对TCP连接被重置解决方案的探究

对TCP连接被重置解决方案的探究——跨过GFW通向自由网络的可行途径

2010年05月25日 星期二 上午 00:19

这个标题有点长——其实开始只想写破折号之前的部分，因为这种技术文章说的隐晦一点没有坏处，但又担心大家不明白是怎么回事，硬着头皮还是补上了后面的部分。

中 国的网络环境很复杂，同时中国也是对互联网高度控制的国家之一，当然仅限于大陆。而控制中国网民自由上网的网络海关正是大名鼎鼎的GFW（Great Fire Wall，长城防火墙），GFW的工作原理就是重置TCP连接，那么在此就不得不提一下TCP协议三次握手的简单原理。

根 据TCP协议的规定，用户和服务器建立连接需要三次握手：第一次握手用户向服务器发送SYN数据包发出请求（SYN, x:0），第二次握手服务器向用户发送SYN/ACK数据包发出回应（SYN/ACK, y:x+1），第三次握手用户向服务器发送ACK数据包发出确认（ACK, x+1:y+1），至此一个TCP连接建立成功。其中x为用户向服务器发送的序列号，y为服务器向用户发送的序列号。

现在 我们来谈谈GFW的工作原理。GFW负责监控全国的TCP连接，当发现敏感词时就会介入，将服务器发回的SYN/ACK包改成SYN/ACK, Y:0，这代表TCP连接被重置，用户便主动放弃了连接，提示连接失败。可以看出，其实GFW就是在欺骗用户，让用户误认为服务器拒绝连接，而主动放弃继 续与服务器连接。

因为GFW是工作在TCP协议层上，这看似坚不可破，可我们不应忽略的是，检测全国TCP连接可不是一个 简单的工作，即便是上千台的分布式计算机也未必有能力逐个TCP连接监控，那么GFW是如何做到的呢？很简单，GFW只在连接发起时监测第一个TCP连 接，这样就可大大提高GWF的工作性能。但就是这样一个提供性能的方法却给GFW留下了一个致命的漏洞，我今天探讨的方案也正是建立在这个漏洞基础上。

首 先我们正常发送SYN数据包到服务器进行第一次握手，之后服务器发回SYN/ACK到用户进行第二次握手，接下来，用户继续发送第一次握手时的SYN数据 包，此时GFW根据TCP协议规则认为本次TCP连接结束，停止了对本次TCP连接用户的监视，而服务器知道TCP连接尚未建立怎么会结束，所以忽略了这 个数据包而不受影响。但我们至此只完成了工作的一半，因为GFW是双向监视的，服务器依然被GFW监控，如果服务器能发回一个连接重置的数据包，GFW也 会停止对服务器的监视。虽说来容易，可服务器并不收用户控制，如何才能让服务器随用户的意愿发送连接重置数据包呢？根据TCP协议规则，如果用户发回的数 据包有错误，服务器就会发回连接重置数据包，前文提到，第三次握手时用户发送的ACK数据包应该是ACK: x+1:y+1，可如果用户发送的是ACK: x+1:y，那么服务器自然会发生连接重置数据包。当GFW收到这个包时，认为服务器也重置了此连接也就不再监视服务器了。但这个连接重置包被用户接收后 不能主动放弃连接，这样就需要用户忽略这个重置数据包，不过用户这边我们说了算，怎么搞都行。至此，GFW不再监视本次TCP的用户和服务器，双方可以自 由通信。

下面我再总结下这个TCP连接的过程：

用户-[SYN, x:0]->GFW-[SYN, x:0]->服务器{第一次握手}

用户<-[SYN/ACK, y:x+1]-GFW<-[SYN/ACK, y:x+1]-服务器{第二次握手}

用户-[RST, x:0]->GFW[认为用户TCP连接结束]-[RST, x:0]->服务器{忽略}

用户-[ACK, x+1:y]->GFW[停止监视用户]-[ACK, x+1:y]->服务器{判断是坏包}

用户{忽略}<-[RST, y:0]-GFW[认为服务器重置连接]<-[RST, y:0]-服务器{重置连接}

用户-[ACK, x+1:y+1]->GFW[停止监视服务器]-[ACK, x+1,y+1]->服务器{第三次握手}

这样，一个三次握手的过程被我们改成了六次握手，成功骗过了GFW，好戏正式开始了。

下 面再来谈谈GFW的一些事吧。GFW并不是我们想象中的那么强大，相反它漏洞百出，非常脆弱。因为GFW是基于分布式的，所以修补漏洞十分困难，如果 GFW更改监视规则而监视所有TCP数据包则会使性能大大降低。另外GFW会记录下访问过敏感信息的ip一段时间，使该ip无法继续与相应服务器连接，那 么这个记录ip的缓存区就一定有上限，自然就有溢出的可能，如果大量ip访问敏感信息，GFW就会因为这个缓存区溢出而无法检视其他的TCP。没错，这个 其实就是DDoS，2010年1月3日前后的“解封”也听说是与北京GFW被DDoS有关。听说GFW有学生参与，而这些筑墙的哈工大和北邮的同学们能力 不一，导致GFW模块质量参差不齐，这也是GFW存在漏洞的重要因素之一。

但最终技术无罪，只是技术被政治所利用才是最大的悲哀。其实不止是中国，美国用来做网络深度检测的CNCI，预算300亿美元，是GWF的多少倍。区别只在于中国的执事者做事太笨拙而又没有底线，导致普通人也能看出破绽。

最后，对这个方案的探索体现了人们对技术的热衷，而对FQ的研究则体现了人们对事实与自由的追求。而不论是从对技术热衷的角度还是从对事实与自由追求的角度，我都很愿意成为他们中的一员。

参考文献：

[1]深入理解GFW，http://gfwrev.blogspot.com/2010/03/gfw.html (墙外)

[2] “西厢计划”原理小解，http://blog.youxu.info/2010/03/14/west-chamber/

[3]简述TCP三次握手过程，并说明为什么要3次握手，http://hi.baidu.com/it_hawk/blog/item/d053ab346830783e5ab5f54e.html