Socks5代理服务器的原理以及具体实现 | 青训营

写在前面

本文是自己进入青训营以来的第七篇笔记，这次实操的项目是我自己之前鸽了很久的Socks5代理服务器项目，之前因为种种原因不是很想实操，而今痛下决心，一定要啃下这个项目的代码，本次实践参考的是字节青训营王克纯老师的ppt(‍⁢⁢⁣Go 语言上手 - 基础语法 .pptx - 飞书云文档 (feishu.cn)),那么让我们开始。

代理服务器简介

是网络信息的中转站，这是一种特殊的网络服务，简单来说使用IP代理可以更改用户的IP地址。代理IP是介于浏览器和Web服务器之间的一台服务器，如果使用代理IP，Request信号就会先送到代理服务器，并由代理服务器得到浏览器所需要的信息并传送到你的浏览器。

代理服务器的主要作用就是负责转发，转发合法的网络信息，对转发进行控制和登记；它可以组织内部针对特定网站进行访问控制；还能利用缓存技术减少网络带宽的流量。

Socks5代理简介

socks5协议是一款广泛使用的代理协议，它在使用TCP/IP通讯的前端机器和服务器机器之间扮演一个中介角色，使得内部网中的前端机器变得能够访问Internet网中的服务器，或者使通讯更加安全。SOCKS5 服务器通过将前端发来的请求转发给真正的目标服务器，前端和SOCKS5之间也是通过TCP/IP协议进行通讯，前端将原本要发送给真正服务器的请求发送给SOCKS5服务器，然后SOCKS5服务器将请求转发给真正的服务器。

工作的简单模型如下

client---->proxy(socks5)---->server

Socks5代理服务器的实现

接下来开始按照步骤，一步步地实现Socks5代理服务器

简易代理服务器

首先我们要在main函数里面监听一个端口，把自己电脑看成一个服务器，有下列代码

server, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:8080")
	if err != nil {
		panic(err)
	}

其中

1. net是Go中的一个包；
2. net.Listen("tcp","具体")监听的具体地址。

在此基础上，我们添加下列循环：

for {
		client, err := server.Accept()
		if err != nil {
			log.Printf("Accept failed %v", err)
			continue
		}
		go process(client)
	}

其中server.Accept()来接受建立连接的请求，连接成功后，用client变量来表示建立的连接，连接成功后，执行process这一进程，接下来开始写process函数。

func process(conn net.Conn) {
	defer conn.Close()
	reader := bufio.NewReader(conn)
	for {
		b, err := reader.ReadByte()
		if err != nil {
			break
		}
		_, err = conn.Write([]byte{b})
		if err != nil {
			break
		}
	}
}

其中defer conn.Close()作用为在函数退出时把连接关掉，以防资源泄露。

bufio.NewReader()用于创建一个缓冲的只读流。

再通过循环读取字节，再把每个字节写进去连接。

最终运行效果如图。输入hello,就会输出hello，即输入什么就会输出什么。

这样，一个简易的代理服务器就做好了。

服务器plus

第一形态 协商阶段

要先实现协议的第一步，我们可以对代码进行优化，把process函数的过程抽象成一个函数，然后在process中调用，协商阶段的逻辑是：浏览器给代理服务器一个包，包含三个字段：版本号、methods、每个methods的编号，先把版本号读出来，不符合就退出，然后开始读methods。

代理服务器返回一个回复，包括两个字段，版本号和method。 发送和返回的报文如下。

version	nmethods	methods
1	1	1 to 255

version	method
1	1

先将process函数调用的方法抽象成auth()

func process(conn net.Conn) {
	defer conn.Close()
	reader := bufio.NewReader(conn)
	err := auth(reader, conn)
	if err != nil {
		log.Printf("client %v auth failed:%v", conn.RemoteAddr(), err)
		return
	}
	log.Println("auth success")
}

auth函数中，先读版本号，不符直接退出。

ver, err := reader.ReadByte()
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("read ver failed:%w", err)
	}
	if ver != socks5Ver {
		return fmt.Errorf("not supported ver:%v", ver)
	}

下一步，读取第二个字节，读取成功再继续。

methodSize, err := reader.ReadByte()
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("read methodSize failed:%w", err)
	}

读取剩余字节。

method := make([]byte, methodSize)
	_, err = io.ReadFull(reader, method)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("read method failed:%w", err)
	}
	log.Println("ver", ver, "method", method)

到这里，协商阶段结束，我们可以来验证一下。 将curl --socks5 127.0.0.1:8080 -v http://www.qq.com输入命令行，可以发现无法正常连接。

*   Trying 127.0.0.1:8080...
* connect to 127.0.0.1 port 8080 failed: Connection refused
* Failed to connect to 127.0.0.1 port 8080 after 2051 ms: Couldn't connect to server
* Closing connection 0
curl: (7) Failed to connect to 127.0.0.1 port 8080 after 2051 ms: Couldn't connect to server

C:\Users\87488>curl --socks5 127.0.0.1:8080 -v http://www.qq.com
*   Trying 127.0.0.1:8080...
* connect to 127.0.0.1 port 8080 failed: Connection refused
* Failed to connect to 127.0.0.1 port 8080 after 2046 ms: Couldn't connect to server
* Closing connection 0
curl: (7) Failed to connect to 127.0.0.1 port 8080 after 2046 ms: Couldn't connect to server

但服务器端有输出。

ver 5 method [0 1]
auth success

侧面说明第一阶段成功。

第二形态 请求阶段

VER	REP	RSV	ATYP	BND.ADDR	BND.PORT
1	1	X'00'	1	Variable	2

1. VER socks版本，这里为0x05
2. REP Relay field,内容取值如下 X'00' succeeded
3. RSV 保留字段
4. ATYPE 地址类型
5. BND.ADDR 服务绑定的地址
6. BND.PORT 服务绑定的端口DST.PORT

这里也是依次读取这些字节，理论同第一步，直接上代码。

func connect(reader *bufio.Reader, conn net.Conn) (err error) {
	buf := make([]byte, 4)
	_, err = io.ReadFull(reader, buf)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("read header failed:%w", err)
	}
	ver, cmd, atyp := buf[0], buf[1], buf[3]
	if ver != socks5Ver {
		return fmt.Errorf("not supported ver:%v", ver)
	}
	if cmd != cmdBind {
		return fmt.Errorf("not supported cmd:%v", cmd)
	}
	addr := ""
	switch atyp {
	case atypeIPV4:
		_, err = io.ReadFull(reader, buf)
		if err != nil {
			return fmt.Errorf("read atyp failed:%w", err)
		}
		addr = fmt.Sprintf("%d.%d.%d.%d", buf[0], buf[1], buf[2], buf[3])
	case atypeHOST:
		hostSize, err := reader.ReadByte()
		if err != nil {
			return fmt.Errorf("read hostSize failed:%w", err)
		}
		host := make([]byte, hostSize)
		_, err = io.ReadFull(reader, host)
		if err != nil {
			return fmt.Errorf("read host failed:%w", err)
		}
		addr = string(host)
	case atypeIPV6:
		return errors.New("IPv6: no supported yet")
	default:
		return errors.New("invalid atyp")
	}
	_, err = io.ReadFull(reader, buf[:2])
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("read port failed:%w", err)
	}
	port := binary.BigEndian.Uint16(buf[:2])

	log.Println("dial", addr, port)
	_, err = conn.Write([]byte{0x05, 0x00, 0x00, 0x01, 0, 0, 0, 0, 0, 0})
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("write failed: %w", err)
	}
	return nil
}

第三形态 Relay阶段

建立TCP连接。

dest, err := net.Dial("tcp", fmt.Sprintf("%v:%v", addr, port))
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("dial dst failed:%w", err)
	}
	defer dest.Close()
	log.Println("dial", addr, port)

net包的Dial函数用于建立连接，第一个参数是连接类型，第二个参数是IP地址和端口。连接成功建立后，用dest变量表示，并打印日志。

实现数据的双向传输。确保双向数据传输完成后再进行下一步。

ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
	defer cancel()

	go func() {
		_, _ = io.Copy(dest, reader)
		cancel()
	}()
	go func() {
		_, _ = io.Copy(conn, dest)
		cancel()
	}()

	<-ctx.Done()

最终验证：curl --socks5 127.0.0.1:8080 -v http://www.qq.com

成功连接后命令行呈现出网页的html代码，服务器输出：

2023/08/14 11:37:09 dial 112.53.42.114 80

总结

这个项目总体来说还是非常有趣的，跟着老师的步骤一步步来，遇到不懂的地方进行查阅相关资料，极大地提升了自己对于网络连接的认知，非常感谢老师！