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File metadata and controls

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mieru 代理协议

为了满足不同场景的需要，mieru 提供了 TCP 和 UDP 两种不同的代理协议。由于 UDP 协议需要尝试更多次数的解密，TCP 协议比 UDP 协议更快。在大多数情况下，我们推荐使用 TCP 协议。

下面是 mieru 代理协议的具体讲解。如果没有特殊说明，所有数据以 big endian 的方式存储。

密钥生成方法

TCP 和 UDP 协议共用同一套密钥生成方法。

每一个 mieru 用户都需要提供用户名 username 和密码 password。从用户名和密码生成加密和解密使用的密钥，需要经历如下几步。

第一步，生成一个哈希密码 hashedPassword，其值等于 password 附加一个 0x00 字节再附加 username 得到的字符串的 SHA-256 校验码。

第二步，获取系统当前的时间 unixTime，其值等于 1970 年 1 月 1 日到现在经历的秒数。将 unixTime 的时刻四舍五入到最接近的 2 分钟，以 uint64 存储为一个 8 字节的字符串，取得该字符串的 SHA-256 校验码，记为 timeSalt。

第三步，使用 pbkdf2 算法生成密钥。其中，使用 hashedPassword 作为密码，使用 timeSalt 作为盐，迭代次数为 64，密钥长度为 32 字节，哈希算法为 SHA-256。

由于密钥依赖于系统时间，客户端和服务器之间的时间差不能超过 4 分钟。服务器最多需要尝试 3 组不同的时刻才能顺利解密。

mieru 协议允许使用任何 AEAD 算法进行加密。当前 mieru 版本只实现了 XChaCha20-Poly1305 算法。

数据段的格式

mieru 收到用户的网络访问请求后，会将原始数据流量切分成小段（fragment），经过加密封装发送到互联网上。每个数据段（segment）中的数据项（field）及其长度如下表所示。

padding 0 nonce encrypted metadata auth tag of encrypted metadata padding 1 encrypted payload auth tag of encrypted payload padding 2
? 0 or 12 or 24 32 16 ? size of original fragment 16 ?

这其中，encrypted metadata 和 auth tag of encrypted metadata 会出现在每一个数据段中，其它的数据项则不是必须的。padding 0, padding 1 和 padding 2 是随机生成的非加密内容，mieru 使用这些填充数据调节数据段的信息熵，以及连续可打印字符的长度等信息。

TCP 数据段的规则

使用 TCP 协议时，nonce 在 TCP 连接的每个方向（客户端到服务器、服务器到客户端）只会在第一个数据段出现一次。每传输一个数据段，会进行一次或者两次加密操作，得到加密的元数据，以及（如果有）加密的原始数据载荷。每进行一次加密，nonce 的值会增加 1，变更后的 nonce 将会参与下一组加密的计算。

把原始数据切分成小段时，单个小段的最大长度是 32768 字节。

UDP 数据段的规则

使用 UDP 协议时，每一个数据段都会包含 nonce，用来解密当前的数据段。

加密后的数据段必须能装入单个 UDP 数据包中。数据段在传输时的大小，不能超过当前网络的 MTU 值。网络的 MTU 值会决定把原始数据切分成小段时，单个小段的最大长度。

元数据的格式

每个数据段必定包含一个元数据。元数据的长度固定为 32 字节。当前 mieru 版本定义的元数据类型包含下面两种。

会话元数据

会话元数据（session metadata）中的数据项及其长度如下表所示。

protocol type unused timestamp session ID sequence number status code payload length suffix length unused
1 1 4 4 4 1 2 1 14

会话元数据用于下面四种 protocol type:

  • openSessionRequest = 2
  • openSessionResponse = 3
  • closeSessionRequest = 4
  • closeSessionResponse = 5

timestamp 的值设定为 1970 年 1 月 1 日到现在经历的分钟数。

如果一个数据段采用了会话元数据，该数据段可以用来传输最多 1024 字节的原始数据载荷。这个载荷的长度记录在 payload length 中。

suffix length 决定了 padding 2 的长度。

数据元数据

数据元数据（data metadata）中的数据项及其长度如下表所示。

protocol type unused timestamp session ID sequence number unack sequence number window size fragment number prefix length payload length suffix length unused
1 1 4 4 4 4 2 1 1 2 1 7

数据元数据用于下面四种 protocol type:

  • dataClientToServer = 6
  • dataServerToClient = 7
  • ackClientToServer = 8
  • ackServerToClient = 9

timestamp, session ID 和 sequence number 的定义和用法，与会话元数据相同。

sequence number, unack sequence number 以及 window size 用于流量控制。

prefix length 决定了 padding 1 的长度，而 suffix length 决定了 padding 2 的长度。

UDP Associate 的封装

mieru 支持使用 TCP 和 UDP 代理协议传输 socks5 UDP associate 请求。为了保留 socks5 UDP 数据包的边界，mieru 会对原始 UDP associate 数据包进行如下的封装：

marker 1 data length data marker 2
1 2 X 1

其中 marker 1 的值恒定为 0x00，data length 的值为 X，marker 2 的值恒定为 0xff。封装后的结果将作为原始数据交给 TCP 和 UDP 代理协议进行加密和传输。