Clean DNS with eBPF

基于 Rust + eBPF 丢弃 GFW DNS 污染包

注：只在 Linux 上能用，且需要内核支持 XDP。

How to Use

1. 下载 最新的 release
2. 想要加载到内核时(记得修改 eth0 为你的出口网卡名，以及修改 clean-dns.elf 的路径):

   sudo ip link set dev eth0 xdp obj ./clean-dns.elf
   

   正常使用的话，只需要在网卡 ready 后把 elf 挂上去就行了（重启后需再次挂载）。

xdpdrv模式并非每类网卡都可用，多数的Intel网卡、virtio网卡可用xdpdrv模式。若无法使用xdpdrv模式，则可以使用xdpgeneric模式，即： sudo ip link set dev eth0 xdpgeneric obj ./clean-dns.elf

Note: xdp有三种模式: 1. xdpoffload，即智能网卡（例如支持Netronome’s nfp 驱动的网卡）实现了xdpoffload模式 ，允许将整个eBPF/xdp程序offload到硬件，因此程序在网卡收到包时就直接在网卡进行处理；2. xdpdrv，即eBPF/xdp程序直接在驱动的接收路径上运行，理论上这是软件层最早可以处理包的位置；3. xdpgeneric，generic xdp hook位于内核协议栈的主接收路径，接受的是skb格式的包，这些hook位于ingress路径的很后面。

1. 当你想从内核卸载这个 bpf 时(同样，记得修改 eth0 为你的网卡名)：

   sudo ip link set dev eth0 xdp off
   

   正常使用无需卸载。

Features

当挂在本 bpf 后，对应网卡上到 8.8.8.8:53 的 DNS 请求对应响应上的 GFW 污染会被过滤掉。

即你可以在没有梯子的情况下得到正确的 8.8.8.8 对任意域名的解析结果。所以，如果你使用本程序，请记得将 dns 修改为 8.8.8.8。

How It Works

本节大致说明工作原理。

GFW 污染 DNS 的方式为抢答，我们只需要丢弃投毒响应即可获得正确的解析结果。通过 eBPF 我们可以在内核中插入代码，相比在用户态启动代理，这样可以获得更好的性能。

要丢弃投毒响应，重点是找到它们的特征。

以 twitter.com 为例，当向 8.8.8.8 请求 twitter.com 的 A 记录时，正常的响应会返回 2 条结果（1Q2A）；而 GFW 只会返回 1 条，但是使用了 2 次抢答。2 次抢答包其中一个 IP Identification = 0x0000，另一个 IP Flags = 0x40(Don't fragment)；而正常的响应 IPID 不会是 0 并且 IP Flags = 0。

我们只要 Drop 掉符合对应特征的包即可。这时我们可以验证，twitter.com 可以正确解析（fb 等非 google 服务也正常）。

但对于 google.com，这种办法并没有预期的表现。正常的响应 DNS Flags = 0x8180，而抢答包出现了 0x8590(额外标记 Authoritative 和 Answer Authenticated)，0x85a0(额外标记 Authoritative 和 Non-authenticated data: Acceptable)和 0x8580(额外标记 Authoritative) 三种；并且，正常的响应 Answer 中使用 c00c(0b11 + offset) 来复用 Query 中的 Name，抢答响应则重复又写了一遍。

为了避免误杀，我们可以先放行多个 Answer 的包（因为观测到抢答包里只有单个 Answer）。

之后如果标记了 Authoritative，但是 Authority RRs = 0（不确定这个字段我是不是理解对了），则 Drop。

c00c 这个特征也可以作为判断依据，但是要做较多解析和计算，暂时不使用。

这些过滤做完就可以正常拿到 google.com 的 A 记录啦～

这时我们可以验证，google 系的域名也可以正确解析。

For Developers

如果你想二次开发或自行编译，可以参考本节内容。普通用户无需操作。

Install cargo-bpf

cargo install cargo-bpf --git https://github.com/redsift/redbpf

Build

cargo bpf build clean-dns

Run

sudo cargo bpf load -i eth0 target/bpf/programs/clean-dns/clean-dns.elf

Release

To load elf with ip command(ref).

llvm-objcopy \
--remove-section .debug_loc \
--remove-section .debug_info \
--remove-section .debug_ranges \
--remove-section .BTF.ext \
--remove-section .eh_frame \
--remove-section .debug_line \
--remove-section .debug_pubnames \
--remove-section .debug_pubtypes \
--remove-section .debug_abbrev \
--remove-section .debug_str \
--remove-section .text \
--remove-section .BTF \
--remove-section .symtab \
--remove-section .rel.BTF \
--rename-section xdp/clean_dns=prog \
./clean-dns.elf

Note

Inspired by @llcccd