APISIX: Соответствие стандарту FIPS 140-2

Jinhua Luo

January 6, 2023

Products

Что такое FIPS 140-2?

FIPS расшифровывается как Федеральные стандарты обработки информации (Federal Information Processing Standards) — это набор стандартов компьютерной безопасности, установленных Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) Министерства торговли США.

Цель FIPS — создать единый уровень безопасности для всех федеральных агентств, чтобы защищать чувствительную, но несекретную информацию — значительную часть электронных данных, которые не считаются секретными или выше.

Уровни безопасности FIPS 140-2

FIPS 140-2/3 — это часто используемые стандарты в контексте кибербезопасности. Оба они относятся к стандартным требованиям безопасности для криптографических модулей. FIPS 140-3 в конечном итоге заменит FIPS 140-2, и этот переход в настоящее время осуществляется.

  • Уровень 1 – Самый низкий уровень безопасности, который накладывает минимальные требования и требует, чтобы все компоненты были «производственного уровня». FIPS 140-2 Уровень 1 относится конкретно к программным криптографическим модулям и устанавливает требования к криптографическим алгоритмам, которые могут использоваться, а также к самопроверкам, которые должны проводиться для проверки их целостности.
  • Уровень 2 – Дополнительные требования к физической защите от несанкционированного доступа, а также аутентификации на основе ролей.
  • Уровень 3 – Дополнительные обязательства по усилению безопасности против атак, использование аутентификации на основе идентификации, а также физическое разделение интерфейсов.
  • Уровень 4 – Самый строгий уровень, который требует надежных мер физической безопасности против атак на окружающую среду.

Например, криптографический модуль, сертифицированный по FIPS 140-2 Уровень 1, обеспечивает базовый уровень безопасности, шифруя данные, проходящие через него, до уровня защиты, предоставляемого AES. Однако криптографический модуль, сертифицированный по FIPS 140-2 Уровень 2, не только обеспечивает электронное шифрование AES, но и физическую безопасность самого устройства.

Это означает, что криптографический модуль, сертифицированный по FIPS 140-2 Уровень 2, не может быть взломан, если не нарушены пломбы на корпусе устройства. В таком случае так называемый криптографический офицер сразу узнает, что безопасность информации была нарушена, и сможет немедленно принять меры для устранения утечки данных.

Почему FIPS важен?

Криптографические модули, сертифицированные по FIPS 140-2, требуются по закону для всех федеральных агентств США, которые обрабатывают чувствительную, но несекретную информацию. Другие отрасли также делают FIPS 140-2 Уровень 2 обязательным требованием для своей безопасности, включая финансы, здравоохранение, юридические услуги, мобильных операторов и отрасли общественной безопасности.

APISIX соответствует FIPS 140-2

Как соответствовать FIPS 140-2?

При использовании с FIPS 140-2 сертифицированной сборкой OpenSSL 3.0, работающей в режиме FIPS, APISIX соответствует требованиям FIPS 140-2 (Уровень 1) в отношении расшифровки и шифрования SSL/TLS‑зашифрованного сетевого трафика.

Влияния

Режим FIPS отключает следующие шифры:

  • TLS_ECDH_anon_WITH_RC4_128_SHA
  • TLS_ECDHE_RSA_WITH_RC4_128_SHA
  • TLS_RSA_WITH_CAMELLIA_128_CBC_SHA
  • TLS_RSA_WITH_CAMELLIA_256_CBC_SHA
  • TLS_RSA_WITH_IDEA_CBC_SHA
  • TLS_RSA_WITH_RC4_128_MD5
  • TLS_RSA_WITH_RC4_128_SHA
  • TLS_RSA_WITH_SEED_CBC_SHA

Кроме того, FIPS не поддерживает RSA-ключи меньше 2048 бит.

Сборка OpenSSL

Сборка и установка OpenSSL с включенным FIPS

apt install -y build-essential
git clone https://github.com/openssl/openssl
cd openssl
./Configure --prefix=/usr/local/openssl-3.0 enable-fips
make install
bash -c "echo /usr/local/openssl-3.0/lib64 > /etc/ld.so.conf.d/openssl3.conf"
ldconfig
/usr/local/openssl-3.0/bin/openssl fipsinstall -out /usr/local/openssl-3.0/ssl/fipsmodule.cnf \
-module /usr/local/openssl-3.0/lib64/ossl-modules/fips.so
sed_expr='s@# .include fipsmodule.cnf@.include /usr/local/openssl-3.0/ssl/fipsmodule.cnf@g;'
sed_expr+=' s/# \(fips = fips_sect\)/\1\nbase = base_sect\n\n[base_sect]\nactivate=1\n/g'
sed -i "$sed_expr" /usr/local/openssl-3.0/ssl/openssl.cnf

bash -c "echo /usr/local/openssl-3.0/lib64 > /etc/ld.so.conf.d/openssl3.conf"
ldconfig

Проверка OpenSSL

Проверьте конфигурационный файл (/usr/local/openssl-3.0/ssl/openssl.cnf).

Убедитесь, что он соответствует следующему фрагменту:

config_diagnostics = 1
openssl_conf = openssl_init

.include /usr/local/ssl/fipsmodule.cnf

[openssl_init]
providers = provider_sect

[provider_sect]
fips = fips_sect
base = base_sect

[base_sect]
activate = 1

Проверьте, может ли OpenSSL выполнять хэши SHA1: Этот тест проверяет правильность работы OpenSSL. Алгоритм хэширования SHA1 разрешен во всех режимах, поэтому ошибка этой команды указывает на то, что реализация OpenSSL работает некорректно:

# openssl sha1 /dev/null
SHA1(/dev/null)= da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709

Проверьте, может ли OpenSSL выполнять хэши MD5: Этот тест проверяет, что OpenSSL работает в режиме FIPS. MD5 не является разрешенным алгоритмом хэширования в режиме FIPS, поэтому попытка его использования завершается ошибкой:

# openssl md5 /dev/null
Error setting digest
80920FA8DA7F0000:error:0308010C:digital envelope routines:
inner_evp_generic_fetch:unsupported:crypto/evp/evp_fetch.c:341:
Global default library context, Algorithm (MD5 : 100), Properties ()

Если OpenSSL не работает в режиме FIPS, функция хэширования MD5 работает нормально:

# /usr/bin/openssl md5 /dev/null
MD5(/dev/null)= d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

Сборка APISIX с FIPS

# установка зависимостей pcre и zlib
wget -O - https://openresty.org/package/pubkey.gpg | apt-key add -
echo "deb http://openresty.org/package/${arch_path}ubuntu $(lsb_release -sc) main" | \
tee /etc/apt/sources.list.d/openresty.list
apt-get update
apt-get install -y openresty-pcre-dev openresty-zlib-dev

# указание опций компиляции и линковки
export zlib_prefix=/usr/local/openresty/zlib
export pcre_prefix=/usr/local/openresty/pcre
export cc_opt="-DNGX_LUA_ABORT_AT_PANIC -I${zlib_prefix}/include -I${pcre_prefix}/include"
cc_opt+="-I/usr/local/openssl-3.0/include"
export ld_opt="-L${zlib_prefix}/lib -L${pcre_prefix}/lib -L/usr/local/openssl-3.0/lib64"
ld_opt+="-Wl,-rpath,${zlib_prefix}/lib:${pcre_prefix}/lib:/usr/local/openssl-3.0/lib64"

# сборка и установка apisix-base
wget https://raw.githubusercontent.com/api7/apisix-build-tools/master/build-apisix-base.sh
bash build-apisix-base.sh latest

Настройка тестового маршрута

curl http://127.0.0.1:9180/apisix/admin/routes/httpbin -H 'X-API-KEY: YOUR-KEY' -X PUT -i -d '
{
    "uri": "/anything",
    "hosts": ["*.httpbin.org"],
    "methods": ["GET"],
    "upstream": {
        "type": "roundrobin",
        "nodes": {
            "httpbin.org": 1
        }
    }
}'

Проверка приватного ключа

Проверка нормального случая, ожидаем успешного выполнения.

Создайте вспомогательный скрипт на Python для загрузки сертификата:

cfg_ssl.py

import sys
import requests

if len(sys.argv) <= 3:
    print("bad argument")
    sys.exit(1)

with open(sys.argv[1]) as f:
    cert = f.read()

with open(sys.argv[2]) as f:
    key = f.read()

sni = sys.argv[3]
api_key = "edd1c9f034335f136f87ad84b625c8f1"

resp = requests.put("http://127.0.0.1:9180/apisix/admin/ssls/1", json={
    "cert": cert,
    "key": key,
    "snis": [sni],
}, headers={
    "X-API-KEY": api_key,
})
print(resp.status_code)
print(resp.text)

Создайте функцию в bash для упрощения генерации ключей:

genkey() {
    keylen=${1:-4096}
    /usr/bin/openssl genrsa -out apisix.key $keylen
    /usr/bin/openssl req -key apisix.key -new -out apisix.csr -subj '/C=/ST=/L=/O=/OU=web/CN=*.httpbin.org'
    /usr/bin/openssl x509 -req -in apisix.csr -signkey apisix.key -out apisix.crt -days 3650 -sha256
}

Тест:

cd $(mktemp -d)
genkey 2048
python3 ssl.py apisix.crt apisix.key '*.httpbin.org'
curl --resolve 'www.httpbin.org:9443:127.0.0.1' https://www.httpbin.org:9443/uuid -vvv -k

Вывод:

...
* TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Finished (20):
* SSL connection using TLSv1.3 / TLS_AES_256_GCM_SHA384
* ALPN, server accepted to use h2
* Server certificate:
*  subject: OU=web; CN=*.httpbin.org
*  start date: Dec 22 05:52:58 2022 GMT
*  expire date: Dec 19 05:52:58 2032 GMT
*  issuer: OU=web; CN=*.httpbin.org
*  SSL certificate verify result: self signed certificate (18), continuing anyway.
* Using HTTP2, server supports multi-use
* Connection state changed (HTTP/2 confirmed)
* Copying HTTP/2 data in stream buffer to connection buffer after upgrade: len=0
* Using Stream ID: 1 (easy handle 0x55e125a24e30)
> GET /uuid HTTP/2
> Host: www.httpbin.org:9443
> user-agent: curl/7.68.0
> accept: */*
>
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Newsession Ticket (4):
* TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Newsession Ticket (4):
* old SSL session ID is stale, removing
* Connection state changed (MAX_CONCURRENT_STREAMS == 128)!
< HTTP/2 200
< content-type: application/json
< content-length: 53
< date: Thu, 22 Dec 2022 06:35:04 GMT
< access-control-allow-origin: *
< access-control-allow-credentials: true
< server: APISIX/3.0.0
<
{
  "uuid": "1827f239-376f-47ec-9b54-d5addaa8c7f9"
}

Проверка ключа меньше 2048 бит

FIPS не поддерживает RSA-ключи меньше 2048 бит. Поэтому давайте проверим, завершится ли операция с ошибкой при использовании маленького ключа.

genkey 1024
python3 cfg_ssl.py apisix.crt apisix.key '*.httpbin.org'
curl --resolve 'www.httpbin.org:9443:127.0.0.1' https://www.httpbin.org:9443/uuid -vvv -k

Вывод:

...
* TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Client hello (1):
* TLSv1.3 (IN), TLS alert, internal error (592):
* error:14094438:SSL routines:ssl3_read_bytes:tlsv1 alert internal error
* Closing connection 0
curl: (35) error:14094438:SSL routines:ssl3_read_bytes:tlsv1 alert internal error

Заключение

Учитывая строгие тесты, которые включает FIPS, они считаются надежным стандартом безопасности. Кроме того, они являются полезной базой для любых организаций, которым необходимо внедрить стандарты безопасности в своей инфраструктуре.

Добавить поддержку FIPS в APISIX легко. APISIX может использоваться для расшифровки и шифрования SSL/TLS‑зашифрованного сетевого трафика в развертываниях, требующих соответствия FIPS 140-2 Уровень 1.

Для получения дополнительной информации о API-шлюзах, пожалуйста, посетите наш блог или свяжитесь с нами.

Tags:
APISIX Basics
API Security
Data Management