udpsocket

udpソケット

このパッケージは、Golang ゲームサーバーの UDP プロトコルを使用してクライアントとサーバーの間に仮想ステートフル接続を作成するために作成しました (ご存知のとおり、UDP プロトコルはステートレスであり、パケットが順番に到着しない可能性があり、ACK がありません)。

udpsocket 、DTLS ハンドシェイク、暗号化、セッション管理、認証の模倣をサポートします。 UDP 上のクライアントとサーバーの間に安全なチャネルを作成し (ハンドシェイク)、それらを認証および管理し、データを復号化および暗号化し、クライアントにデータを送信またはブロードキャストしてリッスンするための API を提供する責任があります。

使用する

udpsocketサーバーは、開始するためのいくつかのパラメーターを受け入れます。

• *net.UDPConnのインスタンス
• オプションの配列

オプション

オプションは、事前定義された関数を使用して渡すことができます。

 udpsocket . WithAuthClient ()
udpsocket . WithTranscoder ()
udpsocket . WithSymmetricCrypto ()
udpsocket . WithAsymmetricCrypto ()
udpsocket . WithReadBufferSize ()
udpsocket . WithMinimumPayloadSize ()
udpsocket . WithProtocolVersion ()
udpsocket . WithHeartbeatExpiration ()
udpsocket . WithLogger ()

認証クライアント

ユーザー トークンの認証に使用されるAuthClientインターフェイスの実装。サーバーがトークンベースの認証を必要としない場合は、何も渡さないので、サーバーは認証のないデフォルトの実装を使用します。

トランスコーダ

クライアントとサーバーの間でデータをエンコードおよびデコードするために使用されるTranscoderインターフェイスの実装。 Transcoderのデフォルトの実装はProtobufです。トランスコーダは、ハンドシェイクや ping などのいくつかのデフォルトのメッセージ タイプをエンコードおよびデコードでき、カスタム データ タイプをサポートするための一般的なMarshalおよびUnmarshalメソッドもサポートします。

対称暗号化

対称キー アルゴリズムを介して暗号化および復号化するためのcrypto.Symmetricインターフェイスの実装。デフォルトの実装では、 PKCS#7パディングを備えたAES CBCが使用されます。

非対称暗号化

公開キー暗号化を介して暗号化および復号化するためのcrypto.Asymmetricインターフェイスの実装。デフォルトの実装では、カスタム キー サイズのRSAが使用されます。

その他の構成

• ReadBufferSize : 読み取りバッファのサイズ
• MinimumPayloadSize : サイズが足りないデータをカットします (一部の攻撃方法を防ぐため)
• ProtocolVersionMajor : プロトコルのメジャー バージョン
• ProtocolVersionMinor : プロトコルのマイナー バージョン

 package main

import (
    "context"
    "log"
    "net"
    "fmt"
    "crypto/rsa"
    "time"
    "os"
  
    "demo/auth"
    "demo/encoding"
	
    "github.com/theredrad/udpsocket"
    "github.com/theredrad/udpsocket/crypto"
)

var (
	pk * rsa. PrivateKey

	udpServerIP   = "127.0.0.1"
	udpServerPort = "7009"

	defaultRSAPrivateKeySize = 2048
)

func main () {
    f , err := auth . NewFirebaseClient ( context . Background (), "firebase-config.json" ) // firebase implementation of auth client to validate firebase-issued tokens
    if err != nil {
        panic ( err )
    }
    
    udpAddr , err := net . ResolveUDPAddr ( "udp" , fmt . Sprintf ( "%s:%s" , udpServerIP , udpServerPort ))
    if err != nil {
        panic ( err )
    }
    
    udpConn , err := net . ListenUDP ( "udp" , udpAddr )
    if err != nil {
        panic ( err )
    }
    defer udpConn . Close ()


    pk , err = crypto . GenerateRSAKey ( defaultRSAPrivateKeySize )
    if err != nil {
        panic ( err )
    }
    
    r := crypto . NewRSAFromPK ( pk ) // creating a new instance of the RSA implementation
    if err != nil {
        panic ( err )
    }
    
    a := crypto . NewAES ( crypto . AES_CBC ) // creating a new instance of the AES implementation
    
    t := & encoding. MessagePack {} // an implementation of msgpack for the Transcoder
    s , err := udpsocket . NewServer ( udpConn ,
        udpsocket . WithAuthClient ( f ),
        udpsocket . WithTranscoder ( t ),
        udpsocket . WithSymmetricCrypto ( a ),
        udpsocket . WithAsymmetricCrypto ( r ),
        udpsocket . WithReadBufferSize ( 2048 ),
        udpsocket . WithMinimumPayloadSize ( 4 ),
        udpsocket . WithProtocolVersion ( 1 , 0 ),
        udpsocket . WithHeartbeatExpiration ( 3 * time . Second ),
        udpsocket . WithLogger ( log . New ( os . Stdout , "udp server: " , log . Ldate )),
    )
    if err != nil {
        panic ( err )
    }
    s . SetHandler ( incomingHandler )

    go s . Serve () // start to run the server, listen to incoming records
    
    // TODO: need to serve the public key on HTTPS (TLS) to secure the download for the client
}

func incomingHandler ( id string , t byte , p [] byte ) {
    // handle the incoming
}

メッセージを送信またはブロードキャストする

サーバーは、クライアントにメッセージを送信するか、すべてのクライアントにメッセージをブロードキャストするための 2 つのメソッドをエクスポートしました。特定のクライアントにメッセージを送信するには、クライアント ID が必要です。

• BroadcastToClients(messageType バイト、ペイロード [] バイト)
• SendToClientByID(clientID 文字列、messageType バイト、ペイロード [] バイト)

ペイロードはトランスコーダでエンコードされたメッセージであり、暗号化はサーバーによって処理されます。

ハンドラ

ハンドラーはfunc(id string, t byte, p []byte)シグネチャを持つ関数です。 SetHandlerメソッドを使用してハンドラー関数を設定できます。この関数は、カスタム タイプのレコードが受信および認証されたときに呼び出されます。 idパラメータはクライアント ID (トークンからフェッチされるか、認証が必要ない場合は新しく生成された UUID) で、 tパラメータはレコード タイプで、 pパラメータは復号化されたペイロードです。これをカスタムにUnmarshal必要があります。メッセージタイプ。

さらに深く掘り下げる

記録

クライアントからの各メッセージはRecordです。レコードは解析および復号化できる形式を持っています。

 1   0   1   1 0 2 52 91 253 115 22 78 39 28 5 192 47 211...
|-| |-| |-|  |------------------------------------------|
 a   b   c                        d

a: record type
b: record protocol major version
c: record protocol minor version
d: record body

RSA 秘密キーのサイズはわかっており、暗号化メッセージのサイズは計算可能であるにもかかわらず、なぜ RSA 暗号化メッセージのサイズがレコードの先頭に追加されるのか疑問に思われるかもしれません。 Server実際には暗号化にAsymmetricインターフェイスを使用し、RSA がそれを実装するため、おそらく他の実装では、暗号化されたメッセージのサイズが秘密キーのサイズに従いません。そのため、ハンドシェイクで暗号化されたメッセージのサイズを渡して、暗号化されたメッセージを分離できるようにする必要があります。 AES 暗号化セクションと RSA 暗号化セクション。

レコードの種類

レコードの最初のバイトはタイプであり、レコードの解析方法を示します。サポートされている予約タイプ:

• クライアントこんにちは : 1
• こんにちは検証: 2
• サーバーハロー: 3
• ピン: 4
• ポン： 5

ハンドシェーク

ハンドシェイク プロセスは DTLS プロトコルの模倣に基づいて行われ、クライアントはClientHelloレコードを送信します。このレコードにはランダムなバイトと AES キーが含まれており、TLS でダウンロードするために必要なサーバーの公開キーによって暗号化され、サーバーはランダムなバイトを生成します。 Cookie はクライアント パラメータに基づいて作成され、クライアント AES キーで暗号化されます (これはClientHelloによって受信され、 HelloVerifyレコードとして送信されます。クライアントはレコードを復号化し、 ClientHelloメッセージをCookie を使用する場合は、レコードをサーバーの公開キーで暗号化する必要があります。その後、暗号化されたユーザー トークン (AES を使用) をレコード本体に追加します。サーバーは、Cookie の検証とユーザー トークンの認証後にクライアントを登録し、 ServerHelloレコードを返します。ランダムなシークレット セッション ID が含まれます。ハンドシェイク プロセスはここで行われます。

      Client                                   Server
      ------                                   ------
      ClientHello           ------>

                            <-----         HelloVerifyRequest
                                           (contains cookie)

      ClientHello           ------>
 (with cookie & token)
      
                            <-----           ServerHello
                                         (contains session ID)

暗号化

Server対称暗号化と非対称暗号化の両方を使用してクライアントと通信します。

ハンドシェーク

ClientHelloレコード (サーバー用) には、サーバーの公開キーによって暗号化された安全な 256 ビット AES キーが含まれているため、サーバーは秘密キーを使用してそれを復号化できます。

HelloVerifyレコード (クライアント用) は、クライアント AES キー (以前に復号化されている) を使用して暗号化されます。

ユーザー認証が必要な場合、クライアントはClientHello (Cookie も含むレコード) を使用してユーザー トークンを送信する必要がありますが、非対称暗号化にはサイズ制限があります。たとえば、RSA はキー サイズ (例: 2048 ビット = 256 バイト) に等しい最大量までしかデータを暗号化できません。ユーザー トークン サイズはそれ以上になる可能性があるため、ユーザー トークンはクライアント AES によって暗号化される必要があります。サーバーは、 ClientHelloレコードの検証後にそれを復号化できます。

ハイブリッド暗号化を使用しているため、ハンドシェイク レコードの構造は少し異なります。プロトコル バージョン バイトの後の 2 バイトは、サーバーの公開キーによって暗号化されるハンドシェイク本体のサイズを示します。ハンドシェイク本体のサイズはキーのサイズによって決まりますが、暗号化された本体のサイズは RSA キーのサイズに依存します。

 1   0   1   1   0   2 52 91 253 115 22 78 39 28 5 192 47 211 ... 4 22 64 91 195 37 225
|-| |-| |-| |-| |-| |----------------------------------------|   |---------------------|
 a   b   c   d   e                      f                                   g

a: record type (1 => handshake)
b: record protocol major version (0 => 0.1v)
c: record protocol minor version (1 => 0.1v)
d: handshake body size ([1] 0 => 256 bytes, key size: 2048 bits) (first digit number in base of 256)
e: handshake body size (1 [0] => 256 bytes, key size: 2048 bits) (second digit number in base of 256)
f: handshake body which is encrypted by the server public key & contains the client AES key
g: user token which is encrypted by the client AES key size

その他の記録

ハンドシェイクが成功すると、サーバーはクライアントの AES キーによって暗号化された秘密のSessionID ServerHelloレコードで返します。クライアントはカスタム レコード バイトにSessionID追加し、AES キーで暗号化し、レコード ヘッダー (レコード タイプとプロトコル バージョン) を追加して、バイトをサーバーに送信する必要があります。サーバーはクライアント AES キー (クライアントの IP とポートで事前に登録されている) によってレコード本文を復号化し、復号化された本文からSessionIDを解析し、セッション ID を認証してバイトをHandler関数に渡します。

Pingレコードの場合、サーバーは即座にPongレコードをクライアントに送信します。

TODO

• タイムアウト時に接続を閉じるようにクライアント lastHeartBeat を更新します (ブロードキャストでメッセージが送信されないようにクライアントを削除します)。
• クライアントのランダム バイトがすべてゼロ値であるかどうかを確認します。
• テストの追加
• クライアントの AES キーの強度を確認する
• スロットルの追加 (レート制限、IP の禁止など)
• 暗号スイートのサポート