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100行代码实现基于 QUIC 的 http 代理

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在本站开启支持 QUIC 的方法与配置后，主观感觉从国内访问快了很多。看了一下Chrome的timing, 大部分建立连接都能够做到0-RTT：

既然这样，顺手实现一个基于QUIC的http代理，把平时查资料时使用的网络也顺带加速一下。(对了，前两天看到Google发布了Outline, 看来这项运动从来都不缺少运动员哪……)

http 代理原理

http 代理处理http和https请求的方式有所不同。对于http请求：

  1. 浏览器与代理服务器建立TCP连接后，将http请求发送给代理服务器。
  2. 代理服务器将http请求发送给目标服务器。
  3. 代理服务器获取到相应结果以后，将结果发送给浏览器。

这里有一个细节需要注意，浏览器向代理服务器发送的http请求URI与直接访问有所不同。

浏览器直接访问 GET http://www.yahoo.com 的http请求格式为：

GET / HTTP/1.1
User-Agent: Quic-Proxy
...

而向代理服务器发送的http请求格式为：

GET http://www.yahoo.com HTTP/1.1
User-Agent: Quic-Proxy
...

也就是浏览器想代理服务器发送的http请求URI中包含了scheme和host，目的是为了让代理服务器知道这个代理请求要访问的目标服务器地址。

对于https请求，一般是通过CONNECT建立隧道：

  1. 浏览器向代理服务器建立TCP连接，发送CONNECT请求。
  2. 代理服务器根据CONNECT请求中包含的host信息，向目标服务器建立TCP连接，然后向浏览器返回200连接成功的响应。
  3. 这时代理服务器同时维持着连接浏览器和目标服务器的TCP连接。
  4. 从浏览器的角度看，相当于建立了一条直连目标服务器的TCP隧道。然后直接在该隧道上进行TLS握手，发送http请求即可实现访问目标服务器的目的。

QUIC Proxy的设计与实现

QUIC Proxy 部署结构图

QUIC Proxy的部署结构与上面http代理原理稍微有所不同。主要区别是增加了qpclient。主要原因是应用程序与代理服务器支架的请求是明文传输（http请求代理是全明文，https请求代理时的CONNECT头会泄露目标服务器信息）。我们是要隐私的人（虽然小扎可能并不care），因此，在应用程序与qpserver之间加了一个qpclient，之间使用QUIC作为传输层。

实现

QUIC Proxy使用Go实现，猴急的同学可以直接到github看源码：Quic Proxy, a http/https proxy using QUIC as transport layer.

代码比较简单，基于标准库的http.Server根据http代理的原理进行了一点http请求的修改。然后，因为qpclient和qpserver之间使用QUIC作为transport，而QUIC上的每一个connection都是可以多路复用（multiplexing）的，因此，对于qpserver需要自己实现一个传入http.Server的listener：

type QuicListener struct {
    quic.Listener
    chAcceptConn chan *AcceptConn
}

type AcceptConn struct {
    conn net.Conn
    err  error
}

func NewQuicListener(l quic.Listener) *QuicListener {
    ql := &QuicListener{
        Listener:     l,
        chAcceptConn: make(chan *AcceptConn, 1),
    }
    go ql.doAccept()
    return ql
}

func (ql *QuicListener) doAccept() {
    for {
        sess, err := ql.Listener.Accept()
        if err != nil {
            log.Error("accept session failed:%v", err)
            continue
        }
        log.Info("accept a session")

        go func(sess quic.Session) {
            for {
                stream, err := sess.AcceptStream()
                if err != nil {
                    log.Error("accept stream failed:%v", err)
                    sess.Close(err)
                    return
                }
                log.Info("accept stream %v", stream.StreamID())
                ql.chAcceptConn <- &AcceptConn{
                    conn: &QuicStream{sess: sess, Stream: stream},
                    err:  nil,
                }
            }
        }(sess)
    }
}

func (ql *QuicListener) Accept() (net.Conn, error) {
    ac := <-ql.chAcceptConn
    return ac.conn, ac.err
}

同样的，qpclient向qpserver建立连接也需要考虑到多路复用的问题，实现实现一个基于QUIC的dialer:

type QuicStream struct {
    sess quic.Session
    quic.Stream
}

func (qs *QuicStream) LocalAddr() net.Addr {
    return qs.sess.LocalAddr()
}

func (qs *QuicStream) RemoteAddr() net.Addr {
    return qs.sess.RemoteAddr()
}

type QuicDialer struct {
    skipCertVerify bool
    sess           quic.Session
    sync.Mutex
}

func NewQuicDialer(skipCertVerify bool) *QuicDialer {
    return &QuicDialer{
        skipCertVerify: skipCertVerify,
    }
}

func (qd *QuicDialer) Dial(network, addr string) (net.Conn, error) {
    qd.Lock()
    defer qd.Unlock()

    if qd.sess == nil {
        sess, err := quic.DialAddr(addr, &tls.Config{InsecureSkipVerify: qd.skipCertVerify}, nil)
        if err != nil {
            log.Error("dial session failed:%v", err)
            return nil, err
        }
        qd.sess = sess
    }

    stream, err := qd.sess.OpenStreamSync()
    if err != nil {
        log.Info("[1/2] open stream from session no success:%v, try to open new session", err)
        qd.sess.Close(err)
        sess, err := quic.DialAddr(addr, &tls.Config{InsecureSkipVerify: true}, nil)
        if err != nil {
            log.Error("[2/2] dial new session failed:%v", err)
            return nil, err
        }
        qd.sess = sess

        stream, err = qd.sess.OpenStreamSync()
        if err != nil {
            log.Error("[2/2] open stream from new session failed:%v", err)
            return nil, err
        }
        log.Info("[2/2] open stream from new session OK")
    }

    log.Info("addr:%s, stream_id:%v", addr, stream.StreamID())
    return &QuicStream{sess: qd.sess, Stream: stream}, nil
}

好吧，我承认实现代码似乎在200行左右……但是，我们实现了一个client和一个server, 平均下来基本控制在100行左右，对吧……（?逃……）

部署

注：需要golang版本 >= 1.9

1. 在远程服务器上安装 qpserver

go get -u github.com/liudanking/quic-proxy/qpserver

2. 启动qpserver:

qpserver -v -l :3443 -cert YOUR_CERT_FILA_PATH -key YOUR_KEY_FILE_PATH

3. 在本地安装 qpclient

go get -u github.com/liudanking/quic-proxy/qpclient

4. 启动 qpclient:

qpclient -v -k -proxy http://YOUR_REMOTE_SERVER:3443 -l 127.0.0.1:18080

5. 设置应用程序代理：

以 Chrome with SwitchyOmega 为例:

Enjoy!