - для публичного сертификата - первой половинки ключа, keys/vpn.falcot.com.key - для закрытого ключа - второй половинки):
$ ./easyrsa gen-req vpn.falcot.com nopass
Note: using Easy-RSA configuration from: ./vars

Using SSL: openssl OpenSSL 1.1.1b  26 Feb 2019
Generating a RSA private key
.................................................................................+++++
........+++++
writing new private key to '/home/roland/pki-falcot/pki/private/vpn.falcot.com.key.E5c3RGJBUd'
-----
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Common Name (eg: your user, host, or server name) [vpn.falcot.com]:

Keypair and certificate request completed. Your files are:
req: /home/roland/pki-falcot/pki/reqs/vpn.falcot.com.req
key: /home/roland/pki-falcot/pki/private/vpn.falcot.com.key

$ ./easyrsa sign-req server vpn.falcot.com

Note: using Easy-RSA configuration from: ./vars

Using SSL: openssl OpenSSL 1.1.1b  26 Feb 2019


You are about to sign the following certificate.
Please check over the details shown below for accuracy. Note that this request
has not been cryptographically verified. Please be sure it came from a trusted
source or that you have verified the request checksum with the sender.

Request subject, to be signed as a server certificate for 1080 days:

subject=
    commonName                = vpn.falcot.com


Type the word 'yes' to continue, or any other input to abort.
  Confirm request details: yes
Using configuration from /home/roland/pki-falcot/pki/safessl-easyrsa.cnf
Check that the request matches the signature
Signature ok
The Subject's Distinguished Name is as follows
commonName            :ASN.1 12:'vpn.falcot.com'
Certificate is to be certified until Jun 14 10:44:44 2022 GMT (1080 days)

Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

Certificate created at: /home/roland/pki-falcot/pki/issued/vpn.falcot.com.crt

$ ./easyrsa gen-dh

Note: using Easy-RSA configuration from: ./vars

Using SSL: openssl OpenSSL 1.1.1b  26 Feb 2019
Generating DH parameters, 2048 bit long safe prime, generator 2
This is going to take a long time
[…]
DH parameters of size 2048 created at /home/roland/pki-falcot/pki/dh.pem

Следующим шагом создаются сертификаты для клиентов VPN; один сертификат нужен каждому компьютеру или лицу, которым позволено использовать VPN:
$ ./build-key JoeSmith

Note: using Easy-RSA configuration from: ./vars

Using SSL: openssl OpenSSL 1.1.1b  26 Feb 2019
Generating a RSA private key
....+++++
..............................+++++
writing new private key to '/home/roland/pki-falcot/pki/private/JoeSmith.key.mY21iP8ysv'
-----
You are about to be asked to enter information that will be incorporated
into your certificate request.
What you are about to enter is what is called a Distinguished Name or a DN.
There are quite a few fields but you can leave some blank
For some fields there will be a default value,
If you enter '.', the field will be left blank.
-----
Common Name (eg: your user, host, or server name) [JoeSmith]:

Keypair and certificate request completed. Your files are:
req: /home/roland/pki-falcot/pki/reqs/JoeSmith.req
key: /home/roland/pki-falcot/pki/private/JoeSmith.key
Now all certificates have been created, they need to be copied where appropriate: the root certificate's public key (pki/ca.crt) will be stored on all machines (both server and clients) as /etc/ssl/certs/Falcot_CA.crt. The server's certificate is installed only on the server (pki/issued/vpn.falcot.com.crt goes to /etc/ssl/vpn.falcot.com.crt, and pki/private/vpn.falcot.com.key goes to /etc/ssl/private/vpn.falcot.com.key with restricted permissions so that only the administrator can read it), with the corresponding Diffie-Hellman parameters (pki/dh.pem) installed to /etc/openvpn/dh.pem. Client certificates are installed on the corresponding VPN client in a similar fashion.

10.2.1.2. Настройка сервера OpenVPN

By default, the OpenVPN initialization script tries starting all virtual private networks defined in /etc/openvpn/*.conf. Setting up a VPN server is therefore a matter of storing a corresponding configuration file in this directory. A good starting point is /usr/share/doc/openvpn/examples/sample-config-files/server.conf.gz, which leads to a rather standard server. Of course, some parameters need to be adapted: ca, cert, key and dh need to describe the selected locations (respectively, /etc/ssl/certs/Falcot_CA.crt, /etc/ssl/vpn.falcot.com.crt, /etc/ssl/private/vpn.falcot.com.key and /etc/openvpn/dh.pem). The server 10.8.0.0 255.255.255.0 directive defines the subnet to be used by the VPN; the server uses the first IP address in that range (10.8.0.1) and the rest of the addresses are allocated to clients.
С этой конфигурацией, запущенный OpenVPN создаёт виртуальный сетевой интерфейс, обычно под именем tun0. Однако, брандмауэры часто настраиваются в одно время с настройкой реальных сетевых интерфейсов, и это обычно происходит ранее, до старта OpenVPN. Поэтому, уже имеющийся хороший опыт использования связки OpenVPN+брандмауэр рекомендует создать постоянный виртуальный сетевой интерфейс, и настроить OpenVPN использовать этот интерфейс. Тогда в будущем, можно будет подобрать имя для этого интерфейса. С этой целью, openvpn --mktun --dev vpn --dev-type tun создаст виртуальный сетевой интерфейс, назвав его vpn с типом tun. Эта команда может быть быстро включена в сценарий настройки брэндмауэра, или в директиву up файла /etc/network/interfaces. Конфигурационный файл OpenVPN должен быть также обновлён соответствующим образом, с директивами dev vpn и dev-type tun.
Для исключения отдалённых последствий, клиенты VPN могут только получать доступ к серверу VPN через адрес 10.8.0.1. Для предоставления клиентам доступа в локальную сеть (192.168.0.0/24), необходимо добавить директиву push route 192.168.0.0 255.255.255.0 в конфигурацию OpenVPN, тогда клиенты VPN автоматически получат уведомление о том, что сетевая маршрутизация к этой сети осуществляется через VPN. Кроме того, машины в локальной сети также должны быть информированы о том, что маршрутизация пакетов VPN должна осуществляться через сервер VPN (в случае установки сервера VPN на шлюз это происходит автоматически). И как альтернатива, сервер VPN можно настроить с возможностью использования IP masquerading (трансляция - замена одних IP на другие) таким образом, что соединения, приходящие от клиентов VPN будут появляться так, как будто они пришли с сервера VPN взамен (смотри вкладку Раздел 10.1, «Шлюз»).

10.2.1.3. Настройка клиента OpenVPN

При настройке клиента OpenVPN нужно тоже создать конфигурационный файл, поместив его в /etc/openvpn/. Стандартная конфигурация, которую можно принять за основу, расположена в примерах по адресу /usr/share/doc/openvpn/examples/sample-config-files/client.conf. Директива remote vpn.falcot.com 1194 описывает адрес и порт сервера OpenVPN; ca, cert и key также нуждаются в редактировании описаний с уточнением месторасположения файлов ключей.
If the VPN should not be started automatically on boot, set the AUTOSTART directive to none in the /etc/default/openvpn file. Starting or stopping a given VPN connection is always possible with the commands systemctl start openvpn@name and systemctl stop openvpn@name (where the connection name matches the one defined in /etc/openvpn/name.conf).
Пакет network-manager-openvpn-gnome содержит расширения для Менеджера Сети (смотри вкладку Раздел 8.2.5, «Автоматическая настройка сети для мобильных пользователей»), что позволяет управлять виртуальными частными сетями OpenVPN. С их помощью каждый пользователь может настраивать соединения OpenVPN в графическом виде и контролировать их из иконки сетевого управления.

10.2.2. Виртуальные Частные Сети с SSH

В настоящее время фактически существуют два способа создания частных виртуальных сетей, использующих SSH. Исторически так сложилось, что одно из этих решений предполагает использование слоя PPP поверх соединения SSH. Этот вариант описывается в документе HOWTO:
Второй способ является более современным, и был введён с появлением OpenSSH 4.3; теперь стало возможным для OpenSSH создание виртуальных сетевых интерфейсов (tun*) на обеих сторонах соединения SSH, и эти виртуальные интерфейсы можно настраивать так, как будто они являются физическими интерфейсами. Первоначально необходимо разрешить создание тунельной системы путём установки для PermitTunnel опции “yes” в конфигурационном файле сервера SSH(/etc/ssh/sshd_config). При устанавлении соединения SSH, необходимо ясно выразить желание создать тунель с опцией -w any:any (any может быть заменено на уже имеющееся в системе устройство с номером tun). Такое решение требует наличия на обеих сторонах соединения SSH у пользователя прав администратора, так как необходимо создавать сетевые устройства (другими словами, соединение должно устанавливаться администратором).
Оба метода создания виртуальных частных сетей через SSH довольно просты. Однако, VPN поддерживает такие соединения не очень эффективно; в частности, не достигается высокий уровень скорости прохождения трафика, как бы хотелось.
Объясняется это тем, что когда стек TCP/IP инкапсулируется внутрь соединения TCP/IP (для SSH), то протокол TCP используется дважды, сначала для соединения по SSH и затем уже внутри самого туннеля. Это приводит к проблемам, особенно из-за особенностей TCP подстраиваться под состояние сети путем изменения задержки тайм-аута. Следующий сайт описывает проблему более детально: Поэтому соединение VPN через SSH должно быть ограничено созданием разовых туннелей без ограничения производительности.

10.2.3. IPsec

IPsec, несмотря на то, что является стандартом в IP VPNs, на самом деле принимает более активное участие в его работе. Сам механизм IPsec интегрирован в ядро Linux; а необходимая часть программного обеспечения для пользовательского пространства, средства контроля и настройки включены в пакет ipsec-tools. В конкретных случаях, каждый host, описываемый в файле /etc/ipsec-tools.conf, содержит параметры для IPsec tunnels (или Security Associations, в терминалогии IPsec), которые касаются непосредственно его. Сценарий /etc/init.d/setkey поддерживает способ запуска или остановки процесса формирования туннеля (каждый туннель является секретной ссылкой на другой host, подсоединённый в виртуальной частной сети). Этот файл может быть написан вручную руководствуясь необходимой информацией, представленной на странице руководства setkey(8). Однако, ручное составление подробных описаний параметров для всех host-ов, с характерными только для них установками конкретным машинам, быстро становится трудной задачей, поскольку количество туннелей сильно увеличивается. Установка демона IKE (для IPsec Key Exchange), такого как racoon или strongswan, сделает процесс намного проще, поскольку всё управление будет сведено в одно место, то есть централизованно, и периодическая смена ключей будет происходить более безопасно.
Несмотря на его статус, как рекомендованный, сложность настройки при запуске IPsec ограничивает его использование на практике. В случае, если требуется не слишком много туннелей и они не будут слишком динамичными, то более предпочтительным является решение, базирующееся на OpenVPN.

10.2.4. PPTP

По протоколу PPTP (расшифровывается как тунельный протокол "точка-точка" или Point-to-Point Tunneling Protocol) организуется соединение, включающее в себя два канала связи, один - для контроля процесса передачи данных, второй - непосредственно для перемещения самих данных; последний использует протокол GRE (Generic Routing Encapsulation). На базе этих двух каналов связи организуется обычное PPP соединение.

10.2.4.1. Настройка Клиента

Пакет pptp-linux содержит быстронастраиваемого клиента PPTP для Linux. Описываемые далее шаги по настройке клиента были позаимствованы из официальной документации:
Администраторы Falcot создали несколько файлов: /etc/ppp/options.pptp, /etc/ppp/peers/falcot, /etc/ppp/ip-up.d/falcot, и /etc/ppp/ip-down.d/falcot.

Пример 10.2. Файл /etc/ppp/options.pptp

# Параметры PPP, используемые для PPTP соединения
lock
noauth
nobsdcomp
nodeflate

Пример 10.3. Файл /etc/ppp/peers/falcot

# vpn.falcot.com -это сам сервер
pty "pptp vpn.falcot.com --nolaunchpppd"
# соединение идентифицирует пользователя "vpn"
user vpn
remotename pptp
# применение шифрования необходимо
require-mppe-128
file /etc/ppp/options.pptp
ipparam falcot

Пример 10.4. Файл /etc/ppp/ip-up.d/falcot

# Create the route to the Falcot network
if [ "$6" = "falcot" ]; then
  # 192.168.0.0/24 is the (remote) Falcot network
  ip route add 192.168.0.0/24 dev $1
fi

Пример 10.5. Файл /etc/ppp/ip-down.d/falcot

# Delete the route to the Falcot network
if [ "$6" = "falcot" ]; then
  # 192.168.0.0/24 is the (remote) Falcot network
  ip route del 192.168.0.0/24 dev $1
fi

10.2.4.2. Настройка сервера

Сервером PPTP для Linux является программа pptpd. Её главный файл настройки /etc/pptpd.conf нуждается совсем в небольших изменениях: localip (локальный IP адрес) и remoteip (удалённый IP адрес). В нижеприведённом примере, сервер PPTP всегда использует адрес 192.168.0.199, а клиент PPTP получает адрес динамически из диапазона адресов от 192.168.0.200 до 192.168.0.250.

Пример 10.6. Файл /etc/pptpd.conf

# TAG: speed
#
#       Specifies the speed for the PPP daemon to talk at.
#
speed 115200

# TAG: option
#
#       Specifies the location of the PPP options file.
#       By default PPP looks in '/etc/ppp/options'
#
option /etc/ppp/pptpd-options

# TAG: debug
#
#       Turns on (more) debugging to syslog
#
# debug

# TAG: localip
# TAG: remoteip
#
#       Specifies the local and remote IP address ranges.
#
#       You can specify single IP addresses separated by commas or you can
#       specify ranges, or both. For example:
#
#               192.168.0.234,192.168.0.245-249,192.168.0.254
#
#       IMPORTANT RESTRICTIONS:
#
#       1. No spaces are permitted between commas or within addresses.
#
#       2. If you give more IP addresses than MAX_CONNECTIONS, it will
#          start at the beginning of the list and go until it gets
#          MAX_CONNECTIONS IPs. Others will be ignored.
#
#       3. No shortcuts in ranges! ie. 234-8 does not mean 234 to 238,
#          you must type 234-238 if you mean this.
#
#       4. If you give a single localIP, that's ok - all local IPs will
#          be set to the given one. You MUST still give at least one remote
#          IP for each simultaneous client.
#
#localip 192.168.0.234-238,192.168.0.245
#remoteip 192.168.1.234-238,192.168.1.245
#localip 10.0.1.1
#remoteip 10.0.1.2-100
localip 192.168.0.199
remoteip 192.168.0.200-250
Используемое PPP соединение для работы с сервером PPTP также нуждается в небольших изменениях для настройки в файле /etc/ppp/pptpd-options. Важными параметрами являются: имя сервера (pptp), доменное имя (falcot.com), и IP адрес для DNS и WINS серверов.

Пример 10.7. Файл /etc/ppp/pptpd-options

## turn pppd syslog debugging on
#debug

## change 'servername' to whatever you specify as your server name in chap-secrets
name pptp
## change the domainname to your local domain
domain falcot.com

## these are reasonable defaults for WinXXXX clients
## for the security related settings
# The Debian pppd package now supports both MSCHAP and MPPE, so enable them
# here. Please note that the kernel support for MPPE must also be present!
auth
require-chap
require-mschap
require-mschap-v2
require-mppe-128

## Fill in your addresses
ms-dns 192.168.0.1
ms-wins 192.168.0.1

## Fill in your netmask
netmask 255.255.255.0

## some defaults
nodefaultroute
proxyarp
lock
В последнем шаге настройки надо зарегистрировать пользователя vpn (и соответствующий ему пароль) в файле /etc/ppp/chap-secrets. В отличие от других случаев применения символа звёздочка (*) в текстовых файлах настроек, в данном конкретном случае, в этом файле, необходимо ввести напрямую имя сервера. Кроме того, имя клиентов Windows PPTP определяется в следующем виде DOMAIN\\USER, в противовес обычному простому указанию только имя пользователя. Это объясняет почему файл также упоминает пользователей FALCOT\\vpn. Можно также определить здесь индивидуальные IP адреса для пользователей; а применение звездочки в этом поле говорит о том, что будет использоваться динамическая адресация.

Пример 10.8. Файл /etc/ppp/chap-secrets

# Secrets for authentication using CHAP
# client        server  secret      IP addresses
vpn             pptp    f@Lc3au     *
FALCOT\\vpn     pptp    f@Lc3au     *