用 Rust 实现一个替代 WebSocket 的协议
很久之前我就对websocket
颇有微词,它的确满足了很多情境下的需求,但是仍然有不少问题。对我来说,最大的一个问题是websocket
的数据是明文传输的,这使得websocket
的数据很容易遭到劫持和攻击。同时,WebSocket
继承自HTTP
协议,这既是它的优点同样也是弊端。
于是我便想着,有没有一种协议,既能保证既能继承websocket
的特性,还能保证数据安全的进行加密传输?我的确没能找到一个合适的协议,于是我就有一个大胆的想法,我为什么不能自己实现一个?
原本我是用Python
实现的,毕竟我对Python
比C/C++
更熟悉一些,我的确用Python
实现了一个版本,但是它的运行效率实在不能令我满意,实在是一坨答辩差强人意。于是我再三思考,又考虑了朋友的意见,我最后选择用Rust
来实现它。
首先声明我现在已经是一个虔诚的 不论如何,Rust
信徒。Rust
的确提供了比预期中更好的安全性、稳定性和高效性,在所有权、生命周期以及无损切片的作用下,大多时候你可以避免不必要的内存分配。在我进行基准测试的过程中,我发现。Python
异步并发的效率和Rust
单线程运行的效率差不多
为了保证数据安全性,我需要让连接在握手的时候完成密钥交换。但是作为一个新的协议,我必须还要考虑握手效率,一个笨重的协议不是我所想要的(事实上在最开始的时候它依旧这样,但所幸我解决了),同时我还需要保证这一步的密钥是安全的。
最开始我参考了TLS
协议,我使用RSA
算法来对密钥进行加密,还使用了Scrypt
,我发现我的握手效率及其不稳定,有时候能低到200ms
左右,有时候甚至能高达数千毫秒,我后来才意识到这是RSA
密钥的问题,因为我没有使用密钥池而是直接在请求被接入的时候再生成密钥。这个开销是巨大的。
除此之外,Rust
的RSA
密钥库被审计发现存在侧信道攻击(详情见 RustSec 官方资料)的重大漏洞,但是感觉维护者们已经摆烂了好吧千万别顺着网线打我,但是的确直到现在(距离我使用它已经经过了7个月),但是这个问题仍旧未能被解决。
于是我放弃了使用 rsa
crate 转而使用 elliptic-curve
和p256
这两个给 crate,采用ECDHE
算法来实现加密。最开始我使用 P256 曲线,但是后来我意识到p256
crate 的安全性同样是未得到审计的,这一点在p256
的官方文档中被声明了。
后来我再次放弃了使用p256
,转而使用ring
作为我的密码学原语库。实际上,ring
中有相当一部分使用了C
语言,但是由于Rust
和C
的高兼容性,这点暂时也无伤大雅。这里ECDHE
利用双曲线X2215
曲线反解的复杂性来确保密钥的安全性,它会在两端分别生成一对ECC
密钥,一个公钥和一个私钥。随后,两端会分别向对方传输自己的公钥,完成密钥交换。最后,我们可以利用两端自己的私钥和对方的公钥计算得到一个共享密钥。
实际上,这个时候我们的共享密钥仍然不是最终的密钥。我们使用高效安全的HKDF
密钥派生算法来产出一个16位的密钥,这个密钥就是我们最终用于AES
加密的密钥。
我们所使用的ECDH
本质上是利用ECC
密钥完成的,而ECDSA
远比RSA
更加快速,不论是从密钥对生成上还是加密效率上。尽管我们可以使用密钥池来规避RSA
的时间复杂度,但是这并不能降低开销。(实际上生成ECC
密钥所消耗的算法复杂度也比RSA
更低)
同时,为了防止在协议层被黑客利用协议漏洞实现网络攻击,我要求客户端首先发送请求和公钥,客户端必须要向服务端展现自己需要建立连接的诚意,否则这常常会被黑客利用和攻击。除此之外,考虑到 MTU 也就是最大传输单元的问题,我将数据包大小限定在1024
,这可以有效避免大文件在公网网络传输中的可能遇到的问题。
在修改后的基准测试中,我就已经在本地回环实现了稳定的10ms
以内的握手延迟,而这实际上只是更改了加密算法后的效率。后来我还优化了几处可能出现并发数据竞争以及一个最开始为了节约时间而使用了正则表达式实现一处功能的问题。在后来经过一段时间的基准测试之后,我已经将Oblivion
协议的本地回环握手延迟降低到0.5ms
也就是500μs
,这意味着在回环情况下,我只需要不到1ms
的时间就可以完成握手并建立一个全双工的通讯信道。
值得一提的是,我们其实也完全可以使用 TLS 来完成握手过程,但是 TLS 协议要求验证服务端证书的可信性,这一步对我们来说是不必要的,于是我为此自行拟定了一个握手协议。
在完成握手之后,我们在两端之间建立长连接,一个双端实现了端对端加密的通讯信道就已经建立了。由于它是面向全双工和安全传输的,我为它命名为Oblivion
。
由于我使用了 TCP
协议而不是 UDP
协议,这意味着我不需要将时间花费在重传上,因为TCP
是可靠的,它已经在系统层面为我们实现了这一点。而TCP
是面向流的协议,这意味着你可以像操作系统中文件的输入输出流一样(或者说终端的标准输入输出stdio
或iostream
更容易理解?)使用TcpStream
,而I/O
总线的输入和输出是独立的。那么我们便可以像WebSocket
一样进行全双工的数据传输了。
而在握手的时候我们已经在双端得到了一个安全的密钥,可以放松的用来做AES GCM
加密,那么在双端信道中写入读取均使用这个密钥作为加密解密的密钥,我们的数据在网络中就完全是密文传输了。
我借助 Rust
语言高并发和并发安全的特性,将这些过程封装成了一个 Rust Crate,并发布在了 crates.io 上。你可以像使用一个后端库一样来使用它,它就像一个使用了Oblivion
协议替代传统HTTP
协议的后端框架。你可以使用cargo add oblivion
来将我的库加入你的项目依赖中使用。
你可以轻松创建一个绑定在39
端口的Oblivion
服务端:
use anyhow::Result;
use oblivion::models::render::BaseResponse;
use oblivion::models::router::Router;
use oblivion::models::server::Server;
use oblivion::models::session::Session;
use oblivion::path_route;
use oblivion::types::server;
use oblivion_codegen::async_route;#[async_route]
fn welcome(sess: Session) -> server::Result {Ok(BaseResponse::TextResponse(format!("欢迎进入信息安全区, 来自[{}]的朋友!",sess.request.get_ip()),200,))
}#[tokio::main]
async fn main() -> Result<()> {let mut router = Router::new();router.route(RoutePath::new("/handler", RouteType::Path), handler);path_route!(router, "/welcome" => welcome);let server = Server::new("0.0.0.0", 7076, router);server.run().await?;
}
也可以轻松在客户端访问它:
use anyhow::Result;
use oblivion::models::client::Client;#[tokio::main]
async fn main() -> Result<()> {let client = Client::connect(&format!("127.0.0.1:7076{}", args[2])).await?;client.recv().await?.text()?;client.close().await?;Ok(())
}
相关的源码均已经在 GitHub 开源:https://github.com/noctisynth/oblivion-rust,欢迎使用、提 issue 和 PR。同样可以查阅Oblivion
的文档。
最后,如果我的文章或者项目对你有所帮助,作者舔着脸真诚地希望你能给我的项目点一个 Star,这是对我最大的鼓励!
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【JavaEE】Cookie和Session详解
一.Cookie 首先我们知道HTTP协议本身是’‘无状态’‘的, 这里的’‘无状态’指的是:默认情况下HTTP协议的客户端和服务器之间的这次通信,和下次通信之间没有直接的联系. 但是在实际的开发过程之中, 我们很多时候是需要知道请求之间的关联关系的. 例如登陆网站成功后,第二次访…...
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virtualbox安装unbuntu22.04
准备 virtualbox https://www.virtualbox.org/ ubuntu ios https://ubuntu.com/ 安装 等待安装结束即可,输入账号密码登录系统 远程连接发现失败,不过ping 外网可以访问 关闭虚拟机,选择工具,网络查看ip 选择虚拟机&#…...
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追踪WebKit的缺陷:深入探索Bug跟踪系统
🐛 追踪WebKit的缺陷:深入探索Bug跟踪系统 WebKit是一个活跃的开源项目,其开发过程中不可避免地会产生bug。为了有效地管理和修复这些缺陷,WebKit项目采用了一套成熟的bug跟踪系统。本文将详细介绍WebKit的bug跟踪系统是如何工作…...
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分布式数据库HBase:从零开始了解列式存储
在接触过大量的传统关系型数据库后你可能会有一些新的问题: 无法整理成表格的海量数据该如何储存? 在数据非常稀疏的情况下也必须将数据存储成关系型数据库吗? 除了关系型数据库我们是否还有别的选择以应对Web2.0时代的海量数据? 如果你也曾经想到过这些问题, 那么HBase将是…...
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数据分析如何在企业中发挥价值
数据分析如何在企业中发挥价值 数据分析的目的是什么为什么怎么做做什么 思考问题流程确认问题拆解问题量化分析 分析数据流程收集数据处理数据制作图表 全流程 数据分析的目的 是什么 通过数据量化企业当前的经营现状或业务事实,将业务细节转换为具体数据…...
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uniapp启动页面鉴权页面闪烁问题
在使用uni-app开发app 打包完成后如果没有token,那么就在onLaunch生命周期里面判断用户是否登录并跳转至登录页。 但是在app中页面会先进入首页然后再跳转至登录页,十分影响体验。 处理方法: 使用plus.navigator.closeSplashscreen() 官网…...
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唯一ID:雪花算法介绍与 Go 语言实现
介绍 snowflake 雪花算法可以在不依赖数据库的情况下,生成全局唯一的ID。雪花算法生成的ID是一个64位的整数,它由以下4部分组成: 时间戳:占用41位,精确到毫秒级,用于记录时间戳,差值形式可以使用69年。数…...
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五菱高管发文“明年更卷”,消费者:车市越卷,我越幸福
日前,上汽通用五菱品牌事业部副总经理周钘在社交平台上发文称,“2024年初至今,宝骏停掉了所有的市场费用。企业认为如果产品、市场、渠道三者节奏都不对则是‘白费’”,“虽然今年行业确实卷,明年会更卷,但我们所有准备”。周钘从车企的角度,说出了车市竞争的残酷。不仅…...
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Facebook:社交世界的接口
在当今数字时代,社交媒体已经成为了人们生活中不可或缺的一部分,而Facebook作为其中的巨头之一,扮演着至关重要的角色。本文将带您深入探索Facebook这张社交世界的画卷,全面了解这个令人着迷的平台。 起源与历程 Facebook的故事始…...
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Matlab|基于PMU相量测量单元进行电力系统电压幅值和相角状态估计
主要内容 程序采用三种方法对14节点和30节点电力系统状态进行评估: ①PMU同步相量测量单元结合加权最小二乘法(WLS)分析电力系统的电压幅值和相角状态; ②并采用牛顿-拉夫逊方法进行系统潮流计算,结果作为理论分…...
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Java(六)——抽象类与接口
文章目录 抽象类和接口抽象类抽象类的概念抽象类的语法抽象类的特性抽象类的意义 接口接口的概念接口的语法接口的特性接口的使用实现多个接口接口与多态接口间的继承抽象类和接口的区别 抽象类和接口 抽象类 抽象类的概念 Java使用类实例化对象来描述现实生活中的实体&…...
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SOL 交易机器人基本知识
有没有可以盈利的机器人? 是的,各行各业都有许多盈利机器人。在金融领域,交易机器人被广泛用于自动化投资策略并根据预定义的算法执行交易。这些机器人可以分析市场趋势并做出快速决策,从而可能带来可观的回报。同样,在…...
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docker-compose 映射端口失败! docker端口映射失败 ,docker映射只能使用老端口,映射无法使用
1. 现象 使用docker-compose 启动项目,发现映射端口出现问题,不能映射端口! 如图: 使用原来端口是可以使用的 2. 问题原因: 使用了docker-mode 为host模式,所以不能换端口,只能写为"8086:…...