strongSwan 实验 RoadWarrior模式

February 10, 2024

本文介绍strongSwan基于RoadWarrior模式的实验.

strongSwan有很多种模式,RoadWarrior模式因为涉及到多种客户端软件的交互，似乎是最难搞的。本文描述的实验主要目的有：

使用strongSwan做虚拟专用网服务端
- 使用virtual ip
- 发布默认路由
- 发布DNS
客户端
- 使用strongSwan做客户端
- 使用Windows做客户端
  - 使用计算机证书 x_509_machine_certificates
- 使用Android做客户端
- 使用ChromeOS做客户端
- 使用FortiGate做客户端
  - 实验默认路由
  - 实验指定的路由 OSFP/BGP
防火墙
- 暂不考虑防火墙
- 以后有专门的实验来实验防火墙

准备

strongSwan配置

由于需要实验各种客户端，不方便在lxd中实验，这次直接在我所拥有的一台VPS上做实验.

服务端：

/etc/swanctl/swanctl.conf

include conf.d/*.conf

connections {
  rw {
    pools = rw_pool
    local {
      auth = pubkey
      certs = moonCert.pem
      id = moon.strongswan.org
    }
    remote {
      auth = pubkey
    }
    children {
      rw {
        # local_ts  = <本地子网> # 若只要客户端访问本地子网
        local_ts  = 0.0.0.0/0 # 允许客户端访问所有网段,一般要配套MASQUERADE
        # remote_ts = <远程子网> # 不需要，只用没有使用pool才需要
      }
    }
  }
}

pools {
  rw_pool {
    addrs = <分配给客户端的虚拟地址> #如 10.0.3.0/24
    dns = <推送给客户端的DNS地址，逗号分隔> 如8.8.8.8,8.8.4.4
  }
}

为了让客户端虚拟地址网段(如 10.2.3.0/24)访问公网，需要进行MASQUERADE SNAT转换,参考这里.

iptables -t nat -I POSTROUTING -m policy --pol ipsec --dir out -j ACCEPT
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.0.3.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE

注：第一条是必须的，其作用是明文转ipsec报文(-m policy –pol ipec –dir out)的时候，跳过MASQUERADE。这点与GRE不同，GRE原则上是host-host的，所以不需要MQSQUERADE.

证书配置

使用以下两个脚本之一产生pem格式客户端证书

USERNAME=yourname ./gen_client_email.sh

ipsec pki --gen --type rsa --size 2048 --outform pem > private/${USERNAME}Key.pem
chmod 600 private/${USERNAME}Key.pem
ipsec pki --pub --in private/${USERNAME}Key.pem --type rsa | \
ipsec pki --issue --lifetime 730 --outform pem \
--cacert x509ca/strongswanCert.pem \
--cakey private/strongswanKey.pem \
--dn "C=CH, O=strongSwan, CN=${USERNAME}@strongswan.org" \
--san ${USERNAME}@strongswan.org \
--flag clientAuth --flag ikeIntermediate \
> x509/${USERNAME}Cert.pem

HOSTNAME=yourhostname ./gen_client_domain.sh

ipsec pki --gen --type rsa --size 2048 --outform pem > private/${HOSTNAME}Key.pem
chmod 600 private/${HOSTNAME}Key.pem
ipsec pki --pub --in private/${HOSTNAME}Key.pem --type rsa | \
ipsec pki --issue --lifetime 730 --outform pem \
--cacert x509ca/strongswanCert.pem \
--cakey private/strongswanKey.pem \
--dn "C=CH, O=strongSwan, CN=${HOSTNAME}.strongswan.org" \
--san ${HOSTNAME}.strongswan.org \
--flag clientAuth --flag ikeIntermediate \
> x509/${HOSTNAME}Cert.pem

注意：--flag 要么没有，要么要有clientAuth，否则至少Windows不能工作

将pem格式证书转换为p12格式

NAME=name ./p12.sh

openssl pkcs12 -export -inkey private/${NAME}Key.pem \
-in x509/${NAME}Cert.pem -name "${NAME}" \
-certfile x509ca/strongswanCert.pem -caname "strongSwan Root CA" \
-out pkcs12/${NAME}Cert.p12

实验

strongSwan客户端

/etc/swanctl/swanctl.conf

include conf.d/*.conf
connections {
  myserver {
    remote_addrs = moon.strongswan.org
    vips = 0.0.0.0
    local {
      auth = pubkey
        certs = carolCert.pem
        id = carol@strongswan.org
      }
    remote {
      auth = pubkey
      id = moon.strongswan.org
    }
    children {
      myserver {
        remote_ts  = 0.0.0.0/0
        start_action = start
      }
    }
  }
}

TODO: 还没有研究出如何利用strongswan客户端更新使用systemd-resolved系统的DNS。strongswan使用了resolconf，目前研究到的一点眉目是需要安装systemd-resolvconf软件包。还有一种方法也许是换用NetworkManager。

Windows客户端

首先在regedit中设置NegotiateDH2048_AES256 DWORD 为2

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Rasman\Parameters\NegotiateDH2048_AES256

在Windows上导入p12证书文件

双击打开
存储位置本地计算机
证书导入向导-要导入的文件直接点"下一步"
证书导入向导-私钥保护输入p12文件密码后，选择"标志此密钥为可导出的密钥"、“包括所有扩展属性”,点"下一步"
证书导入向导-证书存储选"根据证书类型自动选择证书存储"，点"下一步"
点"完成"

打开网络和Internet设置

添加"虚拟专用网"连接

“虚拟专用网"提供商 Windows内置
连接名称 test
服务器名称或地址 moon.strongswan.org #注意若无公网域名，需要添加hosts文件
VPN类型 IKEv2
登录信息的类型证书
用户名（可选）空
密码（可选）空

更改适配器设置，在“test”连接上点右键，选属性

安全
- 数据加密最大强度的加密(如果服务器拒绝将断开连接)
- 身份验证使用计算机证书

最后测试连接成功

Android客户端

下载p12文件，在文件管理器中打开 (经测试，不用带-legacy参数也可以打开)

选择证书类型 VPN和应用用户证书
为此证书命名 test

安装strongSwan Android客户端

添加VPN配置
- 服务器地址 moon.strongswan.org
- VPN类型 IKEv2证书
- 用户证书选择用户证书在弹出的窗口中选择test证书, 点选择
- CA证书保留自动选择

最后测试连接成功

改进

CA证书选择自动选择会发送大量的CA请求，为了减少无用的流量可以导入x509ca\strongSwanCert.pem CA证书，然后显示选择这一个证书或在不发送
IPv6流量似乎有问题可以勾选屏蔽不通过VPN的IPv6流量
TODO 有时间再研究搭建CRL或自动化下载配置

ChromeOS客户端

打开chrome://settings/certificates

在Your certificates页面点Import and Bind导入p12证书

在虚拟专用网 - Private network - Built-in 虚拟专用网 旁边点加号，出现Join 虚拟专用网

Service name: test
Provider type: IPsec(IKEv2)
Server hostname: moon.strongswan.org
Authentication type: User certificate
Local identity: 空
Remote identity: 空
Server CA certificate: strongSwan Root CA
User certificate: strongSwan Root CA [yourname@strongswan.org]

最后测试连接成功

FortiGate客户端

服务端添加

为了使用FortiGate客户端，先在strongSwan服务端connections下添加

  net-net {
    local {
      auth = pubkey
      certs = moonCert.pem
      id = moon.strongswan.org
    }
    remote {
      auth = pubkey
      id = "C=CH, O=strongSwan, CN=saturn.strongswan.org"
    }
    children {
      fortigate {
        local_ts  = 0.0.0.0/0
        remote_ts  = 0.0.0.0/0
        esp_proposals = aes256-sha256-x25519
      }
    }
  }

然后以下是FortiGate客户端配置

添加证书

System-Certificates

Import Certificate

Type PKCS#12 saturnCert.p12

Import CA Certificate File strongSwanCert.pem

添加虚拟专用网连接有两种方法Site-to-Site 静态路由或Hub-to-Spoke 动态路由

添加虚拟专用网连接Site-to-Site向导静态路由

虚拟专用网 - IPsec Wizard

虚拟专用网 Setup

Name mySite
Template type： Site to Site
NAT Configuration This site is behind NAT
Remote device type FortiGate

Authentication

Remote device: IP Address
Remote IP address: xxx.xxx.xxx.xxx
Outgoing Interface: wan
Authentication method: Signature
Certificate Name: StaturnCert
Peer Certificate CA: CA_Cert_1

Policy & Routing

Local interface: lan
Local subnets: 10.x.x.0/24 # 自己的LAN子网貌似也可以0.0.0.0/0
Remote Subnets: 0.0.0.0/0
Internet Access: None

这样通过模板创建的是IKEv1还不能直接用，需要将其转换为Custom Tunnel类型，然后设置

Authentication: IKEv2
Pharse 1 Proposal: Diffie-Hellman Groups 31
Pharse 1 Proposal: Diffie-Hellman Groups 31

通过Site-to-Site 模板创建的虚拟专用网，会自动创建静态路由，不用再设置路由了

然后到 Monitor - IPsec Monitor中Bring Up tunnel 进行测试

添加虚拟专用网连接Hub-to-Spoke向导动态路由

虚拟专用网 - IPsec Wizard

虚拟专用网 Setup

Name: mySpoke
Template type: Hub-and-Spoke
Type: Spoke

Autentication

Remote IP address: xxx.xxx.xxx.xxx # 貌似不能用域名
Outgoing Interface: wan
Authentication method: Signature
Certificate Name: StaturnCert
Peer Certificate CA: CA_Cert_1

Tunnel Interface

IP: 10.88.0.1 随便定义的
Network mask: 255.255.255.255
Remote IP/netmask: 10.88.0.2/32

Policy & Routing

Local identifier 65400
Local interface lan
Local subnets 10.x.x.0/24 # 自己的LAN子网貌似也可以0.0.0.0/0

这样通过模板创建的是IKEv1还不能直接用，需要将其转换为Custom Tunnel类型，然后设置

Authentication: IKEv2
Pharse 1 Proposal: Diffie-Hellman Groups 31
Pharse 1 Proposal: Diffie-Hellman Groups 31

然后还需要设置路由，先添加IPv4静态路由到任一服务器网段进行测速，测速通过后，即可添加OSPF和BGP动态路由。

FortiGate上OSPF和BGP动态路由设置又是另一个课题，暂未实现。

结论

参考

https://docs.strongswan.org/docs/5.9/interop/windowsCertRequirements.html#_user_and_machine_certificates 要么没有EKU,要么EKU要包含clientAuth
https://docs.strongswan.org/docs/5.9/interop/windowsClients.html#_using_x_509_machine_certificates
https://docs.strongswan.org/docs/5.9/pki/pkiQuickstart.html#_pkcs12_container 这里说Apple和Android导出pkcs12证书时需要legacy参数
https://docs.strongswan.org/docs/5.9/interop/fortinet.html fortigate作服务端
https://docs.strongswan.org/docs/5.9/config/IKEv2CipherSuites.html 各种CipherSuites含义
https://community.fortinet.com/t5/FortiGate/Technical-Tip-IPv4-over-IPv6-IPsec-Tunnel/ta-p/253492 FortiGate 查错

下一步

实验在strongSwan服务端启用防火墙

准备

strongSwan配置

证书配置

实验

strongSwan客户端

Windows客户端

Android客户端

ChromeOS客户端

FortiGate客户端

服务端添加

添加证书

添加虚拟专用网连接Site-to-Site向导 静态路由

添加虚拟专用网连接Hub-to-Spoke向导 动态路由

结论

参考

下一步

添加虚拟专用网连接Site-to-Site向导静态路由

添加虚拟专用网连接Hub-to-Spoke向导动态路由