---
title: Независимое исследование работы IPsec во FreeBSD
authors:
  - author: David Honig
    email: honig@sprynet.com
releaseinfo: "$FreeBSD$" 
trademarks: ["freebsd", "opengroup", "general"]
---

= Независимое исследование работы IPsec во FreeBSD
:doctype: article
:toc: macro
:toclevels: 1
:icons: font
:sectnums:
:sectnumlevels: 6
:source-highlighter: rouge
:experimental:
:toc-title: Содержание
:part-signifier: Часть
:chapter-signifier: Глава
:appendix-caption: Приложение
:table-caption: Таблица
:figure-caption: Рисунок
:example-caption: Пример

include::shared/ru/urls.adoc[]

[.abstract-title]
Аннотация

Вы только что установили и настроили IPsec, и оно, кажется, заработало. Как это можно проверить? Я опишу метод экспериментальной проверки правильного функционирования IPsec.

'''

toc::[]

[[problem]]
== Постановка задачи

Для начала предположим, что Вы <<ipsec-install>>. Как Вы узнаете, что IPsec <<caveat>>? Несомненно, соединения не будет, если Вы неверно его сконфигурировали. И оно, конечно, появится в выводе команды man:netstat[1], когда Вы всё сделаете верно. Но можно ли как-то подтвердить сам факт функционирования IPsec?

[[solution]]
== Решение

Для начала немножко криптографической теории:

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

[[MUST]]
=== MUST

"Универсальный Статистический Тест для Генераторов Случайных Чисел" Уэли Маурера (Ueli Maurer's Universal Statistical Test for Random Bit Generators), сокращённо http://www.geocities.com/SiliconValley/Code/4704/universal.pdf[MUST] позволяет быстро измерить энтропию последовательного набора данных. Используемый алгоритм похож на алгоритм сжатия. <<code>> приведён исходный код, позволяющий измерять энтропию последовательных кусков данных размером около четверти мегабайта.

[[tcpdump]]
=== Tcpdump

Ещё нам нужен способ сохранения информации, проходящей через интерфейс. Программа man:tcpdump[1] позволяет сделать это в случае, если Вы <<kernel>> с поддержкой __Пакетного Фильтра Беркли (Berkeley Packet Filter)__.

Команда

[source,bash]
....
 tcpdump -c 4000 -s 10000 -w dumpfile.bin
....

сохранит 4000 пакетов в файл _dumpfile.bin_. В данном примере объём записываемой информации в каждом пакете не может превышать 10,000 байтов.

[[experiment]]
== Эксперимент

Повторите следующие шаги эксперимента:

[.procedure]
. Откройте два окна терминала и свяжитесь в одном из них с каким-нибудь компьютером через канал IPsec, а в другом - с обычным, "незащищённым" компьютером.
. Теперь начните <<tcpdump>>.
. В "шифрованном" окне запустите команду UNIX(R) man:yes[1], которая будет выдавать бесконечный поток символов `y`. Немножко подождите и завершите её. Затем переключитесь в обычное окно (не использующее канал IPsec) и сделайте то же самое.
. Заключительный этап: запустите <<code>>, передав ему для обработки только что сохранённые пакеты через командную строку. Вы должны увидеть что-то вроде изображённого чуть ниже. Заметьте, что безопасное соединение имеет 93% (6,7) от ожидаемого значения (7,18), а обычное соединение - всего лишь 29% (2,1).
+
[source,bash]
....
% tcpdump -c 4000 -s 10000 -w ipsecdemo.bin
% uliscan ipsecdemo.bin
Uliscan 21 Dec 98
L=8 256 258560
Measuring file ipsecdemo.bin
Init done
Expected value for L=8 is 7.1836656
6.9396 --------------------------------------------------------
6.6177 -----------------------------------------------------
6.4100 ---------------------------------------------------
2.1101 -----------------
2.0838 -----------------
2.0983 -----------------
....

[[caveat]]
== 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.

[[IPsec]]
== 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.

[[ipsec-install]]
== 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 man:setkey[8].

Более подробно о том, как запустить IPsec во FreeBSD можно прочесть в link:{handbook}#ipsec[Руководстве пользователя].

[[kernel]]
== src/sys/i386/conf/KERNELNAME

Для того, чтобы захватывать сетевой трафик при помощи man:tcpdump[1], следующие строки должны присутствовать в конфигурационном файле ядра. Не забудьте после модификации запустить man:config[8], и, как обычно, пересобрать и установить новое ядро.

[.programlisting]
....
device	bpf
....

[[code]]
== Универсальный Статистический Тест Маурера (размер блока - 8 бит)

Оригинал нижеприведённого кода находится по http://www.geocities.com/SiliconValley/Code/4704/uliscanc.txt[ этому адресу].

[.programlisting]
....
/*
  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;
        }
      }
    }
  }
}
....
