プロキシを作って学ぶ WireGuard / Learning WireGuard by Creating a Proxy

2025年3月5日のLightning Talksで発表した「プロキシを 作って学ぶ WireGuard」の講演資料です。
講演詳細についてはこちらを御覧ください：https://ntt-developers.github.io/ntt-tech-conference/2025/

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1. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. プロキシを 作って学ぶ WireGuard 2025年03月05日 NTTコミュニケーションズ株式会社 上田 高寛
2. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 2 目次 1. 自己紹介 2. この発表で話すこと、話さないこと 3. WireGuardとは？ 4. やりたかったこと 5. 作ったもの 6. 通常のWireGuardの動作 7. プロキシの動作 8. なぜ使わなかったのか？ 9. おわりに
3. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 3 自己紹介 普段の業務分野 ・OT（制御）ネットワークセキュリティ 趣味 • 時々自宅NWをいじって遊ぶ（小規模） • 稀に電子工作や3Dプリンタで何かを作る （積み部品だけが増えていく状態...）
4. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 4 この発表で話すこと、話さないこと 要約 • NginxなどにあるVirtualHosts機能ぽいものを作ってみた • プロキシと書いたけど、動作としてはL2スイッチやARPのほうがイメージしやすいかも • 実用には向かないが、WireGuardの通信を理解するきっかけにはなりそうなので共有してみる 話すこと • 作ったプロキシに関して • WireGuardの通信の流れとメッセージ構造（の一部） 話さないこと • WireGuardの使い方 • Cookie Replyメッセージに関しては省略 ※今回紹介するプロキシは実用を想定していません（業務での利用も予定していません）
5. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 5 WireGuardとは？ WireGuardはシンプルで高速なオープンソースのVPN 特徴を一部抜粋[1] • UDPを利用 • NAT超えが可能 • IPアドレスの変化や再接続に強い • 公開鍵を利用した認証（SSHの公開鍵認証と似ている） • Cryptokey Routing • 認証に失敗したメッセージ（パケット）は無視する • メッセージの種類は4種類とシンプル • クリプトアジリティを意図的に欠いている • 4,000行未満のコードで実装できるため、監査や検証が容易 [1] Jason A. Donenfeld, “WireGuard: Next Generation Kernel Network Tunnel”, 2020. https://www.wireguard.com/papers/wireguard.pdf.
6. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 6 やりたかったこと 諸事情により、複数のWireGuardクライアントから複数サーバへの接続を単一のIPアドレスとポートで受け 付けられると嬉しい場面があった rox セ メント lient lient 2 lient n er er er er 2 er er n 接続 N rox 接続 N ココ ※ InitiatorをClient、ResponderをServerと読み替え
7. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 7 作ったもの ブロードキャストを利用したシンプルで 不完全なプロキシ どのくらいシンプルなの？ → 右のQRコードに収まるくらい 下記コマンドを実行するとソースコードが見えるはず $ echo "[QRコードのbase64文字列]" | base64 -d | gunzip > main.go ※今回紹介するプロキシは実用を想定していません （業務環境での利用もしていません） デコードには CyberChefが便利かも
8. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 8 通常のWireGuardの動作 下記の流れで鍵交換（セッション作成）を行う 1. Handshake Initiaion 2. Handshake Response 3. Transport Data（Initiatorから送信） 4. Transport Data セッションの作成は、2分が経過もしくは、 一定数のメッセージを送信したタイミン で再度行う • REKEY-AFTER-MESSAGES: 260messages • REJECT-AFTER-MESSAGES: 264 − 213 − 1messages • REKEY-AFTER-TIME: 120 seconds • REJECT-AFTER-TIME: 180 seconds lient er er 1RTTで鍵交換が終わる ※負荷がかかっている状態では動作が変わるが、今回は省略（Cookie Replyメッセージ）
9. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 9 通常のWireGuardの動作 下記の流れで鍵交換（セッション作成）を行う 1. Handshake Initiaion 2. Handshake Response 3. Transport Data（Initiatorから送信） 4. Transport Data セッションの作成は、2分が経過もしくは、 一定数のメッセージを送信したタイミン で再度行う • REKEY-AFTER-MESSAGES: 260messages • REJECT-AFTER-MESSAGES: 264 − 213 − 1messages • REKEY-AFTER-TIME: 120 seconds • REJECT-AFTER-TIME: 180 seconds ココを追加 ※負荷がかかっている状態では動作が変わるが、今回は省略（Cookie Replyメッセージ） lient er er rox 1RTTで鍵交換が終わる
10. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 10 プロキシの動作 1. Handshake Initiation ClientはServerへ、セッションを確立するための Handshake initiationメッセージを送る プロキシはtypeフィールドを確認し下記処理を行う 1. Sendrフィールドをキーに送信元情報をテーブル に格納 2. 宛 アドレスProxyセ メントのブロードキャス トアドレスに変更し送信 3. Proxyセ メント内の全Serverにメッセージが届 く ※ InitiatorをClient、ResponderをServerと読み替え [1] Jason A. Donenfeld, “WireGuard: Next Generation Kernel Network Tunnel”, 2020. https://www.wireguard.com/papers/wireguard.pdf, p. 10. Handshake initiationメッセージの構造（[1]より）
11. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 11 プロキシの動作 2. Responder to Initiator 正規のクライアントからパケットを受け取ったサーバ のみが、レスポンスを返す（WireGuardの仕様） プロキシはtypeフィールドを確認し下記処理を行う 1. sendrフィールドをキーに送信元情報をテーブル に格納 2. receiverフィールドをキーに宛 情報を検索 3. パケットの宛 情報を書き換えてユニキャスト 4. クライアントにパケットが届きセッション確立 Initiator e on er rox Handshake responseメッセージの構造（[1]より） ※ InitiatorをClient、ResponderをServerと読み替え [1] Jason A. Donenfeld, “WireGuard: Next Generation Kernel Network Tunnel”, 2020. https://www.wireguard.com/papers/wireguard.pdf, p. 11.
12. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 12 ※ InitiatorをClient、ResponderをServerと読み替え [1] Jason A. Donenfeld, “WireGuard: Next Generation Kernel Network Tunnel”, 2020. https://www.wireguard.com/papers/wireguard.pdf, p. 12. プロキシの動作 3. Transport Data recieverフィールドの情報をもとにデータを転送する プロキシはtypeフィールドを確認し下記処理を行う 1. receiverフィールドをキーに宛 情報を検索 2. パケットの宛 情報を書き換えてユニキャスト 3. 宛 のClient or Serverに届く Initiator e on er rox Transport dataメッセージの構造（[1]より）
13. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 13 なぜ使わなかったのか？ 一番の理由 • 無くてもそこまで困らなかった 単一障害点になる • 思い付きで作ったは良いが、クオリティも低く信頼性にも欠けていた 仕組上の課題 • Client側のIPアドレスの変化に弱くなる （テーブル情報をセキュアにどう更新するか？） • Clientが増えるにしたがって、 ブロードキャストパケットが増え システム全体の負荷が上がる • など... 既存のプロキシの存在（未検証） • mwgp(Multiple WireGuard Proxy) • 設定ファイルが必要ぽい
14. © NTT Communications Corporation All Rights Reserved. 14 おわりに WireGuardはシンプルで高速なVPN • UDPを利用 • NAT超えが可能 • IPアドレスの変化や再接続に強い • 公開鍵を利用した認証（SSHの公開鍵認証と似ている） • Cryptokey Routing • 認証に失敗したメッセージ（パケット）は無視する • メッセージの種類は4種類とシンプル 作ったプロキシに関して • 実用には向かないが、WireGuardの通信を理解するきっかけにはなりそうなので共有してみた