TLS على مستوى النواة (kTLS)

المصدر: common/tls/ktls.go، common/ktls/ktls.go، common/ktls/ktls_linux.go، common/ktls/ktls_cipher_suites_linux.go، common/ktls/ktls_const.go، common/ktls/ktls_write.go، common/ktls/ktls_read.go، common/ktls/ktls_read_wait.go، common/ktls/ktls_close.go

نظرة عامة

يُفرِّغ kTLS عمليات تشفير/فك تشفير TLS إلى نواة Linux، مما يُمكِّن عمليات sendfile و splice بدون نسخ. وهو مقيد بقيود البناء: linux && go1.25 && badlinkname.

يُدعم فقط TLS 1.3. يتعامل التنفيذ مع كل من تفريغ TX (الإرسال) و RX (الاستقبال).

طبقة التكامل

يوفر ملف common/tls/ktls.go أنواعًا مُغلِّفة تعترض اكتمال مصافحة TLS:

type KTLSClientConfig struct {
    Config
    logger             logger.ContextLogger
    kernelTx, kernelRx bool
}

func (w *KTLSClientConfig) ClientHandshake(ctx context.Context, conn net.Conn) (aTLS.Conn, error) {
    tlsConn, err := aTLS.ClientHandshake(ctx, conn, w.Config)
    if err != nil { return nil, err }
    kConn, err := ktls.NewConn(ctx, w.logger, tlsConn, w.kernelTx, w.kernelRx)
    if err != nil {
        tlsConn.Close()
        return nil, E.Cause(err, "initialize kernel TLS")
    }
    return kConn, nil
}

بالمثل لجانب الخادم مع KTlSServerConfig.

تهيئة الاتصال

type Conn struct {
    aTLS.Conn
    ctx             context.Context
    logger          logger.ContextLogger
    conn            net.Conn
    rawConn         *badtls.RawConn
    syscallConn     syscall.Conn
    rawSyscallConn  syscall.RawConn
    readWaitOptions N.ReadWaitOptions
    kernelTx        bool
    kernelRx        bool
    pendingRxSplice bool
}

خطوات التهيئة:

تحميل وحدة النواة: تتأكد Load() من تحميل وحدة النواة tls عبر modprobe
استخراج syscall.Conn: يجب أن يُنفِّذ net.Conn الأساسي واجهة syscall.Conn للوصول إلى واصف الملف الخام
استخراج حالة TLS الخام: يستخدم badtls.NewRawConn للوصول إلى الحالة الداخلية لـ TLS (مفاتيح التشفير، المتجهات الأولية، أرقام التسلسل)
التحقق من TLS 1.3: يُدعم فقط tls.VersionTLS13
معالجة السجلات المعلقة: يستنزف أي رسائل ما بعد المصافحة من مخزن TLS المؤقت
إعداد النواة: يستدعي setupKernel مع حالة التشفير المُستخرجة

إعداد النواة (Linux)

func (c *Conn) setupKernel(txOffload, rxOffload bool) error {
    // 1. Set TCP_ULP to "tls"
    rawSyscallConn.Control(func(fd uintptr) {
        unix.SetsockoptString(int(fd), unix.SOL_TCP, unix.TCP_ULP, "tls")
    })

    // 2. Extract cipher info and setup TX/RX
    cipherInfo := kernelCipher(c.rawConn)
    if txOffload {
        unix.SetsockoptString(int(fd), SOL_TLS, TLS_TX, cipherInfo.txData)
        c.kernelTx = true
    }
    if rxOffload {
        unix.SetsockoptString(int(fd), SOL_TLS, TLS_RX, cipherInfo.rxData)
        c.kernelRx = true
    }

    // 3. Enable TX zerocopy (optional)
    unix.SetsockoptInt(int(fd), SOL_TLS, TLS_TX_ZEROCOPY_RO, 1)
    // 4. Disable RX padding (optional)
    unix.SetsockoptInt(int(fd), SOL_TLS, TLS_RX_EXPECT_NO_PAD, 1)
}

مجموعات التشفير المدعومة

يُترجم مُعيِّن تشفير النواة معرفات مجموعات تشفير TLS إلى هياكل تشفير خاصة بالنواة:

مجموعة تشفير TLS	تشفير النواة	حجم المفتاح
`TLS_AES_128_GCM_SHA256`	`TLS_CIPHER_AES_GCM_128`	16 بايت
`TLS_AES_256_GCM_SHA384`	`TLS_CIPHER_AES_GCM_256`	32 بايت
`TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256`	`TLS_CIPHER_CHACHA20_POLY1305`	32 بايت
`TLS_AES_128_CCM_SHA256`	`TLS_CIPHER_AES_CCM_128`	16 بايت

يحتوي كل هيكل تشفير على: إصدار TLS، نوع التشفير، المتجه الأولي (IV)، المفتاح، الملح، ورقم تسلسل السجل، مُستخرجة من الحالة الداخلية لاتصال TLS.

اكتشاف إصدار النواة

يعتمد توفر الميزات على إصدار النواة:

الميزة	الحد الأدنى للنواة
kTLS أساسي (TX)	4.13
kTLS RX	4.17
AES-256-GCM	5.1
ChaCha20-Poly1305	5.11
TX بدون نسخ	5.19
RX بدون حشو	6.0
تحديث المفتاح	6.14

دعم Splice

يوفر kTLS الدالتين SyscallConnForRead و SyscallConnForWrite لتمكين splice على مستوى النواة:

func (c *Conn) SyscallConnForRead() syscall.RawConn {
    if !c.kernelRx { return nil }
    if !*c.rawConn.IsClient {
        c.logger.WarnContext(c.ctx, "ktls: RX splice is unavailable on the server side")
        return nil
    }
    return c.rawSyscallConn
}

func (c *Conn) SyscallConnForWrite() syscall.RawConn {
    if !c.kernelTx { return nil }
    return c.rawSyscallConn
}

splice للاستقبال (RX) متاح فقط على جانب العميل بسبب قيد معروف في النواة.

معالجة الأخطاء

السجلات غير التطبيقية أثناء splice للاستقبال تُرجع EINVAL:

func (c *Conn) HandleSyscallReadError(inputErr error) ([]byte, error) {
    if errors.Is(inputErr, unix.EINVAL) {
        c.pendingRxSplice = true
        err := c.readRecord()  // Read and process the non-app record
        // Return any buffered application data
    } else if errors.Is(inputErr, unix.EBADMSG) {
        return nil, c.rawConn.In.SetErrorLocked(c.sendAlert(alertBadRecordMAC))
    }
}

مسار الكتابة

يستخدم مسار كتابة TX للنواة sendmsg مع رسائل تحكم للإشارة إلى نوع سجل TLS:

func (c *Conn) writeKernelRecord(b []byte, recordType byte) (int, error) {
    // Uses cmsg with SOL_TLS/TLS_SET_RECORD_TYPE
    // Splits writes at MSS boundaries for optimal performance
}

الإغلاق

يُرسل الإغلاق تنبيه close_notify لـ TLS عبر النواة:

func (c *Conn) Close() error {
    if c.kernelTx {
        c.writeKernelRecord([]byte{alertCloseNotify}, recordTypeAlert)
    }
    return c.conn.Close()
}

اعتبارات الأداء

يُحذِّر مطورو sing-box صراحة بشأن أداء kTLS:

kTLS TX مفيد فقط في سيناريوهات sendfile/splice (خدمة الملفات، الوكالة بين اتصالات kTLS)
kTLS RX "سيُقلل الأداء بالتأكيد" وفقًا لتحذيرات الشفرة المصدرية
يتجنب تنفيذ TLS في النواة تبديل السياق للتشفير لكنه يُضيف عبئًا لتأطير السجلات
kTLS أكثر فائدة لسيناريوهات الإنتاجية العالية والحمل المنخفض على المعالج

TLS على مستوى النواة (kTLS) ​

نظرة عامة ​

طبقة التكامل ​

تهيئة الاتصال ​

إعداد النواة (Linux) ​

مجموعات التشفير المدعومة ​

اكتشاف إصدار النواة ​

دعم Splice ​

معالجة الأخطاء ​

مسار الكتابة ​

الإغلاق ​

اعتبارات الأداء ​