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10 KiB

VLESS 协议

VLESS 是一个无状态的轻量传输协议,可以作为 Xray 客户端和服务器之间的桥梁。

Request & Response

1 字节 16 字节 1 字节 M 字节 1 字节 2 字节 1 字节 S 字节 X 字节
协议版本 等价 UUID 附加信息长度 M 附加信息 ProtoBuf 指令 端口 地址类型 地址 请求数据
1 字节 1 字节 N 字节 Y 字节
协议版本,与请求的一致 附加信息长度 N 附加信息 ProtoBuf 响应数据

VLESS 早在第二个测试版 ALPHA 2 时就已经是上述结构了BETA 是第五个测试版):

“响应认证”被替换为“协议版本”并移至最前,使 VLESS 可以升级换代同时消除了生成伪随机数的开销。混淆相关结构被替换为附加信息ProtoBuf并前移赋予协议本身可扩展性相关开销也极小gogo/protobuf),若无附加信息则无相关开销。

我一直觉得“响应认证”不是必要的ALPHA 时为了提升生成随机数的性能,还用 math/rand 替换 crypto/rand而现在都不需要了。

“协议版本”不仅能起到“响应认证”的作用,还赋予了 VLESS 无痛升级协议结构的能力,带来无限的可能性。 “协议版本”在测试版本中均为 0正式版本中为 1以后若有不兼容的协议结构变更则应升级版本。

VLESS 服务端的设计是 switch version即同时支持所有 VLESS 版本。若需要升级协议版本可能到不了这一步推荐的做法是服务端提前一个月支持一个月后再改客户端。VMess 请求也有协议版本但它的认证信息在外面指令部分则高度耦合且有固定加密导致里面的协议版本毫无意义服务端也没有进行判断响应则没有协议版本。Trojan 的协议结构中没有协议版本。

接下来是 UUID我本来觉得 16 字节有点长,曾经考虑过缩短它,但后来看到 Trojan 用了 56 个可打印字符56 字节),就彻底打消了这个念头。服务端每次都要验证 UUID所以性能也很重要VLESS 的 Validator 经历了多次重构/升级,相较于 VMess它十分简洁且耗资源很少可以同时支持非常多的用户性能也十分强悍验证速度极快sync.Map。API 动态增删用户则更高效顺滑。 https://github.com/XTLS/Xray-core/issues/158

引入 ProtoBuf 是一个创举,等下会详细讲解。“指令”到“地址”的结构目前与 VMess 完全相同,同样支持 Mux。

总体上ALPHA 2 到 BETA 主要是:结构进化、清理整合、性能提升、更加完善。这些都是一点一滴的,详见 VLESS Changes

ProtoBuf

似乎只有 VLESS 可选内嵌 ProtoBuf它是一种数据交换格式信息被紧密编码成二进制TLV 结构Tag Length Value

起因是我看到一篇文章称 SS 有一些缺点,如没有设计错误回报机制,客户端没办法根据不同的错误采取进一步的动作。 (但我并不认同所有错误都要回报,不然防不了主动探测。下一个测试版中,服务器可以返回一串自定义信息。) 于是想到一个可扩展的结构是很重要的,未来它也可以承载如动态端口指令。不止响应,请求也需要类似的结构。 本来打算自己设计 TLV接着发觉 ProtoBuf 就是此结构、现成的轮子,完全适合用来做这件事,各语言支持等也不错。

目前“附加信息”只有 Scheduler 和 SchedulerV它们是 MessName 和 MessSeed 的替代者,当你不需要它们时,“附加信息长度”为 0也就不会有 ProtoBuf 序列化/反序列化的开销。其实我更愿意称这个过程为“拼接”,因为 pb 实际原理上也只是这么做而已,相关开销极小。拼接后的 bytes 十分紧凑,和 ALPHA 的方案相差无几,有兴趣的可以分别输出并对比。

为了指示对附加信息Addons也可以理解成插件以后可以有很多个插件的不同支持程度下个测试版会在“附加信息长度”前新增“附加信息版本”。256 - 1 = 255 字节是够用且合理的65535 就太多了,还可能有人恶意填充),现有的只用了十分之一,以后也不会同时有那么多附加信息,且大多数情况下是完全没有附加信息的。真不够用的话,可以升级 VLESS 版本。

为了减少逻辑判断等开销,暂定 Addons 不使用多级结构。一个月前出现过“可变协议格式”的想法pb 是可以做到打乱顺序,但没必要,因为现代加密的设计不会让旁观者看出两次传输的头部相同。

下面介绍 Schedulers 和 Encryption 的构想,它们都是可选的,一个应对流量时序特征问题,一个应对密码学上的问题。

Schedulers Flow

中文名暂称:流量调度器2020-09-03 更新:中文名确定为“流控”),指令由 ProtoBuf 承载,控制的是数据部分。

我之前发现VMess 原有的 shake “元数据混淆”在 TLS 上完全不会带来有意义的改变,只会降低性能,所以 VLESS 弃用了它。并且,“混淆”这个表述容易被误解成伪装,也弃用了。顺便一提,我一直是不看好伪装的:做不到完全一样,那不就是强特征吗?做得到完全一样,那为什么不直接用伪装目标?我一开始用的是 SSR后来发现它只是表面伪装骗运营商就再也没用过了。

那么,“流量调度器”要解决什么问题?它影响的是宏观流量时序特征,而不是微观特征,后者是加密要解决的事情。流量时序特征可以是协议带来的,比如 Socks5 over TLS 时的 Socks5 握手 TLS 上不同的这种特征对于监测者来说就是不同的协议,此时无限 Schedulers 就相当于无限协议(重新分配每次发送的数据量大小等)。流量时序特征也可以是行为带来的,比如访问 Google 首页时加载了多少文件、顺序、每个文件的大小,多套一层加密并不能有效掩盖这些信息。

Schedulers 没必要像下面的 Encryption 一样整个套在外面,因为头部的一丁点数据相对于后面的数据量来说太微不足道了。

BETA 2 预计推出两个初级的 SchedulerZstd 压缩、数据量动态扩充。进阶操作才是从宏观层面来控制、分配,暂时咕咕。

Encryption

与 VMess 的高度耦合不同VLESS 的服务端、客户端不久后可以提前约定好加密方式,仅在外面套一层加密。这有点类似于使用 TLS不影响承载的任何数据也可以理解成底层就是从 TLS 换成预设约定加密。相对于高度耦合这种方式更合理且灵活一种加密方式出了安全性问题直接扔掉并换用其它的就行了十分方便。VLESS 服务端还会允许不同的加密方式共存。

对比 VMessVLESS 相当于把 security 换成 encryption把 disableInsecureEncryption 换成 decryption就解决了所有问题。目前 encryption 和 decryption 只接受 "none" 且不能留空(即使以后有连接安全性检查),详见 VLESS 配置文档。encryption 并不需要往外移一级,一是因为无法复用很多代码,二是因为会影响控制粒度,看未来的应用就明白了。

加密支持两类形式,一类是加密完全独立,需要额外密码,适合私用,另一类是结合已有的 UUID 来加密,适合公用。 (若用第一类加密形式,且密码是以某种形式公开的,比如多人共用,那么中间人攻击就不远了) 重新设计的动态端口可能会随加密同时推出,指令由 ProtoBuf 承载,具体实现和 VMess 的动态端口也会有很多不同。

套现成加密是件很简单的事情,也就多一层 writer & reader。BETA 3 预计支持 SS 的 aes-128-gcm 和 chacha20-ietf-poly1305 客户端的 encryption 可以填 “auto: ss_aes-128-gcm_0_123456, ss_chacha20-ietf-poly1305_0_987654”auto 会选择最适合当前机器的0 代表测试版,最后的是密码。服务端的 decryption 也是类似填法,收到请求时会逐一尝试解密。

并不是所有组合都需逐一尝试VMess 的加密分为三段,第一段是认证信息,结合了 UUID、alterId、时间因素第二段是指令部分以固定算法加密指令中含有数据部分使用的加密算法第三段才是重要的数据部分。可以看出VMess 的加解密方式实际上是多对一(服务端适配),而不仅是结合 UUID。但仅是结合 UUID 来加密也是件相对麻烦的事情,短时间内不会出,鉴于我们现在有 VMessAEAD 可用,也并不着急。若 VLESS 推出了结合 UUID 的加密方式,相当于重构了整个 VMess。

UDP issues

XUDPVLESS & VMess & Mux UDP FullCone NAT

客户端开发指引

  1. VLESS 协议本身还会有不兼容升级但客户端配置文件参数基本上是只增不减的。iOS 客户端的协议实现则需紧跟升级。
  2. 视觉标准UI 标识请统一用 VLESS,而不是 VLess / Vless / vless配置文件不受影响代码内则顺其自然。
  3. encryption 应做成输入框而不是选择框,新配置的默认值应为 none,若用户置空则应代填 none

VLESS 分享链接标准

感谢 a @DuckSoft 的提案!

详情请见 VMessAEAD / VLESS 分享链接标准提案