WireGuard erfreut sich seit geraumer Zeit wachsender Beliebtheit. Hinter WireGuard verbirgt sich sowohl ein VPN-Protokoll, als auch eine VPN-Software. Während es vor zwei Jahren quasi unbekannt war, hat die Bekanntheit in den letzten Monaten stark zugenommen. Grund dafür ist neben der guten Performance und dem schnellen Verbindungsaufbau sicherlich auch die Aufnahme in den stabilen Linux Kernel 5.6, welcher Anfang April 2020 erscheinen dürfte.

Ich selbst bin im Herbst 2019 auf WireGuard gestoßen, als jemand in einem Forum WireGuard vorstellte und als “heißen Scheiß” bezeichnet hatte. Mittlerweile nutze ich WireGuard seit mehreren Monaten und kann dieser Aussage nur zustimmen :-)

Einleitung

Das VPN-Protokoll WireGuard und die gleichnamige Open Source Software wurden von Jason A. Donenfeld ins Leben gerufen. WireGuard sieht sich selber als extrem einfache, aber dennoch schnelle und moderne VPN-Lösung. Gleichzeitig soll es durch die Nutzung der neuesten Kryptographie-Techniken extrem sicher sein. Im direkten Vergleich mit IPsec und OpenVPN soll es leistungsfähiger, einfacher, schlanker und schneller sein.

Ursprünglich wurde WireGuard nur für den Linux-Kernel entwickelt, ist mittlerweile aber zudem für Windows, macOS, BSD, iOS und Android verfügbar.

Die ersten Snapshots wurden im Juni 2016 veröffentlich. Zwei Jahre später im Juni 2018 wurde der Code und das Protokoll als experimentell bezeichnet und darauf hingewiesen, dass noch kein stabiles Release existiert. Dies trifft bis zum heutigen Tag zu, könnte sich aber bald ändern.

Rund eineinhalb Jahre nach dem Vorschlag von Donenfeld zur Aufnahme in den Hauptzweig ist es nun soweit. Linus Torvalds hat vor wenigen Tagen den Entwicklungszweig Net-Next in den Hauptzweig der Kernel-Entwicklung integriert. Damit wird WireGuard erstmals Teil eines stabilen Linux-Kernels. Der Kernel 5.6 wird für Anfang April erwartet. Grund der langen Verzögerung war der Crypto-Unterbau von WireGuard, welcher einen anderen Ansatz als die Crypto-API des Linux-Kernels verfolgt und deshalb für Unstimmigkeiten gesorgt hatte. Letztlich wurden die neuen Crypto-Funktionen aber im kürzlich veröffentlichten Kernel 5.5 umgesetzt.

Technik

Der Grundgedanke hinter WireGuard ist erfrischend neu und simpel. WireGuard arbeitet ausschließlich auf Schicht 3 des OSI-Modells und ermöglicht die Netzwerkkopplung auf Peer-to-Peer-Basis. Softwareseitig gibt es keine Unterschiede zwischen den Teilnehmern. Alleine die Konfiguration entscheidet, ob ein Peer als Client oder Server arbeitet. Aus diesem Grund sind sogenannte Road-Warrior-Szenarien mit einem zentralen Server und mehreren Clients kein Problem.

Unterstützt wird neben IPv4 auch IPv6. Des Weiteren kann IPv4 in IPv6 getunnelt werden und umgekehrt. Die Verbindung zwischen zwei Peers wird über einen einzelnen, frei wählbaren UDP-Port geregelt. Standardmäßig ist dies UDP-Port 51820.

Zum Verbindungsaufbau wird auf beiden Seiten der VPN-Verbindung lediglich ein Schlüsselpaar benötigt. Der private Schlüssel bleibt dabei lokal, der öffentliche Schlüssel wird der Gegenstelle bekannt gemacht. Auf eine Zertifikat-Infrastruktur kann getrost verzichtet werden. Außerdem kann optional ein symmetrischer Schlüssel (PSK) verwendet werden, der die Verbindung zusätzlich sichert.

Andere VPN-Protokolle unterstützen eine Vielzahl von Algorithmen zum Schlüsselaustausch, zum Chiffrieren und zur Hash-Berechnung. WireGuard geht einen anderen Weg und kennt für jede Aufgabe nur einen fest codierten Algorithmus. Curve25519 für den Schlüsselaustausch, ChaCha20 für die Verschlüsselung, Poly1305 für die Authentifizierung, BLAKE2 für das Hashing und SipHash24 für die Hashtable.

Durch die vollständige Neuentwicklung und den Fokus auf Grundfunktionen kann komplett auf Altlasten verzichtet werden, was sich auch im Quelltext zeigt. Während OpenVPN und IPSec auf mehrere Hunderttausend Zeilen Code kommen, begnügt sich WireGuard mit ca. 7.000 Zeilen.

Ein weiteres Merkmal ist das eingebaute “Roaming”. Wechselt ein Peer (Client), also z.B. ein Smartphone, zwischen WLAN und Mobilfunknetz, bleibt die WireGuard-Verbindung bestehen und der Anwender bekommt davon nichts mit. Selbst wenn es in seltenen Fällen zu einem Verbindungsabbruch führt, ist die Verbindung fast unmittelbar wiederhergestellt. Andere VPN-Protokolle wie IPSec oder OpenVPN sind im direkten Vergleich quälend langsam.

Die gute Performance ist unter anderem darin begründet, dass WireGuard unter Linux direkt im Kernel arbeitet. Somit entfallen häufige Kontextwechsel zwischen Userland und Kernel und die Datenpakete können deutlich schneller abgearbeitet werden. Zudem besitzt WireGuard spezielle Optimierungen für die MIPS-Prozessor-Architektur, sodass es auch für leistungsschwache Geräte interessant ist.

Fazit

Ich habe WireGuard vor ca. fünf Monaten auf meinem Raspberry Pi und meinem Smartphone installiert. Seitdem ist mein Smartphone zu 100% über den WireGuard-VPN-Tunnel online. Weder daheim noch unterwegs musste ich bisher irgendwelche Probleme feststellen. Die Performance ist super und das Roaming-Verhalten spitze. Wie vom Entwickler versprochen gibt es hier keine Abbrüche oder Verzögerungen. Einziger Negativpunkt ist das spärliche Logging auf beiden Seiten.

In einem weiteren Artikel werde ich detailliert auf die Einrichtung unter Raspbian Buster und Android eingehen. Stay tuned!