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我們偶爾會有需要使用到 VPN 服務，可能是要存取公司內部網路、模擬成外國IP用來切換帳號，或甚至是在強國需要翻牆的時候。 VPN 服務提供了一個中介層，把所有的網路請求透過這個中介層來做轉發

一來可以模擬一些資訊（國家／地區），二來也可以保護本地的真實資料不會暴露在網路上

不過這次的需求比較特殊，因為工作需要，我們的App可能會處於一個 DNS 被竄改的網路環境，所以我們App所使用的 domain 可能會被 hijack 而被導向我們不預期的IP。所以這時候我們就透過了 Android 內建的 VPNService 來在我們的 App 中建立一個 VPN Service，一來是把App中所有的流量集中從這個 VPNService 出去，二來從中強迫指定 DNS Server 的規則以及真實 IP，以保護我們 App 中所有網路請求的 DNS 轉換都是可信任的。

具體作法的架構如下 f:id:mouseface99:20191121130114p:plain

建立一個 MyVPNService, 然後與系統的網路層綁定，讓系統自動將 My Application 中所有 Network 的流量，都先通過配置好的 MyVPNService 出去。其中這個自定義的 MyVPNService 就包含了我們指定的 DNS server，而不去用系統內建的。

具體實作步驟：

建立 MyVPNService 並繼承 android.net.VPNService
在 AndroidMenifest.xml 中註冊 MyVPNService
在我們 App 初始化的時候，啟動這個 Service，並且在 service init 的時候做相對應的配置跟綁定。
記得在 App 退出的時候，停掉這個 Service

MyVPNService.java

public class MyVPNService extends VpnService {
   private VpnService.Builder builder = new VpnService.Builder();
   private ParcelFileDescriptor fileDescriptor;
   private Thread mThread;
   private boolean shouldRun = true;
   private DatagramChannel tunnel;

   public void stopThisService() {
       this.shouldRun = false;
       stopSelf();
   }

   @Override
   public int onStartCommand(final Intent paramIntent, int p1, int p2) {
       mThread = new Thread(new Runnable() {
           public void run() {
               try {
                   fileDescriptor = builder.setSession("MyVPNService")
                                   .addAddress("192.168.0.1", 24)
                                   .addDnsServer("8.8.8.8")
                                   .addDnsServer("8.8.4.4")
                                   .establish();

                   tunnel = DatagramChannel.open();
                   tunnel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8087));
                   protect(tunnel.socket());

                   while (shouldRun)
                       Thread.sleep(100L);
               } catch (Exception exception) {} 
              finally {
                   if (fileDescriptor != null) {
                       try {
                           fileDescriptor.close();
                           fileDescriptor = null;
                       } catch (IOException e) {}
                   }
               }
            }
       }, "DNS Changer");
       mThread.start();
       return Service.START_NOT_STICKY;
   }

   @Override
   public IBinder onBind(Intent intent) {
       return mBinder;
   }

   private final IBinder mBinder = new LocalBinder();

   public class LocalBinder extends Binder {
       public MyVPNService getService() {
           return MyVPNService.this;
       }
   }
}

AndroidManifest.xml

宣告 Service 的同時，也要記得加上 BIND_VPN_SERVICE 的權限！

...
<service
       android:name=".MyVPNService"
       android:permission="android.permission.BIND_VPN_SERVICE" />
...

MainActivity.java

public class MainActivity extends Activity {
   final int REQUEST_CONNECT = 21;
   private MyVPNService mService = null;
   private Intent serviceIntent;

   @Override
   protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
       super.onCreate(savedInstanceState);
       serviceIntent = new Intent(this, MyVPNService.class);
       startDNS();
   }

   private void startDNS(){
       Intent intent = VpnService.prepare(this);
       if (intent != null)
           startActivityForResult(intent, REQUEST_CONNECT);
       else
           onActivityResult(REQUEST_CONNECT, RESULT_OK, null);
   }

   private ServiceConnection connection = new ServiceConnection(){
       @Override
       public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
           if(service != null && service instanceof MyVPNService.LocalBinder){
               mService = ((MyVPNService.LocalBinder) service).getService();
           }
       }

       @Override
       public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {}
   };

   protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
       if (resultCode == RESULT_OK) {
           startService(serviceIntent);
           bindService(serviceIntent, connection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
       }
       super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);
   }

   @Override
   protected void onStop() {
       super.onStop();
       if(mService != null)
           mService.stopThisService();
       unbindService(connection);
   }
}

解說

首先這個 Service 必需繼承 Android 的 android.net.VpnService

public class MyVPNService extends VpnService

然後在 Service 啟動時開啟一個 background thread 來做初始化

首先先建立這個 VPN Service 的描述檔 addAddress：指定虛擬接口的 IP addDnsServer：指定接口的 DNS Server

...
VpnService.Builder builder = new VpnService.Builder();
ParcelFileDescriptor fileDescriptor;
...
fileDescriptor = builder.setSession("MyVPNService")
                .addAddress("192.168.0.1", 24)
                .addDnsServer("8.8.8.8")
                .addDnsServer("8.8.4.4")
                .establish();

當然還有像是 setMtu addRoute addSearchDomain 功能，但是目前的應用主要是以指定 DNS 的需求

接下來就是建立一個Socket，並指定到本地的 8087 port

...
DatagramChannel tunnel;
...
tunnel = DatagramChannel.open();
tunnel.connect(new InetSocketAddress("127.0.0.1", 8087));

最後，透過 VpnService 中的 protect 讓系統進行 Socket 的設置以及確保流量會透過我們建立的 Socket 出去

protect(tunnel.socket());

建立好 VPNService 後，還要在 App 開啟時（或是任何需要的時候）去啟動它

要啟動時，首先因為 VPN Service 的開啟，就像 Runtime permission 一樣，必須要明確的用戶確認後才能使用。所以，要先確認用戶是否已經同意/開啟過

private void startDNS(){
        Intent intent = VpnService.prepare(this);
        if (intent != null)
                startActivityForResult(intent, REQUEST_CONNECT);
        else
                onActivityResult(REQUEST_CONNECT, RESULT_OK, null);
}

如果 VpnService.prepare(this) 有拿到 intent，表示用戶還沒有同意過，所以系統會給你一個對應的 intent 來取得用戶同意

開啟這個 intent 後，系統會跳出一個視窗來詢問使用者是否同意我們的 App 開啟一個背景 VPN

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在用戶同意後，未來啟動的時候，VpnService.prepare(this) 就不會拿到 intent，這時候就可以直接啟動 Service

最後，在 App 裏開的時候，記得要停掉這個 VPNService，不然這個 Service 會一直在背景開啟，並且一直轉導用戶的網路流量（就變成真正的 VPN服務，或是感覺就像是監控間諜軟體 XD）

@Override
protected void onStop() {
        super.onStop();
        if(mService != null)
            mService.stopThisService();
        unbindService(connection);
}

參考資料

VPNService 原理及使用介紹：https://blog.csdn.net/roland_sun/article/details/46337171
Sample project : https://github.com/msayan/star-dns-changer
Public DNS 服務：https://www.lifewire.com/free-and-public-dns-servers-2626062

MF99 coding 💻

keep learning; keep coding;

App 內建 VPN/DNS service

具體實作步驟：

MyVPNService.java

AndroidManifest.xml

MainActivity.java

解說

參考資料