(转载)使用Android系统自带的VpnService截取流量 http://www.voidcn.com/article/p-ksuzgbjk-xp.html 时间 2016-09-07 标签 VpnService 栏目 Android 原文 http://blog.csdn.net/jsqfengbao/article/details/52462125
最近在做Android下的流量分析的一个功能,查阅了众多资料,在手机不用Root的情况下,可以设置代理,对流量分析。也可以使用Android系统提供的VpnService对流量进行截取。
关于VpnService的具体流程,下面进行简单介绍。
从Android 4.0开始,系统自带了一个在设备上建立VPN连接的解决方案,而且不需要root权限。关于VpnService系统自带的一个例子,可以参考系统自带的ToyVpn。这个是SDK源码里的一个例子。但这个例子是使用VPN进行远程连接的例子,对于流量分析功能,没有提到。要想使用VpnService进行抓包流量分析,需要对VpnService有详细的了解。
VpnService原理
这里我参考了博主Roland_Sun 的一篇博文,对VpnService进行了详细的分析。
或者可以参考书:ANDROID安全架构深究_(美)NIKOLAYELENKOV著;刘惠明,刘跃译;(美)JON SAWYER作序;里面对VpnService也讲解的比较详细。
在Android设备上,如果已经使用了VpnService框架,建立起一条从设备到远程服务器的VPN连接,那么数据包在设备上大致经历了如下四个过程的转换:
1、 应用程序使用Socket,将相应的数据包发送到真实的网络设备上,一般移动设备只有无限网卡,因此是发送到真实的Wifi设备上的。
2、 Android系统通过iptables,使用NAT,将所有的数据包转发到TUN虚拟网络设备上去,端口是tun0;
3、 VPN程序通过打开/dev/tun设备,并读取该设备上的数据,可以获得所有的转发到Tun虚拟网卡上的数据包。因为设备上的所有IP包都会被NAT转成源地址是tun0端口发送的,所以也就是说你的VPN程序可以获得进出该设备的几乎所有的数据(也有例外,不是全部,比如回还数据无法获得)。
4、 VPN数据可以做一些处理,然后将处理过后的数据包,通过真实的网络设备发送出去。为了防止发送的数据包再被转发到TUN虚拟网络设备上,VPN程序所使用的socket必须先被明确绑定到真实的网络设备上去。
代码实现:
要实现Android设备上的VPN程序,一般需要分别实现一个继承Activity类的自带UI的客户端和一个继承自VpnService类的服务程序
申明权限
要想让你的VPN程序正常运行,首先必须要在AndroidManifest.xml中显示声明使用:
“android.permission.BIND_VPN_SERVICE”权限。
客户程序实现
客户程序一般要首先调用VpnService.prepare函数:
Intent intent = VpnService.prepare(this);
if (intent != null) {
startActivityForResult(intent, 0);
} else {
onActivityResult(0, RESULT_OK, null);
}
目前Android只支持一条VPN连接,如果新的程序想建立一条VPN连接,必须先中断系统中当前存在的那个VPN连接。
同时,由于VPN程序的权利实在太大了,所以在正式建立之前,还要弹出一个对话框,让用户点头确认。
VpnService.prepare函数的目的,主要是用来检查当前系统中是不是已经存在一个VPN连接了,如果有了的话,是不是就是本程序创建的。
如果当前系统中没有VPN连接,或者存在的VPN连接不是本程序建立的,则VpnService.prepare函数会返回一个intent。这个 intent就是用来触发确认对话框的,程序会接着调用startActivityForResult将对话框弹出来等用户确认。如果用户确认了,则会关闭前面已经建立的VPN连接,并重置虚拟端口。该对话框返回的时候,会调用onActivityResult函数,并告之用户的选择。
如果当前系统中有VPN连接,并且这个连接就是本程序建立的,则函数会返回null,就不需要用户再确认了。因为用户在本程序第一次建立VPN连接的时候已经确认过了,就不要再重复确认了,直接手动调用onActivityResult函数就行了。
如果返回结果是OK的,也就是用户同意建立VPN连接,则将你写的,继承自VpnService类的服务启动起来就行了。
当然,你也可以通过intent传递一些别的参数。
服务程序实现
服务程序必须要继承自android.net.VpnService类:
public class MyVpnService extendsVpnService ...
VpnService类封装了建立VPN连接所必须的所有函数,后面会逐步用到。
建立链接的第一步是要用合适的参数,创建并初始化好tun0虚拟网络端口,这可以通过在VpnService类中的一个内部类Builder来做到:
Builder builder = new Builder();
builder.setMtu(...);
builder.addAddress(...);
builder.addRoute(...);
builder.addDnsServer(...);
builder.addSearchDomain(...);
builder.setSession(...);
builder.setConfigureIntent(...);
ParcelFileDescriptor interface =builder.establish();
可以看到,这里使用了标准的Builder设计模式。在正式建立(establish)虚拟网络接口之前,需要设置好几个参数,分别是:
1)MTU(MaximunTransmission Unit),即表示虚拟网络端口的最大传输单元,如果发送的包长度超过这个数字,则会被分包;一般设为1500
2)Address,即这个虚拟网络端口的IP地址;这个地址可以去查查,我参考的360流量卫士里面的地址为192.168..;好多也使用10.0.2.0;不确定,都可以试试。
3)Route,只有匹配上的IP包,才会被路由到虚拟端口上去。如果是0.0.0.0/0的话,则会将所有的IP包都路由到虚拟端口上去;
4)DNSServer,就是该端口的DNS服务器地址;
5)Search Domain,就是添加DNS域名的自动补齐。DNS服务器必须通过全域名进行搜索,但每次查找都输入全域名太麻烦了,可以通过配置域名的自动补齐规则予以简化;
6)Session,就是你要建立的VPN连接的名字,它将会在系统管理的与VPN连接相关的通知栏和对话框中显示出来
7)Configure Intent,这个intent指向一个配置页面,用来配置VPN链接。它不是必须的,如果没设置的话,则系统弹出的VPN相关对话框中不会出现配置按钮。
最后调用Builder.establish函数,如果一切正常的话,tun0虚拟网络接口就建立完成了。并且,同时还会通过iptables命令,修改NAT表,将所有数据转发到tun0接口上
这之后,就可以通过读写VpnService.Builder返回的ParcelFileDescriptor实例来获得设备上所有向外发送的IP数据包和返回处理过后的IP数据包到TCP/IP协议栈:
// Packets received need to be written tothis output stream.
FileOutputStream out = newFileOutputStream(interface.getFileDescriptor());
// Allocate the buffer for a single packet.
ByteBuffer packet =ByteBuffer.allocate(32767);
...
// Read packets sending to this interface
int length = in.read(packet.array());
...
// Write response packets back
out.write(packet.array(), 0, length);
ParcelFileDescriptor类有一个getFileDescriptor函数,其会返回一个文件描述符,这样就可以将对接口的读写操作转换成对文件的读写操作。
每次调用FileInputStream.read函数会读取一个IP数据包,而调用FileOutputStream.write函数会写入一个IP数据包到TCP/IP协议栈。
这其实基本上就是这个所谓的VpnService的全部了,是不是觉得有点奇怪,半点没涉及到建立VPN链接的事情。这个框架其实只是可以让某个应 用程序可以方便的截获设备上所有发送出去和接收到的数据包,仅此而已。能获得这些数据包,当然可以非常方便的将它们封装起来,和远端VPN服务器建立 VPN链接,但是这一块VpnService框架并没有涉及,留给你的应用程序自己解决。
还有一点要特别解释一下,一般的应用程序,在获得这些IP数据包后,会将它们再通过socket发送出去。但是,这样做会有问题,你的程序建立的 socket和别的程序建立的socket其实没有区别,发送出去后,还是会被转发到tun0接口,再回到你的程序,这样就是一个死循环了。为了解决这个问题,VpnService类提供了一个叫protect的函数,在VPN程序自己建立socket之后,必须要对其进行保护:
protect(my_socket);
其背后的原理是将这个socket和真实的网络接口进行绑定,保证通过这个socket发送出去的数据包一定是通过真实的网络接口发送出去的,不会被转发到虚拟的tun0接口上去。
好了,Android系统默认提供的这个VPN框架就只有这么点东西。
最后,简单总结一下:
1)VPN连接对于应用程序来说是完全透明的,应用程序完全感知不到VPN的存在,也不需要为支持VPN做任何更改;
2)并不需要获得Android设备的root权限就可以建立VPN连接。你所需要的只是在你应用程序内的AndroidManifest.xml文件中申明需要一个叫做“android.permission.BIND_VPN_SERVICE”的特殊权限;
3)在正式建立VPN链接之前,Android系统会弹出一个对话框,需要用户明确的同意;
4)一旦建立起了VPN连接,Android设备上所有发送出去的IP包,都会被转发到虚拟网卡的网络接口上去(主要是通过给不同的套接字打fwmark标签和iproute2策略路由来实现的);
5)VPN程序可以通过读取这个接口上的数据,来获得所有设备上发送出去的IP包;同时,可以通过写入数据到这个接口上,将任何IP数据包插入系统的TCP/IP协议栈,最终送给接收的应用程序;
6)Android系统中同一时间只允许建立一条VPN链接。如果有程序想建立新的VPN链接,在获得用户同意后,前面已有的VPN链接会被中断;
7)这个框架虽然叫做VpnService,但其实只是让程序可以获得设备上的所有IP数据包。通过前面的简单分析,大家应该已经感觉到了,这个所 谓的VPN服务,的确可以方便的用来在Android设备上建立和远端服务器之间的VPN连接,但其实它也可以被用来干很多有趣的事情,比如可以用来做防火墙,也可以用来抓设备上的所有IP包。
以上总结,大部分为Roland_Sun的精心总结。对VpnService分析的非常透彻,跟着博主的总结,基本上实现了上图中的(1)、(2)、(3)步骤,但所有的数据都被拦截在了自己搭建的服务器里面。想要实现第(4)步,即将拦截到的数据进行转发到真实的网卡上面,并获取到回传数据实现数据的流通程序,这个过程就有点复杂,这涉及到TCP、IP、UDP协议包的拆包、装包分析,将协议包数据拆开后,得到目的地址、源地址、源和目的端口号,并protect()下,将数据转发至真实网卡,实现数据的流通。
下面我仅提供一个1、2、3步骤的小demo VpnServiceDemo。中间的两个线程是拦截数据并抛出数据的过程,在日志打印就可以看到数据包的各种信息。第4步的工作量有点大,有精力的可以继续完成。