35. 干货系列从零用Rust编写负载均衡及代理，代理服务器的源码升级改造

wmproxy

wmproxy已用Rust实现http/https代理, socks5代理, 反向代理, 静态文件服务器，四层TCP/UDP转发，七层负载均衡，内网穿透，后续将实现websocket代理等，会将实现过程分享出来，感兴趣的可以一起造个轮子

项目地址

国内: https://gitee.com/tickbh/wmproxy

github: https://github.com/tickbh/wmproxy

项目设计目标

在同一个端口上同时支持HTTP/HTTPS/SOCKS5代理，即假设监听8090端口，那么可以设置如下：

curl --proxy socks5://127.0.0.1:8090 http://www.baidu.com

curl --proxy http://127.0.0.1:8090 http://www.baidu.com

curl --proxy http://127.0.0.1:8090 https://www.baidu.com

以上方案需要都可以兼容打通，才算成功。

初始方案

不做HTTP服务器，仅简单的解析数据流，然后进行数据转发

pub async fn process<T>(
    username: &Option<String>,
    password: &Option<String>,
    mut inbound: T,
) -> Result<(), ProxyError<T>>
where
    T: AsyncRead + AsyncWrite + Unpin,
{
    let mut outbound;
    let mut request;
    let mut buffer = BinaryMut::new();
    loop {
        let size = {
            let mut buf = ReadBuf::uninit(buffer.chunk_mut());
            inbound.read_buf(&mut buf).await?;
            buf.filled().len()
        };

        if size == 0 {
            return Err(ProxyError::Extension("empty"));
        }
        unsafe {
            buffer.advance_mut(size);
        }
        request = webparse::Request::new();
        // 通过该方法解析标头是否合法, 若是partial(部分)则继续读数据
        // 若解析失败, 则表示非http协议能处理, 则抛出错误
        // 此处clone为浅拷贝，不确定是否一定能解析成功，不能影响偏移
        match request.parse_buffer(&mut buffer.clone()) {
            Ok(_) => match request.get_connect_url() {
                Some(host) => {
                    match HealthCheck::connect(&host).await {
                        Ok(v) => outbound = v,
                        Err(e) => {
                            Self::err_server_status(inbound, 503).await?;
                            return Err(ProxyError::from(e));
                        }
                    }
                    break;
                }
                None => {
                    if !request.is_partial() {
                        Self::err_server_status(inbound, 503).await?;
                        return Err(ProxyError::UnknownHost);
                    }
                }
            },
            Err(WebError::Http(HttpError::Partial)) => {
                continue;
            }
            Err(_) => {
                return Err(ProxyError::Continue((Some(buffer), inbound)));
            }
        }
    }

    match request.method() {
        &Method::Connect => {
            log::trace!(
                "https connect {:?}",
                String::from_utf8_lossy(buffer.chunk())
            );
            inbound.write_all(b"HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n").await?;
        }
        _ => {
            outbound.write_all(buffer.chunk()).await?;
        }
    }
    let _ = copy_bidirectional(&mut inbound, &mut outbound).await?;
    Ok(())
}

此方案仅做浅解析，处理相当高效，但遇到如下问题：

• HTTP/HTTPS代理服务器需要验证密码
• HTTP服务存在不同的协议，此方法只兼容HTTP/1.1，无法兼容明确的HTTP/2协议
• 请求的协议头有些得做修改，此方法无法修改

改造方案

• 引入HTTP服务器介入
• 但是因为需要兼容不同协议，只有等确定协议后才能引入协议，需要预读数据，进行协议判定。
• HTTPS代理协议只处理一组Connect协议，之后需要解除http协议进行双向绑定。

完整源码

1. 预读数据

• Socks5：第一个字节为0X05，非ascii字符，其它协议不会影响
• Https: https代理必须发送Connect方法，所以必须以CONNECT或者connect开头，且查询其它HTTP方法没有以C开头的，这里仅判断第一个字符为C或者c，该协议仅处理一条http请求不参与后续TLS握手协议等保证数据安全
• 其它开头的均被认为http代理

let mut buffer = BinaryMut::with_capacity(24);
let size = {
    let mut buf = ReadBuf::uninit(buffer.chunk_mut());
    inbound.read_buf(&mut buf).await?;
    buf.filled().len()
};

if size == 0 {
    return Err(ProxyError::Extension("empty"));
}
unsafe {
    buffer.advance_mut(size);
}
// socks5 协议, 直接返回, 交给socks5层处理
if buffer.as_slice()[0] == 5 {
    return Err(ProxyError::Continue((Some(buffer), inbound)));
}

let mut max_req_num = usize::MAX;
// https 协议, 以connect开头, 仅处理一条HTTP请求
if buffer.as_slice()[0] == b'C' || buffer.as_slice()[0] == b'c' {
    max_req_num = 1;
}

1. 构建HTTP服务器，构建服务类：

/// http代理类处理类
struct Operate {
    /// 用户名
    username: Option<String>,
    /// 密码
    password: Option<String>,
    /// Stream类, https连接后给后续https使用
    stream: Option<TcpStream>,
    /// http代理keep-alive的复用
    sender: Option<Sender<RecvRequest>>,
    /// http代理keep-alive的复用
    receiver: Option<Receiver<ProtResult<RecvResponse>>>,
}

构建HTTP服务

// 需要将已读的数据buffer重新加到server的已读cache中, 否则解析会出错
let mut server = Server::new_by_cache(inbound, None, buffer);
// 构建HTTP服务回调
let mut operate = Operate {
    username: username.clone(),
    password: password.clone(),
    stream: None,
    sender: None,
    receiver: None,
};
server.set_max_req(max_req_num);
let _e = server.incoming(&mut operate).await?;
if let Some(outbound) = &mut operate.stream {
    let mut inbound = server.into_io();
    let _ = copy_bidirectional(&mut inbound, outbound).await?;
}

此时我们已将数据用HTTP服务进行处理，收到相应的请求再进行给远端做转发：

HTTP核心处理回调，此处我们用的是async_trait异步回调

#[async_trait]
impl OperateTrait for &mut Operate {
    async fn operate(&mut self, request: &mut RecvRequest) -> ProtResult<RecvResponse> {
        // 已连接直接进行后续处理
        if let Some(sender) = &self.sender {
            sender.send(request.replace_clone(Body::empty())).await?;
            if let Some(res) = self.receiver.as_mut().unwrap().recv().await {
                return Ok(res?)
            }
            return Err(ProtError::Extension("already close by other"))
        }
        // 获取要连接的对象
        let stream = if let Some(host) = request.get_connect_url() {
            match HealthCheck::connect(&host).await {
                Ok(v) => v,
                Err(e) => {
                    return Err(ProtError::from(e));
                }
            }
        } else {
            return Err(ProtError::Extension("unknow tcp stream"));
        };

        // 账号密码存在，将获取`Proxy-Authorization`进行校验，如果检验错误返回407协议
        if self.username.is_some() && self.password.is_some() {
            let mut is_auth = false;
            if let Some(auth) = request.headers_mut().remove(&"Proxy-Authorization") {
                if let Some(val) = auth.as_string() {
                    is_auth = self.check_basic_auth(&val);
                }
            }
            if !is_auth {
                return Ok(Response::builder().status(407).body("")?.into_type());
            }
        }

        // 判断用户协议
        match request.method() {
            &Method::Connect => {
                // https返回200内容直接进行远端和客户端的双向绑定
                self.stream = Some(stream);
                return Ok(Response::builder().status(200).body("")?.into_type());
            }
            _ => {
                // http协议，需要将客户端的内容转发到服务端，并将服务端数据转回客户端
                let client = Client::new(ClientOption::default(), MaybeHttpsStream::Http(stream));
                let (mut recv, sender) = client.send2(request.replace_clone(Body::empty())).await?;
                match recv.recv().await {
                    Some(res) => {
                        self.sender = Some(sender);
                        self.receiver = Some(recv);
                        return Ok(res?)
                    },
                    None => return Err(ProtError::Extension("already close by other")),
                }
            }
        }

    }
}

密码校验，由Basic的密码加密方法，先用base64解密，再用:做拆分，再与用户密码比较

pub fn check_basic_auth(&self, value: &str) -> bool
{
    use base64::engine::general_purpose;
    use std::io::Read;

    let vals: Vec<&str> = value.split_whitespace().collect();
    if vals.len() == 1 {
        return false;
    }

    let mut wrapped_reader = Cursor::new(vals[1].as_bytes());
    let mut decoder = base64::read::DecoderReader::new(
        &mut wrapped_reader,
        &general_purpose::STANDARD);
    // handle errors as you normally would
    let mut result: Vec<u8> = Vec::new();
    decoder.read_to_end(&mut result).unwrap();

    if let Ok(value) = String::from_utf8(result) {
        let up: Vec<&str> = value.split(":").collect();
        if up.len() != 2 {
            return false;
        }
        if up[0] == self.username.as_ref().unwrap() ||
            up[1] == self.password.as_ref().unwrap() {
            return true;
        }
    }

    return false;
}

小结

代理在计算机网络很常见，比如服务器群组内部通常只会开一个口进行对外访问，就可以通过内网代理来进行处理，从而更好的保护内网服务器。代理让我们网络更安全，但是警惕非正规的代理可能会窃取您的数据。请用HTTPS内容访问更安全。

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