OpenVPN

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Wikipedia

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OpenVPN ist eine freie Software zum Aufbau eines Virtuellen Privaten Netzwerkes (VPN) über eine verschlüsselte TLS-Verbindung. Zur Verschlüsselung kann OpenSSL oder mbed TLS benutzt werden. OpenVPN verwendet wahlweise UDP oder TCP zum Transport.

OpenVPN steht unter der GNU GPL und unterstützt die Betriebssysteme Linux (z. B. Android, Maemo und MeeGo sowie das Router-Linux OpenWrt), Solaris, OpenBSD, FreeBSD, NetBSD, macOS, QNX, Windows Vista/7/8/10 und iOS. Weiterhin stehen angepasste Implementierungen für eine Vielzahl von Linux-basierten Endgeräten wie z. B. Settop-Boxen der Firma Dream Multimedia oder für Router der Fritz!Box-Linie der Firma AVM zur Verfügung.

Hintergrund

Oft soll eine sichere, von Dritten nicht lesbare Kommunikation über ein unsicheres Netzwerk durchgeführt werden. Ein solches unsicheres Netz ist etwa das Internet oder auch ein lokales, nicht verschlüsseltes Wireless LAN. Dabei sind zwei Aspekte wesentlich: Eine hinreichende Verschlüsselung der Kommunikationsinhalte und die Authentifizierung der beteiligten Kommunikationspartner.

Diese Sicherheitseigenschaften können durch geeignete Protokolle (z. B. SSH, HTTPS, SFTP) von jeder Anwendung bereitgestellt werden. Alternativ kann diese Sicherheit auch von einer zentralen Stelle, unabhängig von den einzelnen Anwendungen, wünschenswert sein. Die Vorteile dieses zentralen Ansatzes liegen in der nur einmaligen Implementierung der Sicherheitsfunktionen, dem geringeren Wartungsaufwand und der Möglichkeit, auch die Kommunikation von Software anderer Hersteller zu sichern, auf die kein Einfluss besteht.

Eine solche, zentral bereitgestellte Sicherung ist ein Virtual Private Network (VPN). OpenVPN stellt eine von vielen Implementierungen eines VPNs dar.

Funktionsweise

Kommunikationspartner können einzelne Computer sein oder ein Netzwerk von Computern. Typische Anwendungsfälle sind die Verbindung einzelner Außendienstmitarbeiter in das Netzwerk ihrer Firma, die Verbindung einer Filiale mit dem Rechenzentrum oder die Verbindung örtlich verteilter Server oder Rechenzentren untereinander. In jedem Fall baut einer der beiden Kommunikationsteilnehmer die Verbindung auf (Client), und der andere wartet auf eingehende Verbindungen (Server). Dazu muss der Server unter einer festen IP-Adresse oder unter einem festen Hostnamen erreichbar sein. Dies kann für Computer, die aufgrund von Einwählverbindungen mit ständig wechselnden IP-Adressen konfrontiert sind, auch mit Hilfe eines dynamischen DNS-Dienstes erfolgen.

Befindet sich vor dem VPN-Gateway ein Paketfilter oder Proxy oder wird eine Adressumsetzung (NAT) durchgeführt, so müssen diese Dienste so konfiguriert werden, dass ein in der Konfiguration von OpenVPN zu vergebender UDP- oder TCP-Port durchgelassen wird und zwar für Input, Forward und Output. Eine OpenVPN-Serverinstanz kann dabei nur für einen Port und ein Protokoll konfiguriert werden. Ein gemischter Betrieb, in welcher eine Clientverbindung wahlweise auf TCP oder UDP ermöglicht ist, ist nur mit zwei parallel laufenden Serverinstanzen realisierbar. OpenVPN zog nach der Beta-Phase der Version 2.0 vom damals standardmäßig verwendeten Port 5000 auf den für OpenVPN registrierten Port 1194 um. Der konkret verwendete Port kann beliebig in der Konfiguration verändert werden.

Erkennbarkeit

OpenVPN-Verbindungen können trivial mittels einer Deep Packet Inspection an den bekannten Header-Daten der übertragenen Pakete erkannt werden, unabhängig welches Protokoll oder welcher Port verwendet wird. Zwar kann durch die Deep Packet Inspection nicht der Inhalt im verschlüsselten Tunnel ermittelt werden, aber es kann beispielsweise mit der Erkennung die Verbindung blockiert, die Kommunikationspartner ermittelt und die Daten dazu protokolliert werden. Dieser Punkt ist vor allem dann wesentlich, wenn der Einsatz von VPN-Verbindungen in bestimmten Umgebungen nicht zulässig ist, beispielsweise in Ländern, die verschlüsselte Kommunikationsverbindungen verbieten oder zivilrechtlich bei der Umgehung von Netzsperren in Firmennetzwerken.

Betriebsmodi

OpenVPN kennt zwei Betriebsmodi: Routing und Bridging, die in den folgenden Abschnitten dargestellt werden.

Routing

Der Routing-Modus ist die einfachste Form der sicheren Kommunikation und stellt einen verschlüsselten Tunnel zwischen zwei Gegenstellen her, über den ausschließlich IP-Pakete geleitet werden (Layer 3). Dazu wird jeder Gegenstelle eine virtuelle IP-Adresse eines fiktiven Subnetzes zugewiesen (z. B. 10.8.0.1 und 10.8.0.2).

Der Zugriff auf das dahinter liegende Netzwerk ist grundsätzlich nicht direkt möglich (Point-to-Point Verbindung). Um die dortigen Adressen zu erreichen, muss die Gegenstelle die Datenpakete mittels IP-Forwarding und Einträgen in der Routingtabelle weitervermitteln oder auf Network Address Translation zurückgreifen.

Bridging

Im Gegensatz zum Routing ist im Bridging-Modus ein vollständiges Tunneln von Ethernet-Frames (Layer 2) möglich. Es erlaubt somit beispielsweise auch den Einsatz von alternativen Protokollen wie IPX und das Senden von Wake-On-LAN-Paketen.

Ein Client integriert sich völlig transparent in das Einwahlnetz und erhält eine IP-Adresse des dortigen Subnetzes zugewiesen, so dass auch Broadcasts weitergeleitet werden. Letzteres ist insbesondere für die automatische Windows-Namensauflösung des SMB-Protokolls nötig.

Um sich in das vorhandene Subnetz einklinken zu können, muss die von OpenVPN verwendete virtuelle Netzwerkkarte, das sog. Vorlage:Lang, über eine Netzwerkbrücke mit dem tatsächlichen Netzwerk verbunden werden.

Bridging ist etwas ineffizienter als Routing (schlechter skalierbar). Außerdem ist eine Beschränkung des Clientzugriffs schwieriger zu bewerkstelligen als beim Routing.

Authentifizierung

Zur Authentifizierung stellt OpenVPN zwei wesentliche Methoden zur Verfügung:

Pre-shared Key

Bei Austausch eines „Vorlage:Lang“ (ein statischer Schlüssel/Passwort) werden die Daten mit diesem ver- und entschlüsselt. Dieses Verfahren ist einfach anzuwenden. Es wird beispielsweise bei kommerziellen Proxy-Anbietern, welche auch Anonymisierungsdienste auf Basis von OpenVPN anbieten, verwendet. Diese Methode hat zwei Nachteile:

• Der Schlüssel kann durch unsachgemäßen Umgang kompromittiert werden (z. B. Aufschreiben, bei dem nach Gebrauch die Vernichtung vergessen wird)
• Brutforce-Attacken auf den Schlüssel ähnlich wie bei einem Passwort

Daher sollte der gewählte Schlüssel in hinreichender Länge generiert werden und aus einem möglichst großen Zeichensatz bestehen. Der Schlüssel sollte nicht selbst wie ein Passwort gewählt werden. Eine Speicherung des Schlüssels sollte auf ein Notwendigstes reduziert werden, indem der Schlüssel nur auf den Endpunkten der VPN-Verbindung liegt. Das Notieren oder Eintragen des Schlüssels in einer Passwortverwaltung stellt ein zusätzliches Sicherheitsrisiko dar. Auf dem Endgerät sollte der pre-shared-key durch ein Passwort verschlüsselt werden, um das Netzwerk bei Abhandenkommen des Gerätes nicht zu gefährden.

Zertifikate

Bei der Anwendung einer zertifikatbasierten Authentifizierung über das TLS-Protokoll werden private und öffentliche Schlüsselpaare beziehungsweise X.509-Zertifikate verwendet.

Der Server und die jeweiligen Nutzer besitzen je ein eigenes Zertifikat (öffentlich/privat). Der OpenVPN-Server lässt nur Verbindungen zu, die von einer ihm bekannten Zertifizierungsstelle signiert wurden. OpenVPN enthält Skripte, die die einfache Zertifikatserstellung ohne weitere Vorkenntnisse basierend auf OpenSSL ermöglichen (easy-rsa).

Um eine Verbindung aufzubauen, schickt der Client Daten an den Server (SSL-Version und zufällige Daten). Der Server schickt die gleichen Daten und sein Zertifikat zurück. Der Client autorisiert das Zertifikat. Bei beidseitiger Authentifizierung schickt der Client auch sein Zertifikat an den Server. Hat die Überprüfung geklappt, erstellt der Client das „Vorlage:Lang“ und verschlüsselt dies mit dem öffentlichen Schlüssel des Servers. Der Server entschlüsselt die Daten mit seinem privaten Schlüssel und erstellt das „Vorlage:Lang“. Mit diesem werden Sitzungsschlüssel erstellt. Das sind einmalige Schlüssel, mit denen die Daten ver- und entschlüsselt werden. Der Client teilt dem Server mit, dass ab nun alle Daten mit dem Sitzungsschlüssel verschlüsselt werden. Der Server bestätigt dies, der Tunnel ist aufgebaut. Nach einer gewissen Zeitspanne ersetzt OpenVPN den Sitzungsschlüssel automatisch.

Die zertifikatbasierte Authentifizierung gilt als die sicherste Form der Anmeldung. Um die Sicherheit zu erhöhen, empfiehlt es sich, die Zertifikate auf einer Smartcard auszulagern. OpenVPN unterstützt alle Karten, auf die mittels Windows-Crypto-API oder PKCS #11 zugegriffen werden kann.

Frontends

Für OpenVPN gibt es neben der Kommandozeile diverse grafische Frontends. So existieren z. B. das OpenVPN GUI für Windows, das Programm Tunnelblick für macOS, OpenVPN-Admin, ein auf C# basierendes, in Mono geschriebenes Frontend, KVpnc, eine in das K Desktop Environment eingebundene Applikation sowie eine Einbindung in NetworkManager (Gnome und K Desktop Environment).

Nachfolgend eine Liste der populären Programme für die jeweiligen Betriebssysteme und Geräte:

Windows

• OpenVPN GUI
• OpenVPN MI GUI, eine Modifikation des Original-GUIs, das die OpenVPN-Managementschnittstelle verwendet und auch ohne Administratorrechte auskommt.
• OpenVPN Admin
• Securepoint OpenVPN Client Windows, kommt ohne Administratorrechte aus und hat einige Komfortfunktionen (Kennwörter speichern etc.).
• Viscosity (Kommerziell)

macOS

• Tunnelblick
• Viscosity
• Shimo

iOS

• GuizmOVPN
• OpenVPN Connect (offizielle Version)

Linux

• NetworkManager
• KVPNC
• OpenVPN Admin

OpenWRT

• OpenVPN HowTo

Fritz!Box

• Fritz!Box OpenVPN HowTo
• Freetz OpenVPN HowTo
• OpenVPN Plugin für GP3

Dreambox

• OpenVPN Plugin für GP3

Android

• OpenVPN Connect (offizielle Version)
• OpenVPN für Android ohne Root by Arne Schwabe

Maemo

• OpenVPN für Maemo 5

Literatur

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Weblinks

• Offizielle Seite