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v2simple's Introduction

V2Simple

该项目实现了一个简单版本的V2Ray。如果你对V2Ray等代理软件的运行机制很好奇,又没有时间研究其庞杂的实现,不妨关注此项目,核心代码不过100行,其余代码则是几个主要协议的具体实现。

目前实现了 VMess协议 的客户端和服务端以及一个简洁的路由,只需简单配置即可无缝对接如下配置的V2Ray客户端或者服务端:

以下V2Ray的功能暂不支持

  • VMess协议的AEAD认证以及动态端口
  • 多入口多出口路由
  • Mux/mKCP/WebSocket/H2等协议
  • 流量统计以及用户管理
  • DNS服务

接下来继续完成的功能点:

  • 支持 UDP over TCP
  • 支持 VLess

编译和使用

编译

要求 Go >= 1.14:

git clone https://github.com/jarvisgally/v2simple
cd v2simple && go build -o bin

客户端模式

客户端模式在本地启动一个socks5代理,对流量进行加密和伪装,随后转发到Q外的服务器上:

# 先将项目中的client.example.json复制到bin目录中,修改里面远程服务器的域名,并重命名为client.json
bin/v2simple -f client.json

服务端模式

服务器模式监听一个可以远程连接的接口,将流量还原为原始流量随后直接访问目标网站:

# 先将项目中的server.example.json复制到bin目录中,修改里面域名证书和私钥地址,并重命名为server.json
bin/v2simple -f server.json

配置文件

客户端模式client.example.json

{
  "local": "socks5://127.0.0.1:1081",
  "route": "whitelist",
  "remote": "vmesss://a684455c-b14f-11ea-bf0d-42010aaa0003@<fix-me>:443?alterID=4"
}

服务端模式server.example.json

{
  "local": "vmesss://[email protected]:443?alterID=4&cert=<fix-me>&key=<fix-me>&fallback=:80",
  "remote": "direct://"
}

其中local项标识本地服务的协议,remote项标识远端服务的协议,目前支持的协议:

  • socks5:仅服务端,用于监听本地的socks5代理请求
  • direct:直连
  • vmess:支持客户端和服务端
vmess://uuid[:alterId]@host:port?[&security=none|aes-128-gcm|chacha20-poly1305]
 - security:在服务端模式下是无需设置的,服务端会根据客户端的请求自动匹配
  • vmesss:使用tls的vmess,同样支持客户端和服务端,服务端还需要额外指定域名的证书和私钥地址
vmesss://uuid[:alterId]@host:port?[&security=none|aes-128-gcm|chacha20-poly1305][&fallback=:80]
 - security:在服务端模式下是无需设置的,服务端会根据客户端的请求自动匹配
 - fallback: 即使用http直接访问443端口会转跳到此地址

注:纯vmess的协议是是基于TCP的,不推荐裸奔;在例子中我们均使用了vmesss,即伪装成常规的https流量;这需要预先注册一个域名并申请TLS证书,具体做法可以参考这里

route项表示路由模式,目前支持如下模式:

  • whitelist:白名单模式,如果匹配,则直接访问,否则通过代理访问
  • blacklist:黑名单模式,如果匹配,则通过代理访问,否则直接访问
  • 空白:不做匹配,全部流量通过代理访问

目前项目中仅包含whitelist,每一行是一个域名、IP或者CIDR,来自V2Ray的geosite:cngeoip:cngeoip:private


核心代码

V2Ray的调用栈大致如下,层层叠叠的调用导致代码比较复杂,此处仅供参考:

+ InboundHandler.Start() - 入口启动
+   Worker.Start() - 启动TCP和UDP监听,并持续等待连接
+     Server.Process()
+       Server.processTCP() & Server.handleUDPPayload() - 处理连接
+       Server.transport() - 调用后续的路由和传输逻辑
+         DefaultDispatcher.Dispatch() - 路由逻辑
+           Router.PickRoute() - 选择Outbound
+             OutBoundHandler.Process() - 出口处理
+               Dailer.Dailer() - 连接远端并转发流量

更详细的说明请参考 V2Ray源码分析

作为对比,V2Simple的核心逻辑都在main.go中,通过三个go关键字,比较简单的就实现了支持多个连接的流量转发逻辑:

+ 启动TCP监听 - net.Listen
+   持续等待连接 - go for listener.accept
+     处理连接 - go server.handshake -> route -> client.handshake
+       转发 - go io.copy

具体代码如下:

// 开启本地的TCP监听
listener, err := net.Listen("tcp", localServer.Addr())
if err != nil {
    log.Printf("can not listen on %v: %v", localServer.Addr(), err)
    os.Exit(-1)
}
log.Printf("%v listening TCP on %v", localServer.Name(), localServer.Addr())
go func() {
    for {
        lc, err := listener.Accept()
        if err != nil {
            errStr := err.Error()
            if strings.Contains(errStr, "closed") {
                break
            }
            log.Printf("failed to accepted connection: %v", err)
            if strings.Contains(errStr, "too many") {
                time.Sleep(time.Millisecond * 500)
            }
            continue
        }
        go func() {
            defer lc.Close()
            var client proxy.Client

            // 不同的服务端协议各自实现自己的响应逻辑, 其中返回的地址则用于匹配路由
            // 常常需要额外编解码或者流量统计的功能,故需要给lc包一层以实现这些逻辑,即wlc
            wlc, targetAddr, err := localServer.Handshake(lc)
            if err != nil {
                log.Printf("failed in handshake from %v: %v", localServer.Addr(), err)
                return
            }

            // 匹配路由
            if conf.Route == whitelist { // 白名单模式,如果匹配,则直接访问,否则使用代理访问
                if matcher.Check(targetAddr.Host()) {
                    client = directClient
                } else {
                    client = remoteClient
                }
            } else if conf.Route == blacklist { // 黑名单模式,如果匹配,则使用代理访问,否则直接访问
                if matcher.Check(targetAddr.Host()) {
                    client = remoteClient
                } else {
                    client = directClient
                }
            } else { // 全部流量使用代理访问
                client = remoteClient
            }
            log.Printf("%v to %v", client.Name(), targetAddr)

            // 连接远端地址
            dialAddr := remoteClient.Addr()
            if _, ok := client.(*direct.Direct); ok { // 直接访问则直接连接目标地址
                dialAddr = targetAddr.String()
            }
            rc, err := net.Dial("tcp", dialAddr)
            if err != nil {
                log.Printf("failed to dail to %v: %v", dialAddr, err)
                return
            }
            defer rc.Close()

            // 不同的客户端协议各自实现自己的请求逻辑
            wrc, err := client.Handshake(rc, targetAddr.String())
            if err != nil {
                log.Printf("failed in handshake to %v: %v", dialAddr, err)
                return
            }

            // 流量转发
            go io.Copy(wrc, wlc)
            io.Copy(wlc, wrc)
        }()
    }
}()

VMess协议

VMess协议 是V2Ray的原创协议,主要解决了两个问题:

  • 用户的鉴权
  • 数据的加密

本质上是对流量增加了一层编解码的逻辑,在Q看来是未知协议的TCP连接,此乃最大特征,至少在敏感时期就可以轻易被Q阻断,因此一般建议配合TLS或者WS来使用。

此处简述 VMess协议 中的「标准格式」的数据传输方式,即指令部分的Opt为0x01时的处理方式:

  1. 客户端将原始的请求加密为 认证信息 + 指令部分 + 数据部分
    1. 认证信息为16字节,使用用户id和时间戳生成,服务端通过此认证信息匹配用户,并且判断是否存在来自Q的 重放攻击
    2. 指令部分比较复杂,主要包含:
      1. 响应认证 - 服务端使用此认证作为头部将加密后的响应数据返回
      2. 原始请求的协议和目标地址 - 服务端以此访问目标地址
      3. 数据部分的对称加密算法和相关密码 - 服务端以此解密请求数据,并以同样的参数加密响应数据
      4. 将整个指令部分加密
    3. 数据部分包含:
      1. 实际的请求数据被分割为若干个小块,每个小块由2个字节的长度和数据包组成
      2. 每个数据包都会使用指令部分的相关参数进行加密
  2. 服务端接受到请求
    1. 校验请求的认证信息
      1. 检测用户是否存在
      2. 处理重放攻击等
    2. 如果认证通过,解密指令部分可获得:
      1. 响应认证
      2. 原始请求的协议和目标地址
      3. 数据部分的解密方法
    3. 解密数据部分,并以此访问目标网站
    4. 对目标网站的响应数据进行加密,生成加密后的响应数据包,主要包括:
      1. 响应认证
      2. 使用与请求同样的方法加密后的响应数据
  3. 客户端接收到加密后响应数据
    1. 校验响应认证
    2. 使用与请求一样的数据解密响应数据,并返回给浏览器

上述1.i的认证信息生成方式如下,为16字节的hash值:

H = MD5
K = 用户ID
M = UTC时间,精确到秒,取值为当前时间的前后30秒随机值
Hash = HMAC(H, K, M)

服务端会运行一个协程,不断的对已经注册的用户id生成前后120秒内的所有hash值,以此校验认证信息是合法的,这也是V2Ray要求客户端和服务器的时间不能有太大误差的原因。

上述1.ii的指令部分格式如下:

1 字节 16 字节 16 字节 1 字节 1 字节 4 位 4 位 1 字节 1 字节 2 字节 1 字节 N 字节 P 字节 4 字节
版本号 Ver 数据加密 IV 数据加密 Key 响应认证 V 选项 Opt 余量 P 加密方式 Sec 保留 指令 Cmd 端口 Port 地址类型 T 地址 A 随机值 校验 F

上述1.iii的数据部分被分割成小块,每一个块的数据格式如下,其中数据包由指定的加密算法加密:

2 字节 L 字节
长度 L 数据包

参考

该项目参考了如下资源:

  • 你也能写个 Shadowsocks ,当前项目参考了里面关于SOCKS5协议的实现;如果标题党一下,本文或许也可改为「你也能撸一个 V2Ray」吧
  • Clash ,VMess的客户端部分
  • V2Ray

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