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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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  • Elijah

    在学校上个网太难了…折腾的心累,还好家里有公网ip,多出来的设备直接全局代理到家里宽带去了

    3年前 回复
    • learningman博主

      @Elijah: 最简单也最有效的办法,但是我觉得这样不稳定

      3年前 回复
      • keith

        @learningman: 怎么全局代理到家里宽带,求教程

        3年前 回复
        • learningman博主

          @keith: 找VPN相关的关键字,这个不难的
          主要是你家里要有公网IP

          3年前
    • keith

      @Elijah: 怎么全局代理到家里的宽带?

      3年前 回复
      • akuma

        @keith: 简单来说,就是在家里搭一个代理服务器,然后把包通过隧道扔回家里,解包后在转发

        1年前 回复
  • 星念

    编译一直出错啥情况…大佬你用的哪个源?

    3年前 回复
    • learningman博主

      @星念: 你直接告诉我出啥错更好。。。

      3年前 回复
      • 星念

        @learningman: 实际上我在Github上发了,一直没看到回应(惨

        3年前 回复
        • learningman博主

          @星念: GitHub回你了
          有人发了issue没提醒的。。。我看不到

          3年前
  • Michael

    问过工信部,校园网他们鞭长莫及,他们暂时还管不到…

    3年前 回复
    • learningman博主

      @Michael: 据说是教育部的规定,要管控大学生上网行为

      3年前 回复
  • MoorLinmo

    Collected errors:
    * pkg_hash_fetch_best_installation_candidate: Packages for kmod-nfnetlink-queue found, but incompatible with the architectures configured
    * pkg_hash_fetch_best_installation_candidate: Packages for kmod-ipt-nfqueue found, but incompatible with the architectures configured
    * satisfy_dependencies_for: Cannot satisfy the following dependencies for iptables-mod-nfqueue:
    * kernel (= 5.4.83-1-bcec63334e7e0cf5b00898b585067140)
    * opkg_install_cmd: Cannot install package iptables-mod-nfqueue.

    这个安装不上去怎么办,我是k2p,openwrt的

    3年前 回复
    • learningman博主

      @MoorLinmo: 你内核的这两个模块编译出来相互不兼容,具体的原因我不知道为什么,这不是这个程序的问题。
      建议用官方的OpenWRT仓库,第三方的库版本没更新

      3年前 回复
      • MoorLinmo

        @learningman: 实际上我从官方openwrt仓库下载下来也是一样的问题

        3年前 回复
        • learningman博主

          @MoorLinmo: 那试试make clean?
          这个是iptables-mod-nfqueue炸了啊,我也不知道啥原因

          3年前
        • MoorLinmo

          @learningman: 然后我用–force-depends安装后,还是报错,但是他显示已安装,不知道这样ok吗?

          3年前
        • learningman博主

          @MoorLinmo: 试试吧,我觉得不太行。。。
          iptables-mod-nfqueue是内核模块,需要和内核版本严格对应到commit的
          我才看懂你在干啥,不要试着用opkg去装,从头编译吧
          装了这个你还差三个内核库呢

          3年前
      • MoorLinmo

        @learningman: 对了想问一下无线未关联有什么解决办法吗,网上试了好几个都不行,openwrt19.07

        3年前 回复
        • learningman博主

          @MoorLinmo: 这原因可太多了。。。驱动炸了,uci炸了,都有可能
          logread看日志找原因吧,找异常退出的玩意儿

          3年前
  • xoxo

    你好,大佬。修改什么地方,可以让这个程序开机自动启动,而不需要而外输指令。就是直接编译进固件,开机就默认运行,请指导下,谢谢。

    3年前 回复
    • learningman博主

      @xoxo: 认真看,文中说了`service ua2f enable`就行

      3年前 回复
      • xoxo

        @learningman: 不好意思,大佬,这个指令不知道在什么地方输入,因为要是直接安装ua2f.ipk文件到固件话 就是直接开始运行了,要是把他直接编译集成进固件,就没有运行,那个指令不知道要怎么用,不好意思,我不太懂这个。

        3年前 回复
        • learningman博主

          @xoxo: 你安装了不会自动运行啊,要`service ua2f start`才会开始运行
          就ssh输入执行呗,还能怎么搞

          3年前
  • Leaf

    安装后执行ua2f出现mnl_cb_run:Not supported,不知道问题在哪

    3年前 回复
    • learningman博主

      @Leaf: 再看一遍readme。。。我记得我专门警告了的

      3年前 回复
      • Leaf

        @learningman: 啊这,请问下编译内核时怎么样添加flag(

        3年前 回复
        • learningman博主

          @Leaf: 你先 make kernel_menuconfig
          然后 Networking support -> Networking options -> Network packet filtering framework (Netfilter) -> Core Netfilter Configuration -> NFQUEUE and NFLOG integration with Connection Tracking 打开
          或者你直接改 KCONFIG 文件也行
          这个是编译内核的选项,这个提示是说你内核不支持,ua2f本身不会有变化的

          3年前
        • Leaf

          @learningman: 好的非常感谢(顺便说下这评论系统半天发不出去.jpg)

          3年前
        • learningman博主

          @Leaf: emmm 因为这个评论会发邮件通知我,是实时的,然后就阻塞了
          我不知道怎么在php上搞异步,就先这样吧(

          3年前
  • coruarua

    三周前开始天天被触发sangfor的封禁((

    3年前 回复
  • SunBK201

    mnl_cb_run 调用返回错误

    3年前 回复
  • corpa

    root@K2P:~# iptables -t mangle -A ua2f -m set –set nohttp dst,dst -j RETURN
    –set option deprecated, please use –match-set
    iptables v1.8.4 (legacy): Set nohttp doesn’t exist.

    root@K2P:~# iptables -t mangle -A ua2f -j NFQUEUE –queue-num 10010
    iptables v1.8.4 (legacy): unknown option “–queue-num”

    就这两个错误,不知道怎么整

    3年前 回复
    • learningman博主

      @corpa: 第一个是我的问题,启动的时候要手动创建一下ipset的set,我回头补上文档
      第二个是因为你没有NFQUEUE这个target,编译系统的时候记得加上

      3年前 回复
      • corpa

        @learningman: 我是跟着你的教程做的,iptables-mod-nfqueue那也是M,可是编译出来,就还是有第二个问题

        3年前 回复
        • learningman博主

          @corpa: 那我不知道了。。。我这帮不了你
          你最好找个你边上的会的人一步步看你操作

          3年前
        • corpa

          @learningman: 那谢谢了,希望能早点完善第一个问题: )

          3年前
        • corpa

          @learningman: 绝了,找到问题了,iptables版本是1.8.4,iptables-mod-nfqueue是1.8.7的,更新一下就好了xd

          3年前
  • corpa

    root@ImmortalWrt:~# iptables -t mangle -A ua2f -p tcp –dport 80 -j CONNMARK –set-mark 24iptables v1.8.7 (legacy): unknown option “–set-mark”Try `iptables -h’ or ‘iptables –help’ for more information.
    root@ImmortalWrt:~# iptables -t mangle -A ua2f -m connmark –mark 23 -j RETURNiptables v1.8.7 (legacy): Couldn’t load match `connmark’:No such file or directoryTry `iptables -h’ or ‘iptables –help’ for more information.root@ImmortalWrt:~#

    我重新编译了一个固件,顺便把ua2f也写进去了,然后会有这些报错

    3年前 回复
    • learningman博主

      @corpa: Couldn’t load match `connmark’啊。。。
      你这没有iptables connmark模块

      3年前 回复
      • corpa

        @learningman: 大佬,我整好了,成功运行,顺便写了个教程,网址在这:https://blog.doreoom.com/736.html
        不能转载的话我就删了

        3年前 回复
        • learningman博主

          @corpa: 可以,顺便建议你重新编译一下,我刚刚做了一些性能上的优化

          3年前
        • corpa

          @learningman: OH! YES SIR!

          3年前
      • corpa

        @learningman: ua2f是不是有bug,我装了mwan3后它就不会正常工作

        3年前 回复
        • learningman博主

          @corpa: 设计原因,UA2f会在数据包上打一个标记,用来确定这个包的类型。mwan3也会做同样的事,而且用的标记点冲突了。

          3年前
      • corpa

        @learningman: 现在还是经常会有 :Exit at breakpoint 10,

        3年前 回复
        • learningman博主

          @corpa: 到GitHub提个issue,把完整日志发一下

          3年前
  • Coco

    大佬,这个不能单独编译么?(新人报道)我单独编译了下,还有内核,把刷好的OpenWrt更新了内核,也装好ua2f,但就是运行报了一页的mnl_cb_run:Invalid argument,是不可以这样么?

    3年前 回复
    • learningman博主

      @Coco: 没见过这个错误,我猜是libmnl版本低了,我是1.0.5

      3年前 回复
      • Coco

        @learningman: 好滴,谢谢大佬,我试着更新下

        3年前 回复
      • coco

        @learningman: 现在又成Operation not permitted了,试了好多遍,呜呜呜~~~~~

        3年前 回复
        • learningman博主

          @coco: 所以还是和系统一起编译吧。。。
          依赖libnetfilter-queue 1.0.5, libmnl 1.0.4

          3年前
        • Coco

          @learningman: 敢问大佬用的是官方源码么?还是L大?尽量跟你的保持一致(手动滑稽)

          3年前
        • learningman博主

          @Coco: 我用的是openwrt的最新,coolsnowwolf的lede好像libnetfilter-queue版本低了

          3年前
        • coco

          @learningman: 昨天用他的源码编译过一次固件,出错,也不知道是哪的问题,这么一说的话,我再去整整编译下固件,再次感谢

          3年前
  • coco

    真的是要枯了,完整的编译了固件,内核也设置了,正常刷固件,系统日志里边都是类似UA2F[7734]: UA2F has inited successful,但就是终端运行ua2f就显示mnl_cb_run: Operation not permitted

    3年前 回复
    • coco

      @coco: 也确定是libnetfilter-queue 1.0.5, libmnl 1.0.4

      3年前 回复
      • learningman博主

        @coco: 我觉得好像是你开了两个UA2F。。。
        如果已经有一个UA2F在运行了,第二个启动的确实是会报这个错误

        3年前 回复
        • corpa

          @learningman: 我看系统进程的时候就是显示有两个UA2F的进程…不知道正不正常。反正ua2f有时候会不正常运行

          3年前
        • learningman博主

          @corpa: 正常的,一个是工作进程,一个是监控进程

          3年前
        • coco

          @learningman: 虽然是报这个错误,我试了试但可以正常运行hiahiahiahia,校园网也没在掉了,大佬威武

          3年前
  • AL

    感谢校园网让我学会了这么多 。。。。。。一种植物

    3年前 回复
  • corpa

    额外规则那里,那些需要怎么配置呢,最近校园网好像更新了,前段时间都用的好好的,现在又检测出来了

    3年前 回复
    • corpa

      @corpa: ttl那个规则应该是这个吧:iptables -t mangle -A OUTPUT -j TTL –ttl-set 64
      PREROUTING我试了没效果啊

      3年前 回复
      • learningman博主

        @corpa: 这个按每个人自己的网络环境配置的,不建议直接抄

        不过我觉得你配错了。。。

        3年前 回复
  • 清梦

    ua还是没变,而且手机有网电脑没网
    日志显示
    Mon Apr 19 18:38:09 2021 user.notice : Try to start UA2F processor at [7701].
    Mon Apr 19 18:38:09 2021 user.notice : UA2F processor start at [7701].
    Mon Apr 19 18:38:09 2021 syslog.notice UA2F[7701]: Pipset inited.
    Mon Apr 19 18:38:09 2021 syslog.notice UA2F[7701]: UA2F has inited successful.
    Mon Apr 19 18:38:09 2021 syslog.err UA2F[7701]: Exit at breakpoint 10.
    Mon Apr 19 18:38:09 2021 user.err : Child sucide.

    3年前 回复
  • 锦七

    作者你好,我这里的网络用了你的那个ua2f确实能用了,但是只能维持一段时间,维持时间是随机的,还是会有无缘无故断网的事情发生

    3年前 回复
    • learningman博主

      @锦七: 你这段话没有给我提供任何信息。。。我不知道你是什么情况

      3年前 回复
  • 2732205112

    UA2F[3773]: Exit at breakpoint 10

    3年前 回复
  • 星念

    https://github.com/XingNian-www/UA2F_Build
    尝试用在云编译编译了下,感觉还行,有需要的可以一用

    3年前 回复
    • learningman博主

      @星念: mips的ipk release里就有,不用手动编译的

      3年前 回复
      • 星念

        @learningman: 我这个主要是用来直接编译固件,软件包不是还要依赖吗,而且还需要内核支持

        3年前 回复
  • danno

    打不开学校的认证页面有什么头绪吗,172开头的ip地址,“–dport 80 -j CONNMARK –set-mark 24”这个规则屏蔽就能打开了

    3年前 回复

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2020-11-29