]> Cypherpunks.ru repositories - govpn.git/blob - doc/govpn.texi
Notes about setting GOPATH variable
[govpn.git] / doc / govpn.texi
1 \input texinfo
2 @setfilename govpn.info
3 @documentencoding UTF-8
4 @settitle GoVPN
5
6 @copying
7 @quotation
8 This program is free software: you can redistribute it and/or modify
9 it under the terms of the GNU General Public License as published by
10 the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
11 any later version.
12
13 This program is distributed in the hope that it will be useful,
14 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16 GNU General Public License for more details.
17 @end quotation
18 @end copying
19
20 @ifnottex
21 @node Top
22 @top GoVPN
23
24 This manual is for GoVPN -- simple secure free software virtual private
25 network (VPN) daemon, written entirely on Go programming language.
26 @end ifnottex
27
28 @menu
29 * Overview::
30 * News::
31 * Getting and building source code::
32 * User manual::
33 * Developer manual::
34 * Reporting bugs::
35 * Copying conditions::
36 @end menu
37
38 @node Overview
39 @unnumbered Overview
40
41 GoVPN is simple secure virtual private network daemon. It uses
42 @url{https://en.wikipedia.org/wiki/Encrypted_key_exchange, Diffie-Hellman Encrypted Key Exchange}
43 (DH-EKE) for mutual zero-knowledge peers authentication and
44 authenticated encrypted data transport. It is written entirely on
45 @url{http://golang.org/, Go programming language}.
46
47 All packets captured on network interface are encrypted, authenticated
48 and sent to remote server, that writes them to his interface, and vice
49 versa. Client and server use pre-shared authentication key (PSK) and
50 128-bit identification key.
51
52 Because of stateless UDP nature, after some timeout of inactivity peers
53 forget about each other and have to retry handshake process again,
54 therefore background heartbeat process will be ran.
55
56 Handshake is used to mutually authenticate peers, exchange common secret
57 per-session encryption key and check UDP transport availability.
58
59 Because of UDP and authentication overhead: each packet grows in size
60 during transmission, so you have to lower you maximum transmission unit
61 (MTU) on virtual network interface.
62
63 High security is the goal for that daemon. It uses fast cryptography
64 algorithms with 128bit security margin, strong mutual zero-knowledge
65 authentication and perfect-forward secrecy property. An attacker can not
66 know anything about payload (except it's size and time) from captured
67 traffic, even if pre-shared key is compromised. Rehandshake is performed
68 by client every 4 GiB of transfered data.
69
70 Each client also has it's own identification key and server works with
71 all of them independently. Identification key is not secret, but it is
72 encrypted (obfuscated) during transmission.
73
74 @itemize @bullet
75 @item
76 Works with @url{https://en.wikipedia.org/wiki/TAP_(network_driver), TAP}
77 network interfaces on top of UDP entirely
78 @item
79 @url{https://www.gnu.org/, GNU}/Linux and
80 @url{http://www.freebsd.org/, FreeBSD} support
81 @item IPv6 compatible
82 @item Encrypted and authenticated transport
83 @item Relatively fast handshake
84 @item
85 @url{https://en.wikipedia.org/wiki/Replay_attack, Replay attack} protection
86 @item
87 @url{https://en.wikipedia.org/wiki/Forward_secrecy, Perfect forward secrecy}
88 (if long-term pre-shared keys are compromised, no captured traffic can
89 be decrypted anyway)
90 @item
91 Mutual two-side authentication (noone will send real network interface
92 data unless the other side is authenticated)
93 @item
94 @url{https://en.wikipedia.org/wiki/Zero-knowledge_password_proof, Zero knowledge}
95 authentication (pre-shared key is not transmitted in any form between
96 the peers, not even it's hash value)
97 @item Built-in rehandshake and heartbeat features
98 @item Several simultaneous clients support
99 @end itemize
100
101 @node News
102 @unnumbered News
103
104 @verbatiminclude ../NEWS
105
106 @node Getting and building source code
107 @unnumbered Getting and building source code
108
109 GoVPN is written on Go programming language, But
110 @url{https://www.gnu.org/software/make/, Make} program is recommended
111 also to be used. @url{https://www.gnu.org/software/texinfo/, Texinfo} is
112 used for building documentation. Also it depends on
113 @code{golang.org/x/crypto} Go libraries.
114
115 @include download.texi
116
117 You @strong{have to} verify downloaded archives integrity and check
118 their signature to be sure that you have got trusted, untampered
119 software. For integrity and authentication of downloaded binaries
120 @url{https://www.gnupg.org/, The GNU Privacy Guard} is used. You must
121 download signature provided with the tarball and run for example:
122
123 @example
124 gpg --verify govpn-1.5.tar.xz.sig govpn-1.5.tar.xz
125 @end example
126
127 For the very first time you must also import signing public keys. They
128 are provided below, but be sure that you are reading them from the
129 trusted source. Alternatively check this page from other sources and
130 look for the mailing list announcements.
131
132 You have to set up @code{$GOPATH} properly first. For example you can
133 clone the repository or decompress tarball and set path like this:
134
135 @example
136 % mkdir -p govpn/src
137 % git clone https://github.com/stargrave/govpn govpn/src/govpn
138 or
139 % tar xfC govpn-1.5.tar.xz govpn/src && mv govpn/src/govpn-1.5 govpn/src/govpn
140 % export GOPATH=$(pwd)/govpn:$GOPATH
141 @end example
142
143 After that you can just type @code{make} and all necessary Go libraries
144 will be installed and client/server binaries are built in the current
145 directory:
146
147 @example
148 % cd govpn/src/govpn
149 % make
150 [or gmake under FreeBSD]
151 @end example
152
153 @include pubkey.texi
154
155 @node User manual
156 @unnumbered User manual
157
158 GoVPN is split into two pieces: client and server. Each of them work on
159 top of UDP and TAP virtual network interfaces. Client and server have
160 several common configuration command line options:
161
162 @table @asis
163 @item Timeout
164 Because of stateless UDP nature there is no way to know if
165 remote peer is dead, but after some timeout. Client and server
166 heartbeats each other every third part of heartbeat. Also this timeout
167 is the time when server purge his obsolete handshake and peers states.
168 @item Allowable nonce difference
169 To prevent replay attacks we just remembers
170 latest received nonce number from the remote peer and drops those who
171 has lower ones. Because UDP packets can be reordered during: that
172 behaviour can lead to dropping of not replayed ones. This options gives
173 ability to create some window of allows difference. That opens the door
174 for replay attacks for narrow time interval.
175 @item MTU
176 Maximum transmission unit.
177 @end table
178
179 Client needs to know his identification, path to the authentication key,
180 remote server's address, TAP interface name, and optional path to up and
181 down scripts, that will be executed after connection is either initiated
182 or terminated.
183
184 Server needs to know only the address to listen on and path to directory
185 containing peers information. This directory must contain subdirectories
186 with the names equal to client's identifications. Each of them must have
187 key file with corresponding authentication key, up.sh script that has to
188 print interface's name on the first line and optional down.sh.
189
190 @menu
191 * Example usage::
192 @end menu
193
194 @node Example usage
195 @section Example usage
196
197 Let's assume that there is some insecure link between your computer and
198 WiFi-reachable gateway. You have got preconfigured @code{wlan0} network
199 interface with 192.168.0/24 network. You want to create virtual
200 encrypted and authenticated 172.16.0/24 network and use it as a default
201 transport. MTU for that wlan0 is 1500 bytes. GoVPN will say that maximum
202 MTU for the link is 1476, however it does not take in account TAP's
203 Ethernet frame header length, that in my case is 14 bytes long (1476 - 14).
204
205 GNU/Linux IPv4 client-server example:
206
207 @example
208 server% mkdir -p peers/CLIENTID
209 server% umask 066
210 server% echo MYLONG64HEXKEY > peers/CLIENTID/key
211 server% echo "#!/bin/sh" > peers/CLIENTID/up.sh
212 server% echo "echo tap10" > peers/CLIENTID/up.sh
213 server% chmod 500 peers/CLIENTID/up.sh
214 server% ip addr add 192.168.0.1/24 dev wlan0
215 server% tunctl -t tap10
216 server% ip link set mtu 1462 dev tap10
217 server% ip addr add 172.16.0.1/24 dev tap10
218 server% ip link set up dev tap10
219 server% govpn -bind 192.168.0.1:1194
220 @end example
221
222 @example
223 client% umask 066
224 client% echo MYLONG64HEXKEY > key.txt
225 client% ip addr add 192.168.0.2/24 dev wlan0
226 client% tunctl -t tap10
227 client% ip link set mtu 1462 dev tap10
228 client% ip addr add 172.16.0.2/24 dev tap10
229 client% ip link set up dev tap10
230 client% ip route add default via 172.16.0.1
231 client% while :; do
232     govpn -key key.txt -id CLIENTID -iface tap10 -remote 192.168.0.1:1194
233 done
234 @end example
235
236 FreeBSD IPv6 client-server example:
237
238 @example
239 server% mkdir -p peers/CLIENTID
240 server% umask 066
241 server% echo MYLONG64HEXKEY > peers/CLIENTID/key
242 server% echo "#!/bin/sh" > 
243 server% cat > peers/CLIENTID/up.sh <<EOF
244 #!/bin/sh
245 $tap=$(ifconfig tap create)
246 ifconfig $tap inet6 fc00::1/96 mtu 1462 up
247 echo $tap
248 EOF
249 server% chmod 500 peers/CLIENTID/up.sh
250 server% ifconfig em0 inet6 fe80::1/64
251 server% govpn -bind fe80::1%em0
252 @end example
253
254 @example
255 client% ifconfig me0 inet6 -ifdisabled auto_linklocal
256 client% ifconfig tap10
257 client% ifconfig tap10 inet6 fc00::2/96 mtu 1462 up
258 client% route -6 add default fc00::1
259 client% while :; do
260     govpn -key key.txt -id CLIENTID -iface tap10 -remote [fe80::1%me0]:1194
261 done
262 @end example
263
264 Example up-script:
265
266 @example
267 client% cat > up.sh <<EOF
268 #!/bin/sh
269 dhclient $1
270 rtsol $1
271 EOF
272 client% chmod +x up.sh
273 client% govpn -id CLIENTID -key key.txt -iface tap10 -remote [fe80::1%me0]:1194 -up ./up.sh
274 @end example
275
276 Client will exit if won't finish handshake during @code{-timeout}.
277 If no packets are received from remote side during timeout, then daemon
278 will stop sending packets to the client and client will exit. In all
279 cases you have to rehandshake again.
280
281 @node Developer manual
282 @unnumbered Developer manual
283
284 @table @asis
285 @item Nonce and identification encryption
286 @url{http://143.53.36.235:8080/tea.htm, XTEA}
287 @item Data encryption
288 @url{http://cr.yp.to/snuffle.html, Salsa20}
289 @item Message authentication
290 @url{http://cr.yp.to/mac.html, Poly1305}
291 @item Password authenticated key agreement
292 @url{http://cr.yp.to/ecdh.html, Curve25519} based DH-EKE
293 @item Packet overhead
294 24 bytes per packet
295 @item Handshake overhead
296 4 UDP (2 from client, 2 from server) packets, 240 bytes total payload
297 @end table
298
299 @menu
300 * Transport protocol::
301 * Handshake protocol::
302 @end menu
303
304 @node Transport protocol
305 @section Transport protocol
306
307 @verbatim
308 ENCn(SERIAL) + ENC(KEY, ENCn(SERIAL), DATA) +
309     AUTH(ENCn(SERIAL) + ENC(KEY, ENCn(SERIAL), DATA))
310 @end verbatim
311
312 Each transport message is indistinguishable from pseudo random noise.
313
314 @code{SERIAL} is message's serial number. Odds are reserved for
315 client(→server) messages, evens for server(→client) messages.
316
317 @code{ENCn} is XTEA block cipher algorithm used here as PRP (pseudo
318 random permutation) to randomize, obfuscate @code{SERIAL}. Plaintext
319 @code{SERIAL} state is kept in peers internal state, but encrypted
320 before transmission. XTEA is compact and fast enough. Salsa20 is PRF
321 function and requires much more code to create PRP from it. XTEA's
322 encryption key is the first 128-bit of Salsa20's output with established
323 common key and zero nonce (message nonces start from 1).
324
325 Encrypted @code{SERIAL} is used as a nonce for @code{DATA} encryption:
326 encryption key is different during each handshake, so (key, nonce) pair
327 is always used only once. @code{ENC} is Salsa20 cipher, with established
328 session @code{KEY} and encrypted @code{SERIAL} used as a nonce.
329
330 @code{AUTH} is Poly1305 authentication function. First 256 bits of
331 Salsa20 output are used as a one-time key for @code{AUTH}. Next 256 bits
332 of Salsa20 are ignored. All remaining output is XORed with the data,
333 encrypting it.
334
335 To prevent replay attacks we remember latest @code{SERIAL} from the
336 remote peer. If received message's @code{SERIAL} is not greater that the
337 saved one, then drop it. Optionally, because some UDP packets can be
338 reordered during transmission, we can allow some window for valid
339 serials with the @code{-noncediff} option. @code{-noncediff 10} with
340 current saved serial state equals to 78 allows messages with 68…78
341 serials. That time window can be used by attacker to replay packets, so
342 by default it equals to 1. However it can improve performance because of
343 rearranged UDP packets.
344
345 @node Handshake protocol
346 @section Handshake protocol
347
348 @verbatiminclude handshake.utxt
349
350 @enumerate
351 @item
352 client generates @code{CPubKey}, random 64bit @code{R} that is used as a
353 nonce for encryption, and an encrypted @code{R} with XTEA, where the key
354 equals to client's identity
355 @item
356 @verb{|R + enc(PSK, R, CPubKey) + xtea(ID, R) + NULL + NULLs -> Server|} [65 bytes]
357 @item
358 server remembers clients address, decrypt @code{CPubKey}, generates
359 @code{SPrivKey}/@code{SPubKey}, computes common shared key @code{K}
360 (based on @code{CPubKey} and @code{SPrivKey}), generates 64bit random
361 number @code{RS} and 256bit random @code{SS}. PSK-encryption uses
362 incremented @code{R} (from previous message) for nonce
363 @item
364 @verb{|enc(PSK, SPubKey) + enc(K, RS + SS) + NULLs -> Client|} [88 bytes]
365 @item
366 client decrypt @code{SPubKey}, computes @code{K}, decrypts @code{RS},
367 @code{SS} with key @code{K}, remembers @code{SS}, generates 64bit random
368 number @code{RC} and 256bit random @code{SC},
369 @item
370 @verb{|enc(K, RS + RC + SC) + NULLs -> Server|} [64 bytes]
371 @item
372 server decrypt @code{RS}, @code{RC}, @code{SC} with key @code{K},
373 compares @code{RS} with it's own one send before, computes final main
374 encryption key @code{S = SS XOR SC}
375 @item
376 @verb{|ENC(K, RC) + NULLs -> Client|} [24 bytes]
377 @item
378 server switches to the new client
379 @item
380 client decrypts @code{RC} and compares with it's own generated one,
381 computes final main encryption key @code{S}
382 @end enumerate
383
384 Where PSK is 256bit pre-shared key, @code{NULLs} are 16 null-bytes.
385 @code{R*} are required for handshake randomization and two-way
386 authentication. K key is used only during handshake. @code{NULLs} are
387 required to differentiate common transport protocol messages from
388 handshake ones. DH public keys can be trivially derived from private
389 ones.
390
391 @node Reporting bugs
392 @unnumbered Reporting bugs
393
394 Please send all your bug requests, patches and related questions to
395 @email{govpn-devel@@lists.cypherpunks.ru} mailing list.
396 Visit @url{https://lists.cypherpunks.ru/mailman/listinfo/govpn-devel}
397 for information about subscription options and archived messages access.
398
399 Development Git source code repository currently is located on:
400 @url{https://github.com/stargrave/govpn}.
401
402 @node Copying conditions
403 @unnumbered Copying conditions
404
405 @insertcopying
406
407 @bye