Универсальный прокси-сервер

ВАЛЕНТИН СИНИЦЫН

Универсальный прокси-сервер

– Извини, Пух, – сказала САВА. – Тигра сжевал все провода от почтового сервера,

и почта долго никак не приходила...

– Провода, – подумал Пух злобно. – Носки вязать из таких проводов.

Андрей Щербаков

«9600 бод и все-все-все...»

В этой статье мы поговорим о протоколе SOCKS. С его помощью можно решать самые разные задачи: организовывать защищенный доступ к службам, расположенным за межсетевым экраном (firewall), скрывать свой истинный IP-адрес во время работы с недружелюбными сетевыми ресурсами или реализовать универсальный прокси-сервер, поддерживающий любые протоколы прикладного уровня (HTTP, FTP, POP3/SMTP, ICQ и т. д.). К сожалению, несмотря на всю простоту и богатство возможностей SOCKS, многие системные администраторы недостаточно хорошо знакомы с ним и не представляют, чем он может быть полезен. Хочется надеяться, что после прочтения данного материала незаслуженно забытый протокол займет достойное место в их арсенале. Сразу же оговоримся: все последующее изложение будет относиться к пятой версии SOCKS, SOCKS5. Предыдущая, четвертая версия (SOCKS4), все еще имеет хождение в Сети, однако ее возможности ограничены.

К слову сказать, название протокола не имеет ничего общего с упомянутыми в эпиграфе чулочными изделиями и является простым сокращением от «SOCK-et-S» – «гнезда», или, в более привычном уху компьютерного специалиста переводе – «сокеты». Термин был предложен создателями в качестве рабочего варианта, да так и прижился. Как известно, сокеты лежат в основе любого API, реализующего сетевое взаимодействие – UNIX, Winsock и т. п. Чтобы послать данные по сети, приложению достаточно просто записать их в сокет, подобно тому, как это делается при сохранении информации в локальном файле. И в том, и в другом случае программе не приходится заботиться о происходящем «за кулисами». Дополнение пользовательских данных служебной информацией, разбивка на сегменты с их последующей инкапсуляцией в датаграммы и физическая отправка осуществляются другими частями операционной системы – стеком TCP/IP и драйверами устройств, о которых приложению ничего не известно. Такое «разделение труда» позволяет как угодно изменять процедуру доставки сообщений при условии, что интерфейс прикладного программирования остается постоянным. Именно эта особенность и лежит в основе идеологии SOCKS. Основная задача данного протокола – внедрить в «нормальный» процесс обмена данными некоего посредника, называемого SOCKS-сервером или SOCKS-прокси. Когда клиент (поддерживающее SOCKS приложение: веб-браузер Mozilla, клиент ICQ Miranda IM и др., см. ниже) желает отправить какую-либо информацию по сети, он устанавливает соединение не с реальным адресатом, а с SOCKS-сервером, который, в свою очередь, пересылает данные по назначению, но уже от своего имени. С точки зрения «настоящего» сервера (например, веб-узла, который пользователь желает просмотреть в Mozilla Firefox) SOCKS-прокси является самым обыкновенным клиентом. Таким образом, сущность (IP-адрес) истинного клиента оказывается скрытой от обслуживающего его сервера. Это весьма удобное обстоятельство таит в себе потенциальную опасность (можете спрятаться вы, но ведь могут и от вас), поэтому реально существующие SOCKS-сервера имеют развитые схемы контроля доступа (запрет входящих и исходящих соединений по заданному перечню адресов) и поддерживают авторизацию пользователей по паролю (см. ниже).

Отметим, что коль скоро SOCKS работает на более низком по сравнению с прикладным (а именно транспортном) уровне модели OSI, его поддержка не потребует никаких изменений в логике работы клиента, а тем более сервера. Действительно, все что нужно, – это модифицировать реализацию функций, отвечающих за создание сетевого подключения и отправку данных: connect(), bind(), send() и т. п. На практике это обычно достигается перехватом системных вызовов с их последующей подменой поддерживающими SOCKS пользовательскими аналогами. Никаких правок в исходном коде клиентских приложений, а тем более самого доступа к исходным текстам, как правило, не требуется. Эта мощная процедура известна как «соксификация» и будет подробно рассмотрена ниже.

Теперь, когда мы получили общее представление о SOCKS, можно перейти к более детальному рассмотрению данного протокола.

Спецификация SOCKS5

Протокол SOCKS5 подробно описан в RFC1928. В отличие от монстроподобных стандартов вроде «HTTP 1.1», спецификация SOCKS умещается на 9-ти страницах и может быть без труда разобрана любым желающим. Предлагаемые здесь сведения являются ее кратким конспектом и призваны помочь вам в этом несложном деле.

Как уже отмечалось ранее, SOCKS5 является протоколом транспортного уровня. Его «соседи» – TCP и UDP непосредственно используются для передачи данных, поступающих с прикладного уровня (от пользовательских приложений), а значит, SOCKS-прокси должен уметь корректно работать с каждым из них. Отметим также, что протокол ICMP, используемый утилитами ping и traceroute, находится ниже транспортного уровня, а потому соксификации, к сожалению, не поддается.

Прежде чем отправлять какие-либо данные, клиент должен пройти процедуру авторизации. Для этого он создает TCP-соединение с SOCKS-сервером (стандартный порт – 1080) и отправляет по нему специальное сообщение, содержащее кодовые номера поддерживаемых методов аутентификации (см. таблицу 1). SOCKS-сервер выбирает один из них по своему усмотрению и сообщает его номер клиенту. Как легко видеть, аутентификация может отсутствовать (на практике это скорее всего означает, что SOCKS-сервер различает клиентов по их IP-адресам) или производиться на основании имени пользователя и пароля. В последнем случае возможно большое количество различных вариантов, от тривиального «Username/Password Authentication» (RFC 1929), предусматривающего передачу пароля в открытом виде, до куда более безопасного CHAP (зашифрованный пароль, открытые данные) и GSSAPI (RFC 1961), которое может использоваться для полной криптографической защиты трафика. После успешной авторизации клиент получает возможность посылать запросы (команды), устанавливать исходящие соединения и даже принимать входящие.

Установка исходящего TCP-соединения

Для установки исходящего TCP-соединения клиент отправляет SOCKS-серверу запрос «CONNECT», в котором указывает адрес и порт доставки. Для идентификации узла-получателя могут использоваться как IP-адреса (поддерживаются IPv4/IPv6), так и полноценные доменные имена. В последнем случае SOCKS-сервер берет на себя заботу по их разрешению, так что сеть, в которой работает клиент, в принципе может обходиться и без DNS-сервера. В ответном сообщении SOCKS-сервер сообщает код ошибки (как обычно, 0 обозначает, что операция прошла успешно), а также IP-адрес (BND.ADDR) и TCP-порт (BND.PORT), которые будут использоваться для фактической связи с запрошенным узлом. Поскольку SOCKS-сервера, как правило, имеют более одного сетевого интерфейса, данный IP-адрес может отличаться от того, с которым было установлено управляющее соединение. После этого клиент открывает новый TCP-сеанс с BND.ADDR:BND.PORT и осуществляет отправку данных. Исходящее TCP-соединение разрывается одновременно с закрытием управляющей сессии. Заметим, что запрос «CONNECT» может быть отклонен SOCKS-прокси, если адреса источника (клиента) или получателя (сервера) запрещены к обслуживанию системным администратором.

Установка исходящего UDP-соединения

В отличие от потокового протокола TCP, подразумевающего установку сеанса, протокол UDP является датаграммным, а потому несколько более сложным в обращении. Его поддержка появилась лишь в SOCKS5.

Перед отправкой UDP-датаграмм клиент запрашивает у SOCKS-сервера UDP-ассоциацию, используя для этого команду «UDP ASSOCIATE». UDP-ассоциация – это своего рода виртуальный сеанс между клиентом и SOCKS-сервером. В исходящем запросе клиент указывает предполагаемые адрес и порт, которые будут выступать в качестве источника будущих UDP-датаграмм. Если на момент установки UDP-ассоциации эта информация еще неизвестна, клиент должен использовать комбинацию 0.0.0.0:0 (или, скажем, x.x.x.x:0, если неизвестен только номер порта). В ответном сообщении SOCKS-сервер указывает IP-адрес (BND.ADDR) и UDP-порт (BND.PORT), на которые следует направлять исходящие датаграммы. При этом адрес и порт их реального получателя указываются прямо в теле (можно сказать, что имеет место UDP-инкапсуляция). Эти параметры, наряду с адресом и портом отправителя используются для принятия решения о допустимости отправки датаграммы. Как легко видеть, это создает дополнительную нагрузку на SOCKS-сервер: правила фильтрации необходимо применять к каждой UDP-датаграмме, тогда как в случае TCP-соединения его легитимность оценивается один раз, в момент исполнения SOCKS-сервером команды «CONNECT». Согласно требованиям стандарта, SOCKS-сервер должен следить за тем, чтобы IP-адрес отправителя датаграммы совпадал с адресом узла, создавшего UDP-ассоциацию. UDP-ассоциация разрушается одновременно с закрытием управляющего TCP-сеанса, в рамках которого была послана команда «UDP ASSOCIATE».

Многие из существующих SOCKS-серверов испытывают серьезные проблемы, если между ними и клиентом, запросившим UDP-ассоциацию, располагается межсетевой экран с функцией NAT (Network Address Translation). Причина этого кроется в изменении адреса и порта отправителя, которое происходит в тот момент, когда UDP-датаграмма пересекает межсетевой экран. Как следствие, сервер и ничего не подозревающее клиентское приложение начинают говорить на разных языках: предполагаемый адрес и порт источника, указанные в команде «UDP ASSOCIATE», перестают соответствовать реальным параметрам получаемых SOCKS-сервером датаграмм. В результате они оказываются отброшенными как не принадлежащие UDP-ассоциации. Проблему можно было бы решить, указав в качестве предполагаемого источника 0.0.0.0:0 (см. выше), что должно интерпретироваться SOCKS-сервером как «любая UDP-датаграмма, пришедшая с того же адреса, что и команда на создание ассоциации». К сожалению, большинство из реально существующих SOCKS-серверов трактуют стандарт более узко и не позволяют одновременно установить в ноль и предполагаемый адрес, и порт отправителя. Из протестированных автором реализаций описанный здесь «фокус с пробросом UDP через NAT» позволяет проделать лишь одна – Dante.

Прием входящих соединений

Эта достаточно оригинальная возможность может оказаться полезной в случаях, когда клиент и «настоящий» сервер в описанной выше схеме меняются местами, что может произойти, например, в протоколах типа FTP. В целях дальнейшего рассмотрения будем предполагать, что между «клиентом» (стороной, собирающейся принять входящее соединение) и «сервером» (стороной, инициирующей входящее соединение) уже установлен «прямой» канал связи при помощи команды «CONNECT». Для открытия «обратного» канала «клиент» должен послать SOCKS-серверу команду «BIND», указав в ее параметрах IP-адрес и порт, которые будут использоваться им для приема входящего соединения. В ответ на это SOCKS-сервер сообщает IP-адрес и порт, выделенные им для поддержания «обратного» канала. Предполагается, что «клиент» передаст эти параметры «серверу», используя средства, предоставляемые протоколами прикладного уровня (например, команду «PORT» протокола FTP). После того, как SOCKS-сервер примет (или отбросит) входящее соединение, он повторно уведомляет об этом «клиента», сообщая ему IP-адрес и порт, используемые «сервером». Отметим, что прием входящих соединений может осуществлять лишь приложение, разработчики которого позаботились о поддержке SOCKS еще на этапе проектирования. В противном случае (если приложение работает с SOCKS-сервером через программу-соксификатор) оно не сможет предоставить корректную информацию об адресе ожидающего «обратной связи» сокета (т.е. сформирует неверную команду «PORT» в рассмотренном выше примере с FTP).

«Цепочки» SOCKS

Давайте, работайте. Шесть арендованных «на раз» роутеров,

через которые пробегает сигнал. И все достаточно стойкие к взлому.

Сергей Лукьяненко

«Лабиринт отражений»

Архитектура протокола SOCKS5 позволяет легко объединять SOCKS-сервера в каскады, или, как их еще называют, «цепочки» (chains). Примечательно, что все необходимые для этого действия могут быть произведены на стороне клиента. К «звеньям» цепочки предъявляется единственное требование: они должны «доверять» друг другу (т.е. допускать установку входящих и исходящих соединений). Если образующие каскад SOCKS-сервера не являются анонимными (т.е. используют схемы аутентификации Username/Password, CHAP или подобные), необходимо также, чтобы пользователь мог успешно пройти процедуру авторизации на каждом из них.

Предположим, что у нас имеется набор из N SOCKS-серверов с именами socks1, socks2, ..., socksN, удовлетворяющих всем вышеперечисленным требованиям. Тогда для создания каскада клиент может поступить следующим образом:

• В случае исходящего TCP-соединения: клиент подключается к socks1, проходит (при необходимости) процедуру авторизации и посылает команду «CONNECT», указав в качестве адреса доставки socks2. Выполняя этот запрос, socks1 создаст новое соединение с socks2 и будет исправно передавать всю идущую по нему информацию клиенту, при этом socks2 не будет даже догадываться, с кем он общается на самом деле. Далее процедура повторяется до тех пор, пока не будет установлено соединение между socks(N-1) и socksN. Последний сервер каскада подключается непосредственно к узлу, который интересует клиента. Передача данных происходит в обычном режиме: клиент отправляет пакет на сервер socks1, который, в свою очередь, передает его socks2, и так до тех пор, пока не будет достигнут конечный узел.
• В случае исходящего UDP-соединения: клиент подключается к socks1, проходит процедуру авторизации и последовательно посылает две команды: «CONNECT» (адрес доставки – socks2) и «UDP ASSOCIATE». Таким образом, создаются два новых соединения: виртуальный UDP-канал между клиентом и socks1, а также TCP-сессия между socks1 и socks2. Используя эту TCP-сессию, клиент (от имени socks1) посылает команду «UDP ASSOCIATE» на сервер socks2 (открывает UDP-канал между socks1 и socks2) и «CONNECT» на сервер socks3. Процедура продолжается до тех пор, пока между всеми SOCKS-серверами каскада не будут установлены виртуальные UDP-каналы. Чтобы отослать какие-либо данные, клиент предварительно производит N-кратную инкапсуляцию UDP-датаграммы, указывая в качестве адреса доставки последовательно: socks1, socks2, socks3, socksN и адрес реального получателя, а затем отправляет ее на сервер socks1. Отметим, что на практике данный вариант каскадирования встречается крайне редко. Это связано с тем, что SOCKS-сервера, как и NAT Firewall, могут изменить порт источника датаграммы, что приведет к проблемам, подробно описанным в разделе «Установка исходящего UDP-соединения».

Используя цепочки SOCKS-серверов, не требующих аутентификации, клиент может значительно повысить анонимность работы в Интернете (см. эпиграф). В Сети можно найти множество программ, реализующих описанные здесь схемы. Таковыми, например, являются SocksChain (http://www.ufasoft.com/socks) для Windows или ProxyChains (http://proxychains.sourceforge.net) для UNIX. Каскадирование SOCKS-серверов является также неотъемлемой частью некоторых соксификаторов, в первую очередь FreeCap (http://www.freecap.ru).

SOCKS-сервера

Теперь, когда принципы работы SOCKS-сервера нам хорошо знакомы, пора переходить от теории к практике. В мире существует большое количество программ, реализующих протокол SOCKS5. Они охватывают все популярные операционные системы (UNIX, Windows, ...) и способы распространения (freeware, shareware, open-source и т. д.). Здесь мы вкратце рассмотрим наиболее известные (или интересные с точки зрения автора) реализации.

Начнем, пожалуй, с SOCKS5 Reference Implementation (http://www.socks.permeo.com), выполненной компанией NEC и принадлежащей в настоящий момент фирме Permeo. Текущая версия имеет номер 1.0r11 и датирована августом 2000 года. Как легко догадаться по названию, этот сервер является справочной реализацией протокола и, вообще говоря, не предназначен для промышленного использования. Тем не менее он является стандартом де-факто на платформе FreeBSD. Вероятно, большинству системных администраторов, волею судеб столкнувшихся с задачей установки SOCKS-сервера, гораздо проще набрать «cd /usr/ports/net/socks5 && make && make install», чем разбираться во всем многообразии существующих на рынке решений. Продукт имеет поддержку GSSAPI и распространяется в исходных текстах, но по несвободной лицензии. Коммерческое применение данного сервера запрещено.

Следом за ним идет Dante, разработанный норвежской компанией Inferno Nettverk и поддерживающий все основные UNIX-системы. Продукт развивается, хотя и не очень бурно (последняя версия, 1.1.15, датирована 31 января 2005 года) и вполне пригоден для практического применения. Как уже упоминалось ранее, Dante позволяет корректно работать с UDP-ассоциациями даже в том случае, если они проходят через NAT Firewall. Программа распространяется в исходных текстах по лицензии BSD. В состав Dante входит библиотека для прозрачной соксификации UNIX-приложений (см. ниже).

Antinat (http://antinat.sourceforge.net) – динамично развивающийся, но еще не завершенный открытый продукт, работающий на платформах UNIX и Windows. Поддерживает интересные схемы аутентификации, например CHAP или HMAC-MD5. Умеет работать с цепочками SOCKS-серверов. В комплект поставки входит библиотека для разработки пользовательских приложений, поддерживающих SOCKS. Распространяется в исходных текстах. Лицензирован по GPL.

Среди других разработок следует упомянуть отечественный 3proxy (http://security.nnov.ru/soft/3proxy), имеющий родную поддержку UNIX и Win32, Delegate (www.delegate.org) и коммерческий SOCKS-сервер Hopster (www.hopster.com) для Microsoft Windows.

Приведенный здесь список далеко не полон. Думается, что читателю не составит труда найти и другие сервера. Для этого можно воспользоваться поисковыми панелями репозитариев Freshmeat (http://www.freshmeat.net) или SourceForge (http://www.sf.net), а также поисковыми машинами общего назначения.

Учитывая многообразие существующих SOCKS-серверов, мы не будем подробно останавливаться на процедуре их настройки. Вся необходимая для этого информация может быть найдена в сопроводительной документации к конкретному программному продукту. Как правило, SOCKS-сервера имеют один или несколько конфигурационных файлов, позволяющих указать предпочтительные схемы авторизации и, что более важно, ограничить доступ к сервису по списку IP-адресов. Не пренебрегайте этой возможностью! Неправильно настроенный SOCKS-прокси может быть использован злоумышленниками для рассылки спама через корпоративный почтовый сервер (с точки зрения которого SOCKS-прокси – это один из установленных в фирме компьютеров, поэтому отправка почты с его IP-адреса, скорее всего, не будет запрещена) и выполнения других антиобщественных действий.

SOCKS-клиенты

Некоторые настольные приложения обладают встроенной поддержкой SOCKS. В их число входят веб-браузеры, построенные на коде Mozilla и ряд клиентов сетей мгновенного обмена сообщениями (Miranda IM, Mirabilis ICQ). Для включения поддержки SOCKS в этих программах достаточно указать необходимые параметры в файле или диалоге настроек. Но что делать в случае, если приложение не умеет работать с SOCKS напрямую (классическим примером является Microsoft Internet Explorer)?

Существует несколько вариантов решения данной проблемы. Если исходные тексты приложения доступны, можно собрать их заново, используя готовые клиентские библиотеки, например, входящие в состав Dante или Antinat. Однако, как уже упоминалось выше, наличие «исходников» не является обязательным требованием. Откомпилированное приложение можно заставить работать с SOCKS «обманным путем» при помощи программ-соксификаторов, подменяющих стандартные функции для работы с сокетами их аналогами, поддерживающими SOCKS. Так, модифицированная функция connect(), устанавливающая соединение с заданным узлом, на самом деле отсылает команду «CONNECT» на адрес указанного пользователем SOCKS-сервера, а «соксифицированная» функция sendto() выполняет инкапсуляцию UDP-датаграммы и отправляет ее, используя заранее установленную UDP-ассоциацию. Процедура подмены функций существенно зависит от типа операционной системы.

Так, в мире Windows для этих целей применяются «вирусные» методики. Например, соксификатор может запускать указанный пользователем процесс в режиме «Suspend», после чего внедрять в его память код, загружающий специальную DLL-библиотеку, перехватывающую обращения к API-вызовам LoadLibrary/GetProcAddress, ответственным за подключение сторонних DLL и поиск в них экспортируемых функций. После этого соксификатор отслеживает момент загрузки wsock32.dll и подменяет запрашиваемые адреса функций Winsock указателями на их SOCKS-аналоги.

В мире UNIX, как это часто случается, все обстоит значительно проще. Динамический компоновщик ld.so использует специальную переменную окружения, LD_PRELOAD, а также файл /etc/ld.so.preload, чтобы определить список разделяемых библиотек, подлежащих предварительной загрузке до непосредственно запрашиваемых исполняемым файлом. Поскольку большая часть современных приложений использует динамическую компоновку, соксифицированные аналоги сетевых функций, оформленные в виде разделяемой библиотеки, перечисленной в LD_PRELOAD, будут найдены и использованы вместо стандартных вызовов, определенных в glibc. Этот метод, очевидно, не будет работать для приложений, использующих статическое связывание с glibc. Встречаться с таковыми (кроме низкоуровневых системных утилит) автору не приходилось. Кроме того, значение переменной LD_PRELOAD обрабатывается особым образом для исполняемых файлов, имеющих бит SUID. Среди клиентских (настольных) приложений они, как правило, не встречаются.

Любая ли программа поддается соксификации описанными выше методами? Как легко видеть по ходу рассуждения, нет. Процедура внедрения кода Windows-соксификатора в чужой процесс может не сработать, если исполняемый файл имеет особую структуру, например, он сжат оригинальным образом или зашифрован. Кроме этого, пользовательские SOCKS-аналоги должны максимально точно повторять поведение (в том числе эмулировать недокументированные возможности) родных функций операционной системы, что, согласитесь, не всегда легкодостижимо.

Чтобы не быть голословными, приведем примеры конкретных программ-соксификаторов. В среде Windows можно использовать SocksCap (http://www.socks.permeo.com) от все той же фирмы Permeo (и с все той же неудобной лицензией, ограничивающей коммерческое применение) или открытый (распространяющийся по GPL) продукт FreeCap (http://www.freecap.ru), написанный нашим соотечественником Максимом Артемьевым. В последнем случае в вашем распоряжении окажутся также исходные тексты на языке Object Pascal (Delphi), с помощью которых вы сможете глубоко разобраться во всех обсуждаемых в статье вопросах, от процедуры внедрения в чужой процесс до точного формата SOCKS-сообщений. В UNIX можно воспользоваться сценарием оболочки socksify, входящим в состав Dante.

Наконец, рассмотрим особый случай – программы, обеспечивающие соксификацию всей системы целиком. В Windows этого можно достичь, подменив на диске файл wsock32.dll или более корректным образом, используя спецификацию Winsock Service Provider. В UNIX достаточно добавить команду, устанавливающую значение переменной LD_PRELOAD в один из стартовых сценариев (например, rc.local) или внести изменения в файл /etc/ld.so.preload. Примером такого «общесистемного соксификатора» могут служить WideCap Максима Артемьева (пребывающий пока в состоянии бета-версии) или Permeo Security Driver.

Вместо заключения

Вот и подошло к концу наше повествование. Теперь, когда вы хорошо представляете себе, что такое SOCKS и с чем его едят, вам не составит труда придумать тысячу и одно применение данному протоколу. Например, на базе SOCKS-сервера можно организовать шлюз для доступа из локальной сети организации в Интернет. Это будет особенно удобно в случае, когда использование традиционного HTTP-прокси не может дать требуемых результатов (например, необходимо реализовать поддержку дополнительных протоколов, не связанных с web), а открывать полноценный доступ через NAT почему-либо представляется нецелесообразным. Предлагаемую схему можно инвертировать и возложить на SOCKS-сервер функции «стража», допускающего выделенных пользователей (скажем, находящихся в командировке сотрудников службы технической поддержки) к внутренним ресурсам компании (корпоративной базе данных). Можно... да мало ли чего можно придумать, имея необходимые знания и смекалку! Дерзайте!

Автор выражает благодарность Максиму Артемьеву за ценные замечания, высказанные в ходе обсуждения данной статьи.

Таблица 1. Некоторые методы SOCKS-аутентификации

Полный вариант таблицы можно найти по адресу: http://www.iana.org/assignments/socks-methods.