U2-ROUTE. HERRAMIENTA PARA EL DESARROLLO DE MECANISMOS DE SEGURIDAD A NIVEL DE HARDWARE - JHON JAIRO PADILLA A., PHD. LUIS SANTAMARÍA CARLOS ...

U2-Route. Herramienta para el
 desarrollo de mecanismos de
seguridad a nivel de hardware
        Jhon Jairo Padilla A., PhD.
             Luis Santamaría
             Carlos Acevedo
              Oscar Maestre
           Line Becerra, MsC.

Problema a resolver (I)
• Para hacer investigación en el campo de la seguridad
  en redes es necesario probar nuevos algoritmos.
• Tradicionalmente, en países en vías de desarrollo se
  realizan investigaciones que demuestran las ventajas
  de los algoritmos propuestos mediante simulaciones
  o mediante modelos matemáticos.
• Para realizar prototipos se utilizan programas de
  computador, lo que implica que los paquetes que
  deben tratarse deben pasar primero por los diferentes
  módulos que conforman la arquitectura de protocolos
  de un computador, para luego realizarles el
  tratamiento del caso en la capa correspondiente.

Problema a Resolver (II)
• Modificar el hardware de los dispositivos de red es una
  tarea compleja y sólo es posible realizar
  configuraciones sobre ellos en software.
• Los fabricantes venden sus equipos con chips no
  modificables llamados ASIC (Application-Specific
  Integrated Circuit) en los cuales no es posible entrar y
  realizar cambios de los módulos del Hardware [2];
• Tampoco es posible conocer como viene su circuitería
  ya que eso hace parte del know-how, lo cual pone en
  dificultad a la Academia y grupos de investigación
  interesados en realizar sus propios experimentos.

Solución Planteada: U2-Route
• Es un sistema que permite:
  – La construcción de prototipos para probar nuevos
    algoritmos de procesamiento de paquetes en los
    routers.
• Aplicaciones:
  –   Calidad de Servicio
  –   Seguridad en redes
  –   Gestión de redes
  –   Generación de tráfico
  –   Etc

U2-Route: Características
• Compuesto por:
  – Una Interfaz Remota accequible vía Web
  – Un Núcleo de pruebas

                       UCP - Pereira                         UPB - Bucaramanga

                                                                 Generador
                                                                 de Tráfico

                      Web    Bases de datos
                                                 RENATA
           RENATA

                             Comunicaciones
                      FTP

                    APLICACIÓN WEB: Sistema de
                         gestión de usuarios,
                      experimentos e informes             ROUTER Y GENERADOR DE
                                                             TRÁFICO CON FPGA

Núcleo de Pruebas
• Basado en una NetFPGA
  con las siguientes
  características:
  – Conector PCI: bus estándar
    de 32 bits, 33Mhz. Esto
    permite conectar la tarjeta
    a un PC.
  – 4 Interfaces GbitEthernet
    (1Gbps)
  – Un chip FPGA Virtex-2
  – 4 bancos de memoria
    SRAM y DRAM

Características de un Router NetFPGA
• 4 puertos Gigabit Ethernet
• Completamente “Programable” (Hardware
  con FPGAs)
• Bajo costo
• Hardware FPGA open source:
  – Diseño basado en Verilog
• Software Open-source:
  – Drivers en C y C++

Ventajas del uso de NetFPGA
• Descarga un procesador principal de ciertas tareas.
• El procesador principal (ubicado en el PC) puede utilizar DMA
  (Direct Memory Access) para leer/escribir registros y memorias
  de la tarjeta NetFPGA
• NetFPGA provee un camino de datos acelerado por Hardware
   – Conectividad mediante los 4 puertos a 1Gbps.
   – Acceso a bancos de memoria ubicados en la tarjeta

Pruebas predefinidas: Router Básico
• 5 fases:
   – Entrada
   – Arbitraje de entrada
   – Decisión de
     enrutamiento y
     modificación de
     paquetes
   – Encolamiento de salida
   – Salida

Proceso de realización de una prueba
                               INICIO
     INICIO                                       RECEPCIÓN DE LOS PARÁMETROS DE
                                                  CONFIGURACIÓN DEL EXPERIMENTO

                              RENATA
    RENATA                                                EJECUCIÓN DEL
                                                     EXPERIMENTO EN EL ROUTER

                                             NO
   REGISTRO                AUTENTICACIÓN              ENVÍO DE RESULTADOS DE
                                                           LA EJECUCIÓN

                                        SI
                NO      CONFIGURACIÓN DE LA                  RENATA
   VALIDACIÓN
    REGISTRO                  PRUEBA

                       REGISTRO EN LA BASE DE       REGISTRO DE RESULTADOS EN
         SI                   DATOS                      LA BASE DE DATOS
   REGISTRO
    EXITOSO
                     ENVÍO DE CONFIGURACIÓN DEL
                       EXPERIMENTO AL ROUTER
                                                      INFORME DE RESULTADOS
      FIN

                              RENATA                           FIN

Interfaz Web: Pantalla de Bienvenida

U2: RouteConfiguración de una prueba
              con QoS

U2-Route: Consulta de Resultados

U2-Route:Consulta de Resultados

Desarrollo de nuevos módulos (I):
             Diseño

Desarrollo de nuevos módulos (II):
  Procesamiento interno de los
            paquetes

Desarrollo de nuevos módulos (III):
         Diseño de la FSM

La FSM del módulo Crypto_Nic tiene 4 estados:
-Estado 1: Deja pasar las cabeceras de los módulos que son utilizadas internamente
por la herramienta para el procesamiento.
-Estado 2: Se dejan pasar los primeros 34 bytes de los paquetes que corresponden a la
cabecera Ethernet e IP.
-Estado 3: Cifra la primera palabra del paquete (los siguientes 6 bytes)
-Estado 4: Cifra el resto del paquete hasta que termine de pasar todo el payload.

Desarrollo de Nuevos Módulos (IV):
       Codificación e inserción
• Debe desarrollarse
  previamente el código
  en Verilog del nuevo
  módulo

Pruebas con nuevos módulos (IV):
        Codificación e inserción
• Tener precaución de
  Interconectarlo
  correctamente al resto de
  módulos

Pruebas con Nuevos Módulos (IV):
       Codificación e inserción
• Se deben enviar los archivos de los proyectos
  manteniendo una estructura de directorios:

Pruebas con Nuevos Módulos
• U2-Route recibe la información mediante la
  interfaz Web (puede agregarse un tráfico de
  entrada particular si se desea o usar uno
  predeterminado)
• U2-Route compila y realiza las pruebas
• U2-Route Envía los resultados al servidor de
  Interfaz Web
• El usuario puede consultar sus pruebas y
  descargar los resultados en archivos de texto
  plano

Pruebas: Simulaciones

Prueba final: Inyección de paquetes

Agradecimientos
• Colciencias
• RENATA
• Ingenieros de desarrollo en UPB: Oscar
  Maestre, Luis Santamaría, Carlos Acevedo
• Ingeniero de desarrollo en UCP: Ricardo
  Hurtado
• Estudiantes de UCP en proyecto de grado

Nuestra página Web
• http://u2route.ucp.edu.co/Proyecto2/u2route/

• Advertencia: Aún estamos en versión Beta y
  no estamos atendiendo al público….Ya les
  avisaremos!!!!!

• INFORMACIÓN ADICIONAL:
  jhon.padilla@upb.edu.co