本文將示範如何透過Amazon Web Services來建立VPN伺服器，然後以手機和Raspberry Pi當作客戶端，連接至該伺服器來建立VPN連線，接著讓Raspberry Pi後端電腦可透過VPN與遠端設備進行連線，同時遠端行動裝置也能夠連入RPI後端的伺服器。
筆者曾撰文介紹如何使用Raspberry Pi結合行動門號來建立VPN連線。當時一直覺得遺憾，原因是行動網路取得的IP均為私有IP，無法作為VPN Server使用，故兩個行動門號無法直接建立VPN，必須透過其他具有公網IP的設備方能互相連線。
時至今日，雲端服務已非常成熟，可以在雲端建立VPN Server，並把兩個以上的行動網路設備連入該VPN Server，從而建立VPN網路。
在本文中，將示範如何使用AWS建立VPN伺服器，並使用手機與Raspberry Pi作為客戶端連接至該伺服器建立VPN連線，而且讓Raspberry Pi後端電腦可透過VPN與遠端設備進行連線，同時遠端行動裝置亦可連入RPI後端的伺服器。
測試架構說明
此次測試使用的架構圖如圖1所示，於AWS建置OpenVPN Server，在左邊的手機上安裝OpenVPN Connector，右側則使用4G分享器分享Wi-Fi給RPI使用，並在RPI上安裝OpenVPN Client及進行NAT等相關設定，使得後端的電腦可以連線至VPN並與遠端的手機進行連線，也讓遠端的手機可以連入架構圖右方RPI後端的伺服器。
圖1 測試架構圖。
建立AWS OpenVPN Server
接著，設定OpenVPN Server。登入AWS主控台後（網路上有許多AWS帳號申請的教學，就不再贅述），在此所要使用的是已經安裝及設定好的OpenVPN_AS（OpenVPN Access Server），因此要先進入Marketplace的頁面尋找適當的服務，如圖2所示。先進入AWS管理控制台的頁面，在尋找服務的部分，輸入「marketplace」，AWS Marketplace Subscriptions會自動浮現，然後點選它。
圖2 尋找AWS Marketplace Subscriptions。
Marketplace是一個軟體（伺服器）的市集，可以找尋別人做好的產品。由於目前還沒有訂閱其他軟體，因此需要先點選〔管理訂閱〕來新增訂閱，如圖3所示。
圖3 管理訂閱。
隨後，如圖4所示，在管理訂閱的視窗中點選「造訪『探索產品』」連結。
圖4 探索產品。
網頁右方將會出現搜尋視窗，在此輸入「openvpn」，輸入完成後按下〔Enter〕，才會送出查詢字串，如圖5所示。此處會有多筆輸出，其差異處在於可支援的設備數量，從5部、10部、25部，一直到最多的500部都有。由於此次只是測試用途，所以選擇第一筆，也就是能支援兩台設備的OpenVPN Access Server。
圖5 選擇OpenVPN Access Server。
網頁右上角會出現訂閱的確認按鈕，在此先不需考慮費用的問題（原因後述），直接勇敢地點選〔Continue to Subscribe〕，如圖6所示。
圖6 訂閱OpenVPN Access Server。
接著是使用規範，點選〔Accept Terms〕往下進行，如圖7所示。
圖7 同意使用規範。
然後，需要確認生效日期（Effective date）和失效日期（Expiration date），在此需要稍做等待，狀態會從Pending變成今天的日期，Expiration date會是N/A，日期出現後才可繼續下一步驟，如圖8所示。
圖8 確認使用期限。
在生效日期確認後，開始進行相關設定。點選同頁面右上角的〔Continue to Configuration〕，如圖9所示，開始設定VPN Server。
圖9 設定VPN Server。
終於要開始進入正題了。首先是選擇硬體的部分，由於這裡選擇的是最低階版本，因此硬體的部分無法選擇。軟體的部分，使用預設的2.8.5版本即可。步驟中最重要是Region的選擇，筆者試過幾個區域，其中以Asia Pacific（Tokyo）的回應時間最短（RTT小於150ms），因此就選擇Tokyo，如圖10所示。
圖10 選擇軟硬體及區域。
接著，點選右上角的〔Continue to Launch〕，進行軟體設定，如圖11所示。
圖11 進行軟體設定。
接著是重點中的重點，若很介意費用的部分，請務必小心不要選錯。在EC2 Instance Type的時候，請務必記得要修改成t2.micro！因為目前EC2的t2.micro有一年免費的優惠，可以先測試連線速度和品質是否滿意，如果不滿意就能夠停用它，減少一筆開銷，設定頁面如圖12所示。
圖12 選擇EC2 Instance Type。
如果是從已訂閱的OpenVPN頁面新增Instance，在選擇平台時就可以看到t2.micro有一年免費的方案，如圖13所示。t2.micro目前是Free tier eligible，簡單來說，可以免費使用12個月（在每個月750小時的使用量之內），如果只使用一部Instance，最多就是31 × 24 = 744小時，在免費的範圍中。
圖13 t2.micro一年免費的證明。
緊接著，繼續往下設定，Security Groups Settings不能用預設的default，否則之後會無法建立VPN連線，此處按下〔Create New Based On Seller Settings〕，如圖14所示。
圖14 選擇Security Group Settings。
點選後，在此項次下方會出現設定頁面，先看一下其內容，可以發現此規則開啟的Port包含TCP 22及TCP 443供管理之用，並開啟TCP 943、945及UDP 1194讓VPN連線使用。在視窗內的「Name your security Group」和「Description」部分，本次都輸入OpenVPN Server，接著按下〔Save〕按鈕。完成後的畫面，將如圖15所示。
圖15 設定Security Group。
最後，設定Key Pair Settings。此處的Key用途是為了可以SSH方式登入OpenVPN Server做一些基礎設定，此時點選圖16中的「Create a key pair in EC2」。
圖16 設定登入金鑰。
隨後，瀏覽器會自動開啟新頁籤。接著，在新頁面找尋並點選〔Create Key Pair〕，此處兩個按鈕擇一點選均可，如圖17所示。
圖17 建立金鑰。
然後，輸入金鑰的名稱，並按下〔Create〕。本例輸入的是mypassword，如圖18所示。在此要補充說明一下，經過幾次測試後發現，此頁面顯示有時英文有時中文，有時介面也長得不太一樣，但操作都滿直覺的，讀者應該可以自行克服。
圖18 輸入金鑰名稱。
接下來，瀏覽器會自動下載此金鑰，此例出現的檔名是mypassword.ppk，可用於PuTTY登入該伺服器，如圖19所示。
圖19 產生金鑰並自動下載。
再回到設定OpenVPN Server的主頁面，點選重新整理的圖示，此時應該會自動選擇「mypassword」，最後按下〔Launch〕按鈕，完成相關設定，如圖20所示。
圖20 設定Key Pair Setting並啟動機器。
設定AWS OpenVPN Server
接著要回到EC2的Dashboard，可以看到目前有一個Running Instances，稍做等待，等Instance State成為running之後，先把它的IP記錄下來，此例中為13.115.217.175，如圖21所示。之後，將使用PuTTY登入此IP進行OpenVPN Server相關設定。
圖21 取得實體IP。
緊接著，使用先前建立的金鑰登入伺服器。在此以PuTTY為例，在Host Name和Saved Sessions均輸入13.115.217.175，並按下〔Save〕按鈕，如圖22所示。
圖22 設定PuTTY。
然後，找到左側選單的Connection -> SSH -> Auth，並按下右側的〔Bowser〕按鈕，選擇剛剛下載的mypassword.ppk，如圖23所示。
圖23 讀取mypassword.ppk。
最後按下〔Open〕按鈕，就可以連線至該伺服器。初次連線時會有PuTTY Security Alert，按下〔是〕即可，如圖24所示。
圖24 將server host key加入registry。
另外補充說明一下，後續測試兩三次，下載的檔名有時是pem。如果是pem檔的話，須使用PuTTYgen轉換成ppk檔。讀取pem檔後，在另存新檔的Type of the key請選擇SSH-1（RSA），另存為ppk檔後再使用PuTTY進行連線，或者在Linux的機器上，執行下列指令進行連線：
chmod 400 mypassword.pem ssh -i mypassword.pem openvpnas@ 13.115.217.175
登入帳號請使用「openvpnas」，如圖25所示。
圖25 使用openvpnas帳號登入。
接著開始會有一連串的問題，它採取引導式一筆一筆詢問，基本上都按下〔Enter〕，使用預設值即可。比較重要選項如下：
Should client traffic be routed by default through the VPN? > Press ENTER for default [no]:
是否讓Client所有的流量都透過此VPN連出？此項問題端賴各公司的需求，有公司希望在連線至VPN的時候不讓用戶直接連外（可透過調整OpenVPN Server設定讓用戶無法連線至Internet），主要是避免資料外洩以及考量資訊安全，而其餘的部分，請用戶依自己的需求調整。
之後的示範是以預設值進行測試，若有調整的話（例如Port和網段），請依實況調整。
在完成openvpnas的初始設定後，最後要設定VPN使用者的帳號和密碼，先修改openvpn這個網頁管理者的帳號密碼：
sudo passwd openvpn
這個密碼請務必妥善保存，之後登入Web GUI進行管理及連線VPN時都會使用得到。
新增AWS OpenVPN Server使用者
接下來，將使用網頁瀏覽器開啟「https://13.115.217.175:943/admin」，進行使用者帳號及網路連通的設定。
登入時會有告警，點選〔進階〕按鈕，再點選繼續前往13.115.217.175網站（不安全），如圖26所示。
圖26 登入OpenVPN管理頁面。
然後，輸入帳號openvpn及登入密碼，接著點選〔Agree〕同意其License Agreement，即可登入。
登入之後，只須設定兩個部分，第一個是使用者。先點選左邊選單之「USER MANAGEMENT」裡面的「User Permissions」，然後如圖27所示在「Username」欄位輸入使用的名稱，此例中為「klting」，並按下More Settings的圖示按鈕來設定使用者密碼。
圖27 新增使用者並設定密碼。
緊接著，如圖28所示，在「Password」欄位輸入密碼，並拉至網頁最下方點選〔Save Settings〕。
圖28 設定使用者密碼。
第二個部分是要設定VPN Client彼此間可以互相連線。先點選選單中「CONFIGURATION」裡面的「Advanced VPN」，接著在右邊的網頁中找到「Inter-Client Communication」，並按下〔No〕按鈕，將之切換為「Yes」，如圖29所示，然後同樣拉至網頁最下方，按下〔Save Settings〕。完成VPN Client互連的設定之後，如圖30所示，回到「STATUS」裡面的「Status Overview」，按下〔Stop VPN services〕將它關閉，之後再啟動，讓它重新讀取設定檔。
圖29 設定VPN Client可互連。
圖30 重新套用設定檔重啟VPN Server。
手機連線至VPN Server
接下來，將示範如何從手機連線至OpenVPN Server並讓兩台手機互連。
理論上，iOS手機的操作方式應該與Android手機相去不遠，在此以iOS手機進行示範。
先在App Store搜尋並安裝OpenVPN Connect，下載安裝完成後將之開啟。如圖31所示，先在URL部分輸入「https://13.115.217.175（VPN Server的Public IP）」，然後點選「NEXT」，開始在手機上新增一筆Profile（設定檔）。
圖31 輸入VPN網址。
由於此App會登入網頁抓取必要資訊，因此會出現是否接受非正式憑證的詢問，點選「Accept」，如圖32所示。
圖32 接受非正式憑證。
App會登入OpenVPN頁面下載此用戶專屬的設定檔並匯入設備中，如圖33所示，在「Username」輸入剛才OpenVPN Server新增的「klting」，而「Password」輸入剛設定的密碼，隨後再點選「IMPORT」。
圖33 匯入設定檔。
接著會詢問是否將「OpenVPN」納管至手機的VPN設定，點選「允許」，如圖34所示。
圖34 將OpenVPN加入手機VPN設定。
然後，將詢問手機密碼，輸入密碼將之加入VPN設定，接下來在「Password」欄位輸入先前在OpenVPN Server設定之帳號klting的密碼，然後點選「OK」，操作過程如圖35所示。
圖35 設定連線密碼。
在連線建立後，可以看到相關連線資訊，比較重要的是「YOUR PRIVATE IP」，如果之後有連線至此設備的需求，這個就是要被連線的IP，其他資訊可參考圖36，包含使用的協定TCP或UDP，所使用的Port為443或1194等。
圖36 連線相關資訊。
然後，再找一支Android手機連線至VPN Server，帳號必須與先前登入的不同，此處使用「openvpn」這個帳號，建立連線之後，回到Web UI，點選「STATUS」裡面的「Status Overview」來查看目前狀態，如圖37所示，可以發現目前已有兩個使用者在連線中，由於當初訂閱時選擇的是預設支援兩部分裝置的伺服器，因此目前僅能容許兩個使用者連線，如圖37右下角所示。
圖37 查看目前連線設備數量。
接著點選「STATUS」裡面的「Current Users」，將可查看到目前用戶取得的IP，如圖38所示。從中可以發現，klting（iOS）手機取得的內部IP為172.27.232.3，而openvpn（Android）手機取得的內部IP是172.27.232.2。
圖38 查看目前連線設備內部IP。
接下來，從iOS手機去ping Android手機，以驗證兩者之間可透過VPN Server進行VPN連線，測試結果如圖39所示，兩者可正常連線。
圖39 確認終端設備可透過VPN連線。
結語
限於篇幅，本文分成上下兩集，下集文章將接著介紹如何透過RPI建立VPN連線，並將後端的設備也一併拉入VPN中，同時也會示範如何讓遠端的手機透過VPN連線，連至RPI後端的伺服器，開啟內部服務。
＜本文作者：丁光立，在ISP工作多年。對於Cisco設備較熟悉，除此之外也研究Linux，這幾年慢慢把觸角伸到資安的領域，並會在自己的blog（http://tiserle.blogspot.com/）分享一些實務上的經驗和測試心得。＞