什麼是 WireGuard VPN？它是如何運作的？

什麼是 WireGuard VPN？

WireGuard 是一種開源的 通訊協定，它提供加密路由機制，許多現代 VPN 正是透過此機制來 保護使用者的資料與隱私。它在公鑰加密流程的每個階段均採用最先進的協定，使其成為目前為止速度最快的 VPN 協定。

WireGuard 於 2015 年推出，其後於 2020 年推出 Linux 版本。它現已相容於所有主要作業系統和裝置，並被越來越多的新興 VPN 服務所採用。由於其高速、開源且可稽核的特性，以及低資料開銷，預計 WireGuard 很快便能超越主流 VPN 目前所採用的、更為廣泛應用的通訊協定。

欲進一步了解資料加密的運作原理，請參閱 Nym 的完整指南。

WireGuard VPN 是如何運作的？

WireGuard 是一款可在使用者裝置以及 VPN 或代理伺服器上運行的軟體客戶端，能讓加密流量在兩者之間快速且安全地傳輸。因此，當您使用 WireGuard 協定連線至 VPN 伺服器時，以下是背景中正在發生的情況：

握手

在進行任何金鑰或資料交換之前，客戶端會向伺服器發送一則請求，藉此啟動所謂的「握手」程序。伺服器會將其公鑰傳送給客戶端作為回應。 WireGuard 採用來自 Noise 的 Noise_IK 握手機制，該機制具備多項安全與隱私優勢，例如可避免因金鑰遭洩露所導致的冒充攻擊與重放攻擊、隱藏握手參與者的身分，以及實現完美前向保密。

金鑰交換與導出

接著，伺服器與客戶端會交換公鑰，以驗證彼此的身分。在金鑰交換方面，WireGuard 採用 Curve25519，這是一種基於迪菲-赫爾曼（Diffie-Hellman）公鑰加密演算的先進橢圓曲線加密演算法。

伺服器與客戶端會利用交換而來的金鑰，建立一個僅由雙方知曉的唯一金鑰。這是透過金鑰衍生函式（KDF）來實現的。在金鑰衍生階段，WireGuard 採用 HKDF（或基於 HMAC 的 KDF），其高度安全的兩階段流程以及在金鑰長度方面的靈活性，使其在 VPN 路由方面具有優勢。此派生金鑰用於客戶端與 VPN 伺服器之間的對稱加密。

加密與驗證

在加密與驗證階段，WireGuard 採用 ChaCha20-Poly1305，這是 ChaCha20 流密碼與 Poly1305 訊息驗證碼的組合。此演算法效能極佳，通常比 AES-GCM 更快。

雜湊運算

雜湊是指在加密路由中，將任何大小的輸入資料轉換為固定長度的字元串的過程。轉換完成後，可利用生成的日期或「雜湊值」來判斷該資料封包在傳輸過程中是否曾遭篡改或變更。如果是這樣，收件者所看到的雜湊值將與發件者所看到的不同。 WireGuard 採用 Blake2 作為其雜湊函數，其運算速度較先前標準（例如 SHA-1 和 SHA-2）更快且更為優化，且其安全性被認為與 SHA-3 等先進標準相當。

運輸

傳輸層負責將您的流量資料轉為加密封包，以便透過網際網路傳送。 WireGuard 會使用使用者資料包協定（UDP）來封裝加密資料。此通訊協定可實現快速且安全的資料傳輸。它不使用 TCP，因為在 VPN 網路中，TCP 的效率較低，這是由於資料開銷較大以及已知的問題（「TCP 崩潰」）所致。

路由

當您的資料在裝置上經過 WireGuard 進行這項複雜但極為高效的 VPN 加密流程後，該流程既確保了預定收件者的真實性，也保障了資料封包的安全性，隨後資料便會被路由至 VPN 伺服器。此時，您的流量所使用的 IP 位址將被替換為 VPN 伺服器自身的公網 IP。

解密

由於是 VPN 伺服器負責將您的資料加密後傳輸至其伺服器，因此資料抵達該伺服器後，便會使用上述金鑰移除該層加密或進行解密。然而，假設您裝置與網頁上預定收件者之間的原始連線是透過 HTTPS 進行加密的，那麼應仍會保留一層加密，從而防止 VPN 窺見您的明文資料。一旦移除 VPN 加密，VPN 便能看到應將您的資料傳送至何處的最終目的地。由於預設已啟用 HTTPS 加密，您的網路流量將透過由 WireGuard 驅動的 VPN 進行端對端加密。

WireGuard 相容性

WireGuard 有時會因其相較於 OpenVPN 等其他協定，相容性較為有限而受到批評。但這種說法在很大程度上是被誇大了，它指的是特定的硬體相容性（例如路由器），而非作業系統。

• 作業系統：WireGuard 相容於大多數主流作業系統與裝置：Windows、Mac OS、Linux、Android、iOS 以及 BSD 的現代版本。

• 路由器：WireGuard 在硬體相容性方面存在一項問題，即它目前與許多 VPN 路由器的相容性，不如 OpenVPN 那樣廣泛。這並不令人意外，畢竟 WireGuard 問世至今才四年。隨著未來幾年新款路由器硬體陸續推出，Nym 預期這項相容性差距將迅速縮小。

WireGuard VPN 的優勢

速度

就 VPN 通訊協定而言，WireGuard 的速度非常快，比過去二十年來一直是業界標準的 OpenVPN 快了 50% 以上。精簡的程式碼庫

WireGuard 的程式碼極為精簡，總計僅有 4,000 行。相較之下，OpenVPN 的各版本約有 100,000 行程式碼。這使得 WireGuard 的效能極為流暢且高效。

高度安全性

WireGuard 採用最先進的加密演算法，並利用公鑰加密技術進行金鑰交換。這些加密標準目前尚無法被破解。此外，這套簡潔輕量的程式碼庫能大幅縮小潛在攻擊的攻擊面；相較之下，較複雜的 OpenVPN 若存在未被察覺的設定錯誤，則可能導致資料外洩或更嚴重的攻擊漏洞。

快速重連

WireGuard 採用無狀態設計，這意味著它無需維持對等節點間的持續連線狀態。此設計能無縫處理中斷情況，因為無需重新建立工作階段或連線狀態。一旦封包開始再次傳輸，WireGuard 便能從中斷處繼續運作。

開源

WireGuard 的程式碼是開源的，因此任何人都可以進行審計。然而，開源程式碼是否容易進行審計，取決於其規模大小。就此而言，WireGuard 因其程式碼庫小巧精簡而備受矚目。這不僅使該協議極為簡潔，還便於進行公開審計。

WireGuard VPN 的缺點

缺乏混淆處理

WireGuard 缺乏內建的混淆功能。此協議設計為一種簡單、快速且安全的 VPN 協定，著重於簡潔性與效能。然而，它並未包含用於混淆流量以隱藏正在使用 VPN 這一事實的功能。這意味著，WireGuard 的流量可能會被網路監控工具或進行深度封包檢測（DPI）的實體所識別。

其他工具可與 WireGuard 搭配使用，例如 Obfsproxy、Shadowsocks 或 Stunnel，藉此為 VPN 路由程序增添混淆功能。

並非所有 VPN 都內建此功能

市面上大多數的主流 VPN 目前尚未採用 WireGuard，而是數十年來一直使用 OpenVPN。這只是意味著，在 VPN 領域，WireGuard 的實戰經驗相對較少。然而，隨著越來越多的 VPN 開始整合 WireGuard，這種情況正迅速改變。

路由器不支援

目前，支援 WireGuard 的 VPN 路由器數量遠不及 OpenVPN 等技術，主要原因在於這些硬體設備是在 WireGuard 問世之前就已設計和編寫完成的。因此，Nym 預期未來幾年內，WireGuard 在路由器相容性方面將出現轉變。

WireGuard 協定與其他 VPN 協定的比較

WireGuard 並非市面上 VPN 所採用的唯一通訊協定，而這些協定之間的差異，對於 VPN 的效能以及用戶隱私而言，可能具有重大影響。

WireGuard 與 OpenVPN 比較

OpenVPN 是市面上絕大多數 VPN 所採用的通訊協定。該技術於 2001 年問世，已成為 VPN 加密路由領域中經過實證的業界標準。然而，WireGuard 與 OpenVPN 在效能方面存在顯著差異。請閱讀 Nym 對這兩種通訊協定的詳細比較。

OpenVPN：其優點在於能讓使用者和程式設計師靈活進行設定，並提供多種加密演算法可供選用。此外，它與 VPN 路由器的相容性也更廣泛，且在企業環境中更為常見。

WireGuard：速度遠快於 OpenVPN，資料開銷顯著較低，且安全性相當。

WireGuard 與 IPSec/IKEv2 之比較

IPSec（網際網路通訊協定安全性）與 IKEv2（網際網路金鑰交換第 2 版）是 used 來確保網際網路通訊安全的通訊協定。它們通常會搭配使用，形成 IPSec/IKEv2。

IPSec/IKEv2：與 OpenVPN 一樣，它支援多種加密協定，但資料開銷極大，其程式碼庫多達數十萬行。這可能會導致系統容易發生錯誤和設定錯誤，同時也使稽核工作更加困難。

WireGuard：操作更簡單且高效，但使用者無法選擇加密演算法。

WireGuard 與 PPTP 的比較

點對點隧道協定（PPTP）是最早期的 VPN 加密協定之一。該技術由微軟於 1990 年代中期推出，目前仍有部分舊版平台在使用。

PPTP：採用 MPPE（Microsoft 點對點加密）並搭配 RC4 加密演算法，依當今標準而言，此加密演算法被視為安全性較弱。然而，由於其設定過程相對快速且簡單，因此在速度比安全性更為重要的情境下，這或許會派上用場。 WireGuard：不僅速度極快，更採用最先進的加密演算法，因此完全無需像 PPTP 那樣在速度與安全性之間做出取捨。

WireGuard 與 L2TP 比較

L2TP（第二層隧道協定）是 PPTP 和 L2F（第二層轉發協定）的延伸。

L2TP：L2TP 本身並不提供加密功能，因此通常會與 IPsec 結合使用，以提供加密並確保傳輸資料的安全（L2TP/IPsec）。

WireGuard：由於 L2TP 不會加密使用者資料，因此將其與 WireGuard 進行比較並無意義。

WireGuard：推動去中心化網路的發展

談到線上隱私，WireGuard 之所以是一項如此令人振奮且重要的技術，在於它能夠為注重隱私的去中心化 VPN（dVPN）提供快速且安全的路由服務。

另一方面，傳統 VPN 的集中式與單伺服器架構，向來無法為使用者提供足夠的隱私保護。它們容易遭受資料外洩、配合大規模監控請求、為廣告商設置後門，以及將資料出售給中介商等問題。另一方面，dVPN 雖然前景看好，但速度卻是個問題。為了隱藏您的流量，您的資料必須經過的伺服器越多，整體速度就會越慢。對於傳送一封機密電子郵件而言，這或許不是什麼大問題，但對於全面的網路路由而言，這將成為一個問題。

WireGuard 是一項顛覆性的隱私解決方案：它提供了一種極其快速、高效且精簡的路由協定，讓使用者能在不大幅犧牲速度的前提下，享受多跳 dVPN 所提供的進階隱私保護。

NymVPN 選擇讓使用者自行決定。使用者可輕鬆切換至由 WireGuard 驅動的 2 跳 dVPN 模式，以獲得極其快速且私密的日常防護。或者，針對高度敏感的使用情境（例如訊息傳送和加密交易），使用者可以選擇由 Sphinx 協定驅動、無與倫比的 5 跳混合網路模式，該模式專為處理混合網路流量而設計。

在為您的隱私需求挑選最佳 VPN 時，請考慮採用 WireGuard 的去中心化網路，如何讓您無需犧牲隱私，也能輕鬆、快速地暢遊網路。