翻墙 | 道高一尺 墙高一丈：互联网封锁是如何升级的
新时代的防火墙像手术刀，精准迅速，直击命门。而“翻墙”未来可能变成一门手艺，如何传承，任重道远。1987年，中国第一封电子邮件由中国兵器工业计算机应用研究所发往德国，标志中国成功接入互联网。邮件内容是：“Across the Great Wall we can reach every corner in the world”——穿越“巨墙”（长城），我们无处不及。与这封邮件几乎同龄的我，没想到生活中竟总离不开“墙”。在物理世界和虚拟世界中多次穿墙，也去过世界各处，看“墙”越筑越高，有时义愤填膺，有时啼笑皆非。仅以此文，记录“墙”边的一些见闻。国家公共网络监控系统国家公共网络监控系统，俗称中国网络防火墙（The Great Fire Wall of China，常用简称“GFW”或“墙”）。一般意义所説的GFW，主要指中国官方对境外涉及敏感内容的网站、IP地址、关键词、网址等的过滤。随着使用的拓广，中文“墙”和英文“GFW”有时也被用作动词，网友所説的“被墙”即指被防火长城所屏蔽。2008年校园网：“连坐”惩罚2007年，我进入这所XX理工大学。它特别吊诡的设定是，大一不能带电脑，大二考过国家英语四级的人才可以带电脑。就这样，2008年秋天，我终于正大光明地连上校园网。千兆比特级别以太网直入国家主干网，中国电信、中国教育网双通道。这个规格，算是极高的。网速之快，前所未见；可是，总有一些网站访问不了。但这些小细节，终究不影响同学们DotA（一款基于Warcraft的对战地图）的热情。那个时候，我们愉快地上Google，查Wikipedia，学习西方先进科技。不时有好事者，会键入诸如“六四”、“胡萝卜”、“温度计”（网民用来形容胡锦涛与温家宝的指代用词）这样的神奇词汇，于是全校与Google失联十数分钟。每当到这个时候，室友们相视一笑，“哦，谁又撞墙了！”但打壶开水，泡一杯面，还不等吃完，就又可以Google了。那个时候的“墙”就好像霰弹枪，火力充足，但瞄不太准。一枪下去，打一大片，总是搞得“城门失火，殃及池鱼”。墙如何运作？一台机器要与互联网上的其他机器对话，需要一个IP地址，好比一个人需要身份证（ID），才能唯一标识一样。否则，你喊一句话，对方不知应该回话给谁。而IP地址的总量是有限的，就好比一个大小固定的蛋糕。美国入场早，切走一大块。接着列强瓜分。等到中国的时候，还剩下点面皮。而该理工大学在这轮“圈地运动”中，只得到2个IP地址，给全校数万师生共用。这下好了，一个IP后面几万人，究竟谁在干什么，从校外是看不清的了。早期的防火墙，只能粗糙地在IP级别上执行封锁，要管束，只能全盘封了整个学校的网络。但毕竟一所国家重点高校，不可能用这种方式来管理，但不封锁，又无法向监管部门交代。墙早期对用户的“连坐”惩罚策略。制图：金秋枫说到底，监管当局不乏能工巧匠，他们很快想出一个办法：封杀大约4千个连续的端口（Port）。如果我们把IP地址比作一栋房子 ，那么端口就是出入这间房子的门。不同于真正的房子只有几个门，一个IP地址的端口可以有65536（即2的16次方）个之多。端口在一定时期内是被内网的一个用户独占，于是数据包可以准确地回到始发地。不过，封一个端口不过瘾，只是撞墙者自己倒霉而已。试想，你好不容易把野马制服了，又会有一些原本安顺的良马变野，效果不佳。最好的办法就是让它成为害群之马，以做警示。所以，一旦内网某个用户登陆Google检索“敏感信息”，这意味着一个端口“撞墙”，“墙”就把接连着的约四千多个端口都封掉，令无辜群众也无法上网。这种断网的“连坐惩罚”短则几分钟，长则十几分钟，才能恢复服务。2010年北京：合租服务器翻墙3月，Google位于北京中关村的办公室楼下堆满了鲜花，网友以这种方式纪念因“遭受中国骇客攻击”和“网络审查”而决定退出中国市场的Google。“墙”这个概念越来越清晰，也进入了更多人的视野。2009年，Facebook和Twitter相继被封，昭示着中国政府通过防火墙阻隔国际互联网，建立“局域网”的决心——“局域网”是中国网民对墙内状况的戏称。“咱们合租一个VPS（Virtual Private Server）吧”，这是技术青年们见面经常谈到的话题，仅次于买房和买车。VPS即虚拟主机，向服务商租取一段时间使用权即可。以前，大家合租VPS，多是为了搭个博客，赶赶时髦。而现在，合租VPS，多是为了翻墙。墙外丰富多彩的世界吸引着年轻人。制图：金秋枫对这些年轻人来说，“翻墙”用Google检索最新资讯，使用垃圾邮件最少的Gmail，随时查询在线百科全书Wikipedia，通过Facebook、Twitter与同行保持密切的技术资讯沟通，就像呼吸一样自然。也有更多人翻墙是要选择不同服务器进行联网游戏，或下载最新的影视内容，“翻墙”就像玩猫和老鼠的游戏。VPS如何帮你翻墙？当你发一个数据包到Google或者Facebook时，防火墙可以直接识别目的IP地址而自动拦截。而前面提到的VPS，是虚拟主机，自己也有IP地址，但无公开记录其归属，难以确认是否是敌军。既然如此，我们把数据包先发到VPS，再由它中转到目的地，就成功绕开“墙”了。由于VPS的这种特性，它也被称作“跳板”。“跳板”是所有“翻墙”技术的共通原理。制图：金秋枫利用一个“跳板”绕过“墙”，正是许多翻墙软件的基本原理。曾经繁荣的翻墙软件“无界”、“自由门”，还有众多的“代理服务器”，包括后来更广泛应用的VPN（Virtual Private Network），都是借用跳板原理。VPN最早是用来帮助一个企业多地的办公室间互联，也可以让员工在异地进入公司内网，方便执行一些高权限的作业。这样一来，跨国公司天然就拥有了穿墙的隧道：数据包先发到海外办公室，再去向世界各地。所以，VPN也成了跨国公司员工翻墙的主流手段。这年，我第一次用“ssh -D”（一行命令）翻墙。SSH可以让系统管理员连接上主机，进行远程操作。同时它相当于在客户端与服务器之间建立了一个隧道，所以也能传输其他的数据，包括“翻墙”流量。只要这台机器的IP不在墙的“黑名单”中，也就可以成功绕过墙的封锁了。对技术人员来说，买VPS是最简单且低成本的翻墙方法。即便一台VPS被墙，再买一台即可。一年几十美元的价格，合租下来非常便宜。SSH协议可以建立“隧道”，成为技术人员“翻墙”的最爱。制图：金秋枫2011-14年香港：“墙”成为一门显学在Google、Wikipedia中文、Facebook、Twitter等全球流行网络应用被阻隔在防火墙之外后，中国大兴土木建设的“局域网”，这几年也初现雏形。搜索用百度，邮箱有163/QQ，社交有微博/人人，购物用淘宝/京东，即时聊天用微信——各种互联网服务，墙内应有尽有。对大部分网民来说，翻墙成了越来越不必要的需求。而剩下的一小拨执着于翻墙的用户，以及全世界致力于研究“墙”的学者，他们见证了“墙”的升级，与之斗智斗勇，也从一些滑稽的表象，捕捉到“墙”发展的各种蛛丝马迹。因“墙”不同的工作原理，越来越多的翻墙工具被开发出来。对“翻墙”这个行当来说，这是个百花齐放的时代。解析邮件2011年初，Gmail大规模延迟，这可能是生活在中国的很多“良民”第一次看到墙的影子。他们并不是Twitter、Facebook的忠实用户，对自由世界的“危险信息”也并不感兴趣，只是日常收发邮件，竟也撞墙。实测显示，Gmail与大陆服务商之间的邮件有不同程度的延迟，少则几个小时，多则几个星期。人们纷纷猜测，“墙”已经进化到开始解析邮件。“墙”开始尝试解析墙内外邮件，终因负载太高，造成大规模延迟。制图：金秋枫敏感词触发RST，偶尔需要“向内翻墙”这几年，我在香港求学，当时因为研究需要，我要下载大陆某公司的中文词库，奇怪的是，无论使用何种工具，进度条总是停在70%的地方。后来分析发现，每次下载到这个位置的时候，系统就会收到一个“RST”包──“RST”是“Reset”（重置）的意思。这是一种特殊的数据包，当计算机收到这种包的时候，会重置一条网络链接。这个特点被“墙”广泛用来掐掉“不和谐”的网络链接。好比A和B正在打电话，“墙”想要掐断电话，和以前粗暴地摔电话机不同，“墙”对A说：“B挂你电话了”，同时又对B说，“A挂你电话了”，不明真相的两人就真的自己把电话挂掉了。敏感词触发RST，这种“墙”的工作机制，如今已是衆所周知。而这种监控与阻断是双向的，出入都可能撞墙。有时候在墙内需要翻出来，有时候在墙外需要翻进去。通过“RST”欺骗通信双方，以阻断链接。制图：金秋枫走出国门的DNS污染DNS（Domain Name Service）即“域名解析服务”，功能好比是互联网上的电话簿。早期，仅通过IP来封锁服务的话，“墙”需要查看每个数据包，判断是否放行。但使用“DNS污染”技术，相当于直接给用户一个错误的“电话号码”，从源头就遏制了“不良通信”。值得注意的是，“DNS污染”这种强力武器，不仅能有效封锁国内网民对敏感内容的访问，还会连带影响其他国家。2012年，世界顶级网络通讯会议SigComm上，出现一篇匿名论文。论文发现，中国发动的“DNS污染”已经超越了国界。在测试了全球4万多个域名解析服务器后，他们发现其中26.41%的服务器受到了这种污染的影响，覆盖109个国家。DNS污染。制图：金秋枫近500个实体“哨所”2012年，一组来自Michigan大学的研究者，对“墙”的位置进行了探测。他们发现，就像真实的长城并非连绵不断的，防火墙也并不是密不透风地“堵”在我们的“网络”上，而是一组散落各处的“哨所”，只有当发现威胁的时候，它们才用“RST”或“DNS污染”这样的方式进行干扰。截止2012年底，研究者总共探测到了近500个这样的“哨所”，在中国南方，部署数量头三位的省份为：广东（84个）、福建（29个）、湖南（28个）。小插曲是，研究者把探测“哨所”的工具在GitHub（世界最大的开源代码托管服务）上开源发布后，引起了激烈的争论。一些人认为，此举会激怒“墙”的管理者，导致GitHub被封锁，影响墙内程序员学习交流，所以应该删除这样的代码仓库，“保持技术社区的纯粹”。另一些人，则认为翻墙是程序员的基本技能，表示不受影响，所以力挺该项目，并极力反对技术社区加入“自我审查”的行列。深度数据包检测2012年底，“墙”的总设计师、北京邮电大学时任校长方滨兴的研究团队曾发表论文“网络流量分类，研究进展与展望”，文章提到了多种使用机器学习进行“深度数据包检测”（Deep Packet Inspection，DPI）的技术。随后几年，这些先进的技术逐渐在“墙”上部署开来。要理解“深度数据包检测”的威力，我们可以把数据包想像成一封信。“浅度”的数据包检测，就好像是看看信封上的发件人和收件人，即决定是否放行。这给“跳板法”留下可乘之机：我们先将信送到中间站（如虚拟主机VPS），再转发到目的地，就绕过检查了。“深度”的数据包检测，可以理解成对信件内容的探查──相比起暴力打开信封，这种基于机器学习的技术更具有艺术性。它并不实际解读数据包的内容，而是搜集周边信息，对数据流进行“肖像刻划”（Profiling）。举个例子，你用Google搜索时，网络上只会有文本和少量图片经过，数据量很小，并且是突发的；但用YouTube看视频时，就会有持续一段时间的大量数据流过。“墙”的监控也是基于这样的抽象指标，比如它监控到到间歇而细小的流量，便推断你不太可能是在用YouTube。将诸如此类的可参考指标放在一起，就组成当前数据流的一副“肖像”。把这个“肖像”与数据库里面已经存放的巨量“翻墙流量肖像”和“非翻墙流量肖像”做个比对，就可以相应归类了。如所有的机器学习算法一样，这种归类会误杀一些非翻墙流量，也会错放一些翻墙流量。但日积月累，“墙”观察的样本越多，准确率也就越高。浅度与深度数据包检测。制图：金秋枫2015年深圳：“墙”的疯狂进化新时代的墙，像是手术刀，精准迅速，直击命门。在深圳小住半年，我深刻感受到“数字围剿”的压力。随着2014年底，Gmail全面被封禁，墙进化迅速、部署增强，还配合行政措施打击翻墙势力。深度包检测的大规模部署、DNS污染的扩大、转守为攻的国家防火墙策略、ISP的深度合作——“墙”俨然是正规军，而翻墙的社区只能打一场场的游击战，越打越疲惫。首先，是香港的学校专用VPN开始不好使了。据传，几种主流的VPN协议已经被“墙”破解，手段十分细腻：有时候连上VPN，可以使用Google搜索和Google Drive办公，但一旦链接YouTube或者Facebook，网络链接就立马被掐掉了。紧接着，一系列政策出台：境外VPN需要备案。像Astrill等常用的商业VPN服务，迅速被封。同时，“DNS污染”的范围与频度都扩大了。为了抵御“DNS污染”，我曾一度使用“DNSCrypt”——这个开源项目会加密客户端和服务器之间的通信内容，不被墙查探到。然而好景不常在，很快，“墙”将已知的DNSCrypt的服务器IP计入黑名单，这样连访问DNSCrypt的服务器也是需要“翻墙”了……有段时间，我依赖SSH+DNSCrypt翻墙。但这套组合拳，最终打在墙上只是手疼，而墙还是泰然自若。更有甚者，一些二级ISP（不自建主干网，但提供社区宽带接入到主干网服务的ISP）参与了合作，封禁“非常用”的DNS地址。家庭宽带用户，只能选择ISP默认分配的DNS，或者一些“广为人知”的DNS服务器，如Google多年前提供的8.8.8.8（该服务器的IP地址）就是其中之一。“4个8”曾经是大陆网民用来抵御“DNS污染”的缓冲剂，但它使用普通DNS协议，很容易被攻击。社区很快发现，“墙”会选择性地污染8.8.8.8返回的结果。“DNS污染”、“RST攻击”、“深度数据包检测”——“防火长城”的一套立体防御体系已经建成。从左到右，精准度逐渐加大，防御成本也逐渐加大。这个时候，不管使用什么VPN，最常见的现象是，翻墙几分钟后，网络延迟加大，进而链接被阻断，导致日常工作都不能正常进行。“进攻是最好的防守”——2015年3月，国家防火墙突然转守为攻。这是一种与“防火长城”（Great Fire Wall，GFW）部署在一起的设备，网友戏称其为“大加农炮”（Great Cannon，GC）。经过3月初的一系列测试，“大炮”从3月中旬开始发动疯狂攻击，其首轮攻击的重点目标之一是GitHub上“greatfire”这个代码仓库。“greatfire”上集结了大量的翻墙工具与资讯，俨然一个巨大的“翻墙军火库”。“大炮”攻击目标的原理简单而有效：它会劫持跨越中国边境的流量，注入恶意脚本，向指定目标发动“DDoS攻击”。DDoSDDoS（Distributed Denial of Service，分布式拒绝服务），是一种通过巨大流量导致目标服务器不堪重负而下线的攻击手法。DDoS是一系列方法的统称，他们使用不同的技术，“大炮”所使用的流量劫持并注入恶意脚本的技术是一种比较新的形式。衡量一场DDoS攻击的能量，可以使用“峰值速率”。如2014年6月，香港的公民投票网站“PopVote”受到超过“300Gbps”的攻击，连提供网络支持服务的Google和Amazon都抵挡不住，宣布退出，最终服务商靠着全球网络服务业者联手，才维持“占中”公民投票持续进行。2015年7月，支持加密功能的即时通信软件Telegram受到超过“200Gbps”的攻击，受影响区域很快从东南亚蔓延到全球，导致大量用户无法通信。要知道100Gbps的流量有多大，可以想像同时在线点播两万部高清（720p）视频。也可以参考的一个数据，据CNNIC报告显示，截至2014年底，中国大陆的所有国际出口带宽总和为4100Gbps。“墙”转守为攻的这一异常举动，是一个明显的信号，希望GitHub删除“有威胁”的代码仓库。最终，在巨大的舆论压力下，“大炮”停止了攻击。在墙的攻防体系中，“大炮”虽然不直接设防，但它对墙外的“反动势力”是一种威慑的的存在——必要的时候，随时可以出击。墙的招式列表。大炮作为一种威慑的存在，以攻为守。制图：金秋枫在“墙”的拼命围剿之下，传统翻墙手段逐一失效。原因很简单：主流方法都有特定的模式，逃不过基于机器学习的“深度包检测”技术。机器学习的准确性是随着样本增加而提升的，所以要逃离“墙”的围剿，就得把自己的流量伪装得不一样。海外专业VPN服务Astrill，以及国内的“曲径”、“红杏”等后起之秀，都是通过打造私有协议，来绕过检测。在这种形势下，开源翻墙利器ShadowSocks被更多的人注意到，基于SS搭建的翻墙服务如雨后春笋一样出现。它的中文名为“影梭”，社区昵称为“SS”——这是一个由中国程序员发起的开源项目，主要开发者在墙内。2012年4月，SS第一份代码提交；2013年，SS完成主要开发；2014年夏开始，由于墙的升级，SS受到社区更多的关注，进入高频升级的阶段；……ShadowSocks开发记录。ShadowSocks提供的其实是一套框架，支持多种加密方式，可以监听不同的端口，只需要很简单的配置，就可以在客户端和跳板机之间建立一条隧道。这些特点，让SS成为“游击队员”们最喜爱的工具。作为一款“非主流”的工具，SS曾经是非常有效的翻墙手段。但从15年初开始，深圳的部分ISP已经部署针对SS的阻断系统——推测是基于同一套“深度包检测”技术。好在SS的参数衆多，随便调整一下，即可生成不同的“肖像”，令“墙”在观测不足的情况下，无法迅速动手。但随着时间推移，“墙”总会搜集到足够的样本。刚开始的时候，选一套SS的参数可以坚持几个星期，到后来，就只有几个小时了。但墙一天不倒，游击战就一天不停。换密码、换加密协议、换端口，如每天吃饭一样，逐渐变得规律。实在不行，就只有换IP了，即再买一个VPS。SS的高级玩家，会加入自己定制的加密模块，使得流量更隐蔽。总之，SS是一个开源项目，玩法多种多样，打游击的优势巨大。2015年香港：遥看墙内围剿“造梯人”还有太多重要的事情要做，不能将时间浪费在与“墙”无休止的游击战中——我决定搬回香港。而墙内，一场密谋已久的围剿，终于显露。8月20日，ShadowSocks作者在GitHub上关闭了相关项目的Issue面板并清空所有帮助信息，同时GitHub上“shadowsocks”组织的成员信息被隐藏。8月21日，GoAgent（一款曾经主流的翻墙软件，托管在Google Code）的论坛上传出SS作者“被喝茶”的消息。8月22日，ShadowSocks作者现身GitHub，证实“喝茶”，并删除了代码库。8月25日，Google Code转为只读状态，GoAgent论坛散落。8月25日，GoAgent托管在GitHub上的仓库被删。8月25日，GitHub受到超过两个小时的DDoS攻击，攻击源目前不明。8月26日，多处消息源显示，曲径、红杏等大陆多家VPN服务商受到直接或间接的压力，停止服务。……以前干掉的是制造和售卖梯子的人，现在连设计梯子的人也要干掉。未来会如何呢？可以想像，大规模的VPN服务会消失；一些小规模的地下服务，继续运行。另一方面，翻墙工具链，势必会持续升级。公开的成熟项目被封后，社区会衍生出不同变种，以适应“墙”的改变。特别是像SS这样的开放框架，稍作修改，又是一种玩法，无穷无尽。但没了牵头的人，没了集中的论坛，知识传递的形式将会反古。原本，互联网让知识可以扁平传递，现在“屠梯”行动恐将人们逼回“口耳相传”的模式。未来，“翻墙”可能是一种手艺，如何传承，任重道远。来源：端传媒源地址：https://chinadigitaltimes.net/chinese/2015/09/%E7%AB%AF%E4%BC%A0%E5%AA%92-%E9%81%93%E9%AB%98%E4%B8%80%E5%B0%BA-%E5%A2%99%E9%AB%98%E4%B8%80%E4%B8%88%EF%BC%9A%E4%BA%92%E8%81%94%E7%BD%91%E5%B0%81%E9%94%81%E6%98%AF%E5%A6%82%E4%BD%95%E5%8D%87/翻墙技术博客订阅地址及社交帐号
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