Shadowsocks for Java

Preface

自從來了大陸之後，VPN 就是日常必需品，經過了多次的血淚測試，證實 PPTP=容易被檔 IP，L2TP=速度太慢，目光轉向了新寵 Shadowsocks（以下簡稱 SS），用起來也都很愉快方便，瀏覽器跟手機都有對應的 Client 端可以使用，但不知為何在我的手機上效率很容易下滑，於是就想 trace 手機版 soure code (shadowsocks-android)來找原因，但發現他需要採用 NDK 的方式來編譯，這跟我想的有些出入，我以為 Java 就可以搞定了，於是就促使了下面研究。

What’s Shadowsocks?

Shadowsocks 是個輕量化的自定義的 VPN 協定，封包格式是採用 Socks5 的 Header + 加密的 payload，其他細節可以參考網路上的其他說明。

Java shadowsocks client

trace shadowsocks server 程式後，覺得寫一個純 Java 的 Client 應該不難，就是搞懂 Socks5 的 Protocol + 加密資料後送出，然後等待回應，解密。於是乎，問題回到了為何 shadowsocks-android 要用 NDK 來編譯，可能是原作者不想重造輪子，所以直接拿現成的 C 實作來兜，我自己有個猜測（後述），但令我好奇的是也沒有人寫出完整的 Java Client，唯一的找到實作也被原作者捨棄了！？

想當然爾的，自己動手豐衣足食，正當覺得世界如此美好之時，Bug 隨之而來OOXX…只有第一次的 Request 會取得正確的 Response，之後的 Response 解密後都會是亂碼。在研究了七七四十九天後得到了以下的推論：

Java 加密跟 Shadowsocks Server 不相容（我使用的是 AES-256-CFB 加密）

Java 資料的加解密是有以下步驟，init、update、doFinal；而 SS 是把資料視為 Stream，除非 socket 中斷，不然就是一直處在 update 的步驟 (SS 用的是 OpenSSL)，讓我們來看看 Java 的 Code

updateCipherCore.java
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int update(byte[] input, int inputOffset, int inputLen, byte[] output,
           int outputOffset) throws ShortBufferException {
    // figure out how much can be sent to crypto function
    int len = buffered + inputLen - minBytes;
    if (padding != null && decrypting) {
        // do not include the padding bytes when decrypting
        len -= blockSize;
    }
    // do not count the trailing bytes which do not make up a unit
    len = (len > 0 ? (len - (len%unitBytes)) : 0);
    ....
}

這樣乍看之下也沒有太大的問題，But，人生就是有這個 But，AES 是 Block cipher，換言之資料的加解密是以 Block (128 bit) 為單位進行，在 Java 的實作中，所以如果資料長度不到 128 bit，呼叫 update，Java 會把長度不夠的資料存在 buffer，不吐資料出來，舉個例子：

SS                 Java Client         Browser         
 |(1)-------------> |                     |
 |                  |-----+               |
 |                  |(2)  |               |
 |                  |<----+               |
 |                  |                     |(3)
  1. SS 送出 5 bytes 給 Java Client
  2. Java Client 進行解密，但因為長度不夠把資料暫存了起來
  3. Browser 傻傻的在等待

兇手在這裡，unitBytes 的 AES 常數定義

len = (len > 0 ? (len - (len%unitBytes)) : 0);

所以就是這樣囉，江湖一點訣，說破不值錢。

最後我用了 Bouncy Castle 來繞過原生的 Java 限制。 可以在 Github 上找到我的 shadowsocks-java。

Why NDK?

差點忘了，為何 Android 版的需要用 NDK，撇去 SS client 的部分，我猜是因為沒有 Java 版的 tun2socks…XD

以上，打包收工。