Независимое исследование работы IPsec во FreeBSD

1 Постановка задачи

Для начала предположим, что Вы настроили IPsec. Как Вы узнаете, что IPsec работает? Несомненно, соединения не будет, если Вы неверно его сконфигурировали. И оно конечно появится в выводе команды netstat(1), когда Вы всё сделаете верно. Но можно ли как-то подтвердить сам факт функционирования IPsec?

2 Решение

Для начала немножко криптографической теории:

1. шифрованные данные равномерно распределены по области определения, то есть каждый символ имеет максимальную энтропию;

2. ``сырые'' и несжатые данные как правило избыточны, то есть их энтропия меньше максимально возможной.

Предположим, что у Вас имеется возможность измерить энтропию входящего и исходящего трафика на сетевом интерфейсе. В этом случае Вы сможете легко отличить зашифрованные данные от открытых, причём даже в том случае, когда часть данных в ``режиме шифрования'' передаётся в открытом виде, к примеру внешние заголовки IP, которые используются для маршрутизации.

tcpdump -c 4000 -s 10000 -w dumpfile.bin

3 Эксперимент

В этом разделе описано, в чём собственно заключается суть эксперимента.

4 Замечание

Этот эксперимент показывает, что IPsec действительно распределяет передаваемые байты по области определения равномерно, как и любое другое шифрование. Однако этот метод не может обнаружить множество других изъянов в системе (хотя я таковых не знаю). Для примера можно привести плохие алгоритмы генерации или обмена ключами, нарушение конфиденциальности данных или ключей, использование слабых в криптографическом смысле алгоритмов, взлом ядра и т. д. Изучайте исходный код, узнавайте, что там происходит.

5 Определение IPsec

IPsec представляет собой протокол безопасного обмена информацией по Internet. Существует в виде расширения к IPv4; является неотъемлемой частью IPv6. Содержит в себе протокол шифрования и аутентификации на уровне IP (межмашинное ``host-to-host'' взаимодействие). SSL защищает только лишь конкретный прикладной сокет; SSH защищает вход на машину; PGP защищает определённый файл или письмо. IPsec шифрует всю информацию, передаваемую между двумя машинами.

6 Установка IPsec

Большинство современных версий FreeBSD уже имеют поддержку IPsec. Вероятно, Вы должны будете лишь добавить опцию IPsec в конфигурационный файл ядра, и после сборки и инсталляции нового ядра, сконфигурировать соединение IPsec с помощью команды setkey(8).

Более подробно о том, как запустить IPsec во FreeBSD можно прочесть в Руководстве пользователя.

7 src/sys/i386/conf/KERNELNAME

Следующие строки должны присутствовать в конфигурационном файле ядра, чтобы оно поддерживало Berkeley Packet Filter. Не забудьте после модификации запустить config(8), и, как обычно, пересобрать и установить новое ядро.

device bpf

8 Универсальный Статистический Тест Маурера (размер блока --- 8 бит)

Оригинал нижеприведённого кода находится по этому адресу.

/*
  ULISCAN.c   ---blocksize of 8

  1 Oct 98
  1 Dec 98
  21 Dec 98       uliscan.c derived from ueli8.c

  This version has // comments removed for Sun cc

  This implements Ueli M Maurer's "Universal Statistical Test for Random
  Bit Generators" using L=8

  Accepts a filename on the command line; writes its results, with other
  info, to stdout.

  Handles input file exhaustion gracefully.

  Ref: J. Cryptology v 5 no 2, 1992 pp 89-105
  also on the web somewhere, which is where I found it.

  -David Honig
  honig@sprynet.com

  Usage:
  ULISCAN filename
  outputs to stdout
*/

#define L 8
#define V (1<<L)
#define Q (10*V)
#define K (100   *Q)
#define MAXSAMP (Q + K)

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(argc, argv)
int argc;
char **argv;
{
  FILE *fptr;
  int i,j;
  int b, c;
  int table[V];
  double sum = 0.0;
  int iproduct = 1;
  int run;

  extern double   log(/* double x */);

  printf("Uliscan 21 Dec 98 \nL=%d %d %d \n", L, V, MAXSAMP);

  if (argc < 2) {
    printf("Usage: Uliscan filename\n");
    exit(-1);
  } else {
    printf("Measuring file %s\n", argv[1]);
  }

  fptr = fopen(argv[1],"rb");

  if (fptr == NULL) {
    printf("Can't find %s\n", argv[1]);
    exit(-1);
  }

  for (i = 0; i < V; i++) {
    table[i] = 0;
  }

  for (i = 0; i < Q; i++) {
    b = fgetc(fptr);
    table[b] = i;
  }

  printf("Init done\n");

  printf("Expected value for L=8 is 7.1836656\n");

  run = 1;

  while (run) {
    sum = 0.0;
    iproduct = 1;

    if (run)
      for (i = Q; run && i < Q + K; i++) {
        j = i;
        b = fgetc(fptr);

        if (b < 0)
          run = 0;

        if (run) {
          if (table[b] > j)
            j += K;

          sum += log((double)(j-table[b]));

          table[b] = i;
        }
      }

    if (!run)
      printf("Premature end of file; read %d blocks.\n", i - Q);

    sum = (sum/((double)(i - Q))) /  log(2.0);
    printf("%4.4f ", sum);

    for (i = 0; i < (int)(sum*8.0 + 0.50); i++)
      printf("-");

    printf("\n");

    /* refill initial table */
    if (0) {
      for (i = 0; i < Q; i++) {
        b = fgetc(fptr);
        if (b < 0) {
          run = 0;
        } else {
          table[b] = i;
        }
      }
    }
  }
}