FreeBSD 中 IPsec 功能的独立验证

商标

FreeBSD 是 FreeBSD 基金会的注册商标。

Motif、OSF/1 和 UNIX 是注册商标，IT DialTone 和 The Open Group 是 The Open Group 在美国和其他国家/地区的商标。

制造商和销售商用来区分其产品的许多名称都被宣称为商标。在本文档中出现这些名称的地方，如果 FreeBSD 项目知道商标声明，则这些名称后面会加上“™”或“®”符号。

1. 问题

首先，假设您已安装 IPsec。你怎么知道它是否正常工作？当然，如果配置错误，您的连接将无法工作，并且在您最终正确配置后它将可以工作。netstat(1) 将列出它。但是，您可以独立确认它吗？

2. 解决方案

首先，一些与加密相关的信息理论

加密数据是均匀分布的，即每个符号具有最大熵；
原始的未压缩数据通常是冗余的，即具有低于最大值的熵。

假设您可以测量数据进出网络接口的熵。然后您可以看到未加密数据和加密数据之间的差异。即使“加密模式”下的一些数据未加密，这也将是正确的——因为如果数据包要可路由，则最外层的 IP 标头必须被加密。

2.1. MUST

Ueli Maurer 的“随机比特生成器的通用统计测试”（MUST）快速测量样本的熵。它使用类似压缩的算法。Maurer 的通用统计测试（块大小为 8 位）用于测量文件的连续（约四分之一兆字节）块的变体。

2.2. Tcpdump

我们还需要一种捕获原始网络数据的方法。一个名为 tcpdump(1) 的程序可以让您做到这一点，前提是您已在 src/sys/i386/conf/KERNELNAME 中启用了Berkeley 数据包过滤器接口。

命令

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

将捕获 4000 个原始数据包到dumpfile.bin。在此示例中，每个数据包最多将捕获 10,000 个字节。

3. 实验

以下是实验步骤

打开一个窗口连接到 IPsec 主机，另一个窗口连接到不安全的另一台主机。
现在启动 Tcpdump。
在“安全”窗口中，运行 UNIX® 命令 yes(1)，它将流式传输y字符。过一段时间后，停止此操作。切换到不安全的窗口，并重复此操作。过一段时间后，停止。

现在在捕获的数据包上运行 Maurer 的通用统计测试（块大小为 8 位）。您应该会看到类似以下内容。需要注意的重要一点是，安全连接的预期值为 7.18，实际值为 93%（6.7），而“正常”连接的预期值为 7.18，实际值为 29%（2.1）。

% 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 -----------------

4. 注意事项

此实验表明 IPsec确实似乎正在均匀地分发有效负载数据，就像加密应该做的那样。但是，此处描述的实验无法检测系统中许多可能的缺陷（我没有任何证据表明存在这些缺陷）。这些包括密钥生成或交换不佳、数据或密钥对其他人可见、使用弱算法、内核破坏等。研究源代码；了解代码。

5. IPsec --- 定义

IPv4 的 Internet 协议安全扩展；IPv6 要求。一种在 IP（主机到主机）级别协商加密和身份验证的协议。SSL 仅保护一个应用程序套接字；SSH 仅保护登录；PGP 仅保护指定的文件或消息。IPsec 加密两台主机之间的所有内容。

6. 安装 IPsec

大多数现代版本的 FreeBSD 在其基本源代码中都支持 IPsec。因此，您需要在内核配置中包含IPSEC选项，并在内核重建和重新安装后，使用 setkey(8) 命令配置 IPsec 连接。

有关在 FreeBSD 上运行 IPsec 的全面指南，请参阅 FreeBSD 手册。

7. src/sys/i386/conf/KERNELNAME

这需要出现在内核配置文件中，以便使用 tcpdump(1) 捕获网络数据。请确保在添加此内容后运行 config(8)，并重建和重新安装。

device	bpf

8. Maurer 的通用统计测试（块大小为 8 位）

您可以在此链接中找到相同的代码。

/*
  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;
        }
      }
    }
  }
}

最后修改时间：2024 年 9 月 23 日，作者 Fernando Apesteguía