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校园网路由器多设备伪装指北

请不要给 admin@learningman.top 发邮件,那个邮箱我一年检查一次的

因为近期的更新,此文章的内容已经部分失效,可以参照 https://sunbk201public.notion.site/sunbk201public/OpenWrt-f59ae1a76741486092c27bc24dbadc59 ,或者自行阅读源码

起因

因为工信部对大学生们的监督,国内的校园网有了一人一号的限制。在某些企业的变本加厉之下,甚至已经演变为了一设备一号。

但是我有一堆智能设备,没有一个网络环境无法使用。

调察

查了一些资料,加上自己的测试。基本可以确定我校所用的Dr.Com检测多设备的方式基本上就是检测 HTTP报文 里的 User-Agent 字段 。目前来说,现成的解决方案有Privoxy 或者由CHN-beta 开发的

但是以上都有一个缺点:他们只能处理从80端口发送的HTTP请求。无论是 Privoxyiptables 转发,还是 xmurp-ua 的挂载netfilter链,他们都没有考虑过对于HTTP 的识别,而是处理所有通过 80 端口的流量。

但是事实上,并不是所有的 HTTP 流量都是通过 80 端口发送的。比如手机 QQ 的图片传送,使用的是 HTTP 协议的同时,走的是 8080 端口。你可能会想,那我把那些端口也处理了不就好了吗?但是在非标端口上的行为并没有规定,这些端口上并不是只有 HTTP 流量。如果你把非 HTTP 的 TCP 流量转发到了代理服务器,结果就是这些连接都被阻断了(比如小爱同学)。

我曾经想过用一个叫做 sslh 的程序完成流量识别,作为代理服务器的前置代理,将识别出的 HTTP 流量转发到代理服务器。但是事实上这样效率很低,而且手动抓包,然后在防火墙里写上几十个端口,看起来也很蠢。

这样看来只有一个办法了——作为一个软件工程专业的学生,就应该自己写一个应用来处理这件事。

于是,就有了 UA2F

实验性项目
UA2F仍然是一个实验性项目,我不对此程序带来的可能的硬件损坏和人身伤害负责。

开源

技术细节

根据我日常生活的经验,学校使用的检测设备并不真正的去识别一个ua字符串,而是仅仅检测其中是否含有某个特定的子串。比如 Android 或者 iPhone 之类。所以我们只需要把所有的 UA 脱敏。在这里我选择将整个字符串全部替换成 F。

框架

我之所以没有使用 xmurp-ua 还有一个原因,这个程序在我的路由器上会随机引起内核挂起,只有强行重启路由器才能解决。这是因为这个程序是一个内核模块,他的任何错误都会连累到整个内核。

UA2F 解决了这个问题,因为它并不是一个内核模块。作为一个普普通通的用户程序,系统并不关心他的死活。

在防火墙中有一个 target 被称作 NFQUEUE,可以将防火墙接收到的包交由用户态程序进行处理。而它的参数 --queue-bypass,允许在用户态程序无响应时,直接放行所有的包。UA2F 使用这个来获取相应的包并进行处理。

当然这也是有代价的,在内核与用户态程序之间的通讯是需要时间和计算力的。我原本以为这会是一笔很大的开销,但是在实际的运行中看起来并没有那么糟糕。而且我相信,使用这种技术限制学生的上网行为的学校,大概也不会给校园网太高的带宽(逃)。

处理方式

在 TCP 连接建立起来以后,期望应该是第 1 个 TCP 报文中包含 HTTP 报文的首部。也就是说,我们只需要判断一个TCP包是否以 HTTP method 开头(如GETPOST),就可以得知这是不是一个 HTTP 报文。

事实上,这是一个极度简化的模型,有非常多的意外情况没有考虑到。但是他现在看起来工作良好。而且因为我们替换的是同等长度的字符串,所以服务端返回的 ACK 是可以接受的。这也就让我们可以不需要追踪整个连接来修改所有返回的 ACK。

当判断一个 TCP 包是一个 HTTP 报文以后,程序将会向下解析所有的头部字段,直到找到 UA 并替换为止。

修改后的包将会被放回防火墙队列中,继续进行原本应该进行的处理。

使用

写了一大堆东西,终于要讲到这个程序应该怎么用了。

首先,你要拥有一个你自己的路由器的编译环境。理论上 SDK 也是可以的。但是我推荐使用源码编译,这样可以免去很多无谓的小问题。

如果你已经把编译好的系统刷到你的路由器里了。你执行ua2f --version的时候,应该会看到版本号和编译配置,而不是 command not found

随后执行service ua2f start来将程序在后台启动。这个时候你应该可以通过路由器访问HTTP的网页,并且注意到自己的 User-Agent 已经被修改了。

推荐执行service ua2f enable来将ua2f设为开机启动。

这里提供一个查看自己UA的HTTP网址:http://ua.233996.xyz/

不是我搭的,不保证服务质量。但是就算想自己搭一个也非常简单。

大部分使用流量识别的校园网系统应该都是网页登录的(不排除特别惨的)。抓包写一个脚本,应该不会太难。

目前就我自己的使用体验来说,应该还算是比较稳定。之前只拦截 80 端口的时候,大概是半个小时登录一次。但是现在已经三个小时都没有再次登录过了。

额外规则

根据一些相关的论文,可以发现能够被检测到的流量特征并不只有 UA 这一项。事实上有很多流量特征,甚至是统计学上的方法,都可以发现路由器后的多设备。

下面这几条规则解决了 NTP,DNS 和 TTL 的问题,据说还能解决深信服的劫持问题。我向我们学校的网络中心咨询过,我们学校应该也是部署了深信服的设备的。但是我在实际中并没有见到被劫持的现象。
在实际使用中,我发现深信服防劫持依赖的字符串解析对性能的影响还是比较大的,是否使用自行斟酌。

其余规则期望的性能开销并不大,不会影响流量的转发。注意,其中的 ntp 规则,需要你在服务器本地有一个 ntp 服务器。而 DNS 规则也需要本地的Dnsmasq的相应配置。

不要照抄,至少先把路由器IP换成你自己的。

iptables -t nat -N ntp_force_local
iptables -t nat -I PREROUTING -p udp --dport 123 -j ntp_force_local
iptables -t nat -A ntp_force_local -d 0.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t nat -A ntp_force_local -d 127.0.0.0/8 -j RETURN
iptables -t nat -A ntp_force_local -d 192.168.0.0/16 -j RETURN
iptables -t nat -A ntp_force_local -s 192.168.0.0/16 -j DNAT --to-destination 192.168.3.1

iptables -t nat -A PREROUTING -p udp --dport 53 -j REDIRECT --to-ports 53
iptables -t nat -A PREROUTING -p tcp --dport 53 -j REDIRECT --to-ports 53

iptables -t mangle -A PREROUTING -j TTL --ttl-set 64
# iptables -I FORWARD -p tcp --sport 80 --tcp-flags ACK ACK -m string --algo bm --string " src=\"http://1.1.1." -j DROP

你可以在上文提到过的 CHN-Beta 的 Github 中找到一个修改 IPID 的软件包 rpk-ipid

缺点

这个程序有很多缺点。

之于xmurp-uaUA2F最大的改进就是它是一个用户态程序,可以方便的完成灾难恢复。

但是具体的灾难恢复机制呢?没写。

这个程序是一个单进程,单线程程序,所以期望性能非常非常低,路由器的羸弱性能更是雪上加霜。

非常理想化的 HTTP 检测机制。

这个程序是照着样例代码写的,我甚至没有完整地理解整个处理流程,应该有一些处理是不必要的。

结尾

在这里我想再一次感谢校园网,如果不是校园网,我可能不会有机会如此抓狂的去读一些底层的代码。

感谢 libmnllibnetfilter-quene 的开发者们,感谢 openwrt 社区,顺便 %Linus 。是他们慷慨地开放出这些源码,才让我们这些普通人有了能够进行这些操作的能力。

Zxilly

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  • lxhlll

    测试了一下,好像需要将 TTL 设置为 65 或者直接 –ttl-inc 1 才会表现为没有路由的样子,TTL 减一应该是在所有 iptables 执行完成之后。我是这么设置的:iptables -t mangle -A POSTROUTING -o eth0 -j TTL –ttl-set 65

    5 月前 回复
    • lxhlll

      @lxhlll: 又试了一下,不好意思,搞错了,我通过另一个设备无线校园网 ping 路由,中间是有一次路由转发的,因此63是正常的, –ttl-inc 1或者将TTL设为 65 实际是不对的,相当于将系统默认的 64 TTL改成 65 TTl

      5 月前 回复
  • Eaibee

    这个ua2f需不需要关闭turbo acc网络加速功能啊

    4 月前 回复

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校园网路由器多设备伪装指北
如何在一个部署了流量识别设备的校园网中使用路由器?
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2020-11-29