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透明代理汇总：Transparent Proxy All In One

记录项目预研 / 开发的若干细节

Posted by pandaychen on August 18, 2023

0x00 前言

本文汇总下笔者在调研透明代理（Linux 下的全流量代理网关）的一些技术学习与分享

0x01 代理的技术方案比较

TProxy

TProxy 是一种 Linux 内核模块，可以在 Linux 内核层面拦截网络数据并进行处理，从而实现透明代理。TProxy 可以在不改变源 IP 地址和端口的情况下，将数据包重定向到代理服务器（通常是监听在本机lo网卡上的进程）进行处理。TProxy 适用于 HTTP、HTTPS 等基于 TCP 协议的应用，但不支持 UDP 协议，TProxy 主要通过修改 iptables 和路由规则实现

Tun：虚拟网卡技术

TUN 是一种虚拟网络设备，可以将网络数据包通过用户空间程序进行处理，然后再发送到网络中。通过创建 TUN 设备，可以将网络数据包从内核层面转移到用户空间，从而实现透明代理。TUN 可以处理任何协议的数据包，包括 TCP/UDP 等。但是，TUN 需要在用户空间编写代理程序，相对比较复杂

NFQUEUE ：网络过滤器队列技术

NFQUEUE 是一种 iptables 和 ip6tables 的目标（an iptables and ip6tables target），将网络包处理决定委托给用户态软件。作为一种在 Linux 内核中实现的机制，允许用户空间程序与内核空间的网络堆栈进行交互。nfqueue 的主要目的是在用户空间中对网络数据包进行处理和过滤，然后决定是否允许数据包通过或者丢弃；nfqueue 的工作原理如下：

  • 注册：用户空间程序通过 libnetfilter_queue 库注册一个队列，该队列与内核中的一个特定 nfqueue 实例相关联。程序可以指定队列的编号和回调函数
  • 数据包捕获：内核中的 iptables（网络过滤器）或者 nftables（新一代网络过滤器）根据预先定义的规则将数据包发送到指定的 nfqueue 实例。这些规则可以基于数据包的来源、目的、协议等属性进行匹配
  • 用户空间处理：当数据包进入 nfqueue 时，内核将它们发送到关联的用户空间程序。程序可以对数据包进行任意处理，例如修改、丢弃或者允许通过
  • 决策：用户空间程序根据自己的逻辑做出决策，将对数据包的处理结果（允许通过、丢弃等）返回给内核。内核根据这个决策来处理数据包
  • 注销：当用户空间程序不再需要处理数据包时，它可以通过 libnetfilter_queue 库注销队列

iptables REDIRECT 重定向

iptables redirect 是一种基于 iptables 的透明代理技术。它通过更改数据包的目标地址，将数据包重定向到本地的代理服务器。代理服务器收到数据包后，需要进行 NAT（网络地址转换）操作，才能找到原始目标地址。这种方法会导致一定程度的性能损失

对比

  • nfqueue 提供了一种灵活的机制，允许用户空间程序对网络数据包进行深度检查和处理。这对于实现防火墙、入侵检测系统、网络监控工具等应用非常有用。
  • TProxy 适用于基于 TCP 协议的应用，使用相对简单
  • TUN 适用于任何协议的应用，但需要在用户空间编写代理程序，使用相对复杂

0x02 Review：Tproxy 构建透明代理

TProxy（Transparent Proxy）是内核支持的一种透明代理方式，于 Linux 2.6.28 引入。不同于 NAT 修改数据包目的地址实现重定向，TProxy 仅替换数据包的 skb 原本持有的 socket，不需要修改数据包标头，TPROXY 是一个 iptables 扩展的名称。

使用方式

  1. 由 --on-port/--on-ip 指定重定向目的地
  2. 由于没有修改数据包目的地址，在 PREROUTING 之后的路由选择仍会因为目的地址不是本机而走到 FORWARD 链。所以需要 ** 策略路由（ip rule）** 来引导数据包进入 INPUT 链
ip rule add fwmark 0x233 table 100
ip route add local default dev lo table 100

iptables -t mangle -A PREROUTING -p udp -j TPROXY --on-ip 127.0.0.1 --on-port 10000 --tproxy-mark 0x233
iptables -t mangle -A PREROUTING -p tcp -j TPROXY --on-ip 127.0.0.1 --on-port 10000 --tproxy-mark 0x233

用监听在 :10000 的 socket 替换数据包原 socket，同时打上 0x233 标记。设置策略路由，让所有带有 0x233 标记的数据包使用 100 号路由表。在 100 号表中设定默认路由走 lo 本地回环设备。而从本地回环设备发出的数据包都会被视作发向本机，也就避免了被转发出去

典型配置举例

1、clash（开源版）配合 tproxy

具体配置可以参考：a-clash-tproxy-gateway.md

核心 3 步：

1）开启转发配置，在网关机器上打开 ipv4 转发

echo net.ipv4.ip_forward=1 >> /etc/sysctl.conf && sysctl -p

2）设置 tproxy 配置，将本地路由放通，不走 clash

# ROUTE RULES
ip rule add fwmark 1 table 100
ip route add local 0.0.0.0/0 dev lo table 100

# CREATE TABLE
iptables -t mangle -N clash

# RETURN LOCAL AND LANS
iptables -t mangle -A clash -d 0.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t mangle -A clash -d 10.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t mangle -A clash -d 127.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t mangle -A clash -d 169.254.0.0/16 -j RETURN
iptables -t mangle -A clash -d 172.16.0.0/12 -j RETURN
iptables -t mangle -A clash -d 192.168.50.0/16 -j RETURN
iptables -t mangle -A clash -d 192.168.9.0/16 -j RETURN

iptables -t mangle -A clash -d 224.0.0.0/4 -j RETURN
iptables -t mangle -A clash -d 240.0.0.0/4 -j RETURN

# FORWARD ALL
iptables -t mangle -A clash -p udp -j TPROXY --on-port 7893 --tproxy-mark 1
iptables -t mangle -A clash -p tcp -j TPROXY --on-port 7893 --tproxy-mark 1

# REDIRECT
iptables -t mangle -A PREROUTING -j clash

3）开启 clash，clash 配置文件中需要打开 tproxy 配置

# Transparent proxy server port for Linux (TProxy TCP and TProxy UDP)
tproxy-port: 7893

4）作为网关服务器的额外配置

最后在局域网的 DHCP 服务器设置网关为该机器 IP 即可，也可以在希望走代理机器的网关设置为该机器 IP

0x03 v2ray

v2ray-core

非 tun 模式

同样使用 tproxy 进行，完整的配置过程，可以参考此文 透明代理入门

tun 模式

0x04 Clash.Meta && clash-plus-pro [Clash 二次开发]

鉴于 clash premium 不开源（开源版本不支持 tun 虚拟网卡功能），有如下二次开发版本：

Clash.Meta

功能强大且复杂：

1、代理模块

  • 支持出站传输协议 VLESS Reality/Vision 流控
  • 支持出站传输协议 Trojan XTLS
  • 支持出站传输协议 Hysteria
  • 支持出站传输协议 TUIC
  • 支持出站传输协议 ShadowTLS
  • 支持 PASS（跳过）规则
  • 主动健康检测 urltest/fallback（基于 tcp 握手，限定时间内多次失败会主动触发健康检测使用节点）
  • 支持策略组正则筛选
  • 允许 Provider 请求通过代理更新
  • Proxy-Providers 支持直接使用 V2rayN 等客户端的普通订阅
  • Relay 代理链支持 UDP over TCP
  • TCP 连接并发

2、规则模块

  • 支持规则 GEOSITE
  • 支持入站类型规则 IN-TYPE
  • 支持规则集 RULE-SET
  • 支持规则 SRC-PORT 和 DST-PORT 的多端口条件
  • 支持规则对 TCP / UDP 分别管控
  • 支持 Network 规则，支持匹配网络类型 (TCP / UDP)
  • 支持逻辑判断规则 (NOT / OR / AND)
  • 支持子规则集
  • 支持所有规则的源 IPCIDR 条件，只需附加到末尾即可
  • 支持 GEODATA MODE 切换，mmdb / dat
  • 支持切换 GEODATA LOADER 模式切换 , 普通 / 小内存模式
  • 支持 GeoSite 按需加载
  • 支持使用 geox-url 自定义的 GEOIP / GEOSITE 数据库下载地址

3、DNS 模块

  • 支持 Sniffer 域名嗅探器
  • 支持 Fallback-Filter 使用 Geosite
  • 恢复 Redir-Host 远程解析
  • 支持使用代理解析 ip
  • 支持使用 Policy 分流 DNS
  • 支持 DNS over HTTP/3
  • 支持 DNS over QUIC

4、TUN 模块

  • 支持 macOS、Linux 和 Windows
  • 内置 iptables, 无需手动配置
  • 内置 Wintun 驱动程序
  • 支持 gvisor / system / lwip 堆栈

可以使用工具 tpclash 来部署 clash，clash 配置文档 参考

配置文件如下：

# 需要开启 TUN 配置
tun:
  enable: true
  stack: system
  dns-hijack:
    - any:53
  #   - 8.8.8.8:53
  #   - tcp://8.8.8.8:53
  auto-route: true
  auto-redir: true
  auto-detect-interface: true

# 开启 DNS 配置, 且使用 fake-ip 模式
dns:
  enable: true
  listen: 0.0.0.0:1053
  enhanced-mode: fake-ip
  fake-ip-range: 198.18.0.1/16
  default-nameserver:
    - 183.60.82.98
  nameserver:
    - 183.60.82.98

proxies:
  - name: "http"
    type: http
    server: x.x.x.x
    port: 8080

rules:  #这里默认只使用一个代理
  - MATCH,http

0x05 Gost

0x06 tun2socks

Tun2socks 的原理是通过创建 TUN/TAP 设备，将本地应用程序的网络流量发送到用户空间进行处理，并通过代理服务器将数据包转发到目标服务器。通过设置转发规则，可以实现对不同应用程序的网络流量进行不同的处理，其核心过程如下：

tun2socks.png

  • TUN/TAP 设备：tun2socks 通过创建一个 TUN/TAP 设备，将本地应用程序的网络流量发送到该设备
  • 网络协议栈：Tun2socks 将 TUN/TAP 设备与本地网络协议栈连接起来，使得网络流量可以在用户空间进行处理。当本地应用程序发送数据包时，数据包首先会被发送到 TUN/TAP 设备，然后通过网络协议栈进行处理
  • 代理服务器：Tun2socks 可以将网络流量发送到指定的代理服务器，代理服务器可以是 HTTP 代理、SOCKS 代理或 Shadowsocks 代理等。当 Tun2socks 将数据包发送到代理服务器时，会对数据包进行加密或解密，确保数据的安全性
  • 转发规则：Tun2socks 可以根据用户的需求设置转发规则，将指定的应用程序的网络流量转发到指定的代理服务器。如可以将浏览器的网络流量转发到 HTTP 代理服务器，将其他应用程序的网络流量转发到 Shadowsocks 代理服务器

0x07 seeker

seeker 是基于 rust 实现的，通过使用 tun 来实现透明代理，实现了类似 surge 增强模式与网关模式

实现原理

seeker 参考了 Surge 的实现原理，使用了 fake-ip 模式，基本如下：

  1. seeker 会在本地启动一个 DNS server，并自动将本机 DNS 修改为 seeker 的 DNS 服务器地址

  2. seeker 会创建一个 TUN 设备，并将 IP 设置为 10.0.0.1，系统路由表设置 10.0.0.0/16 网段都路由到 TUN 设备

  3. 有应用请求 DNS 的时候， seeker 会为这个域名返回 10.0.0.0/16 网段内一个唯一的 IP

  4. seeker 从 TUN 接受到 IP 包后，会在内部组装成 TCP/UDP 数据

  5. seeker 会根据规则和网络连接的 uid 判断走代理还是直连

  6. 如果需要走代理，将 TCP/UDP 数据转发到 SS 服务器 / socks5 代理，从代理接收到数据后，再返回给应用；如果直连，则本地建立直接将数据发送到目标地址

0x08 surge（MAC）

0x09 参考

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