VMess 协议

VMess 是 V2Ray 原创的加密通讯协议。

版本

当前版本号为 1。

依赖

底层协议

VMess 是一个基于 TCP 的协议,所有数据使用 TCP 传输。

用户 ID

ID 等价于 UUID,是一个 16 字节长的随机数,它的作用相当于一个令牌(Token)。 一个 ID 形如:de305d54-75b4-431b-adb2-eb6b9e546014,几乎完全随机,可以使用任何的 UUID 生成器来生成,比如这个

用户 ID 可在配置文件中指定。

函数

  • MD5: MD5 函数
    • 输入参数为任意长度的 byte 数组
    • 输出为一个 16 byte 的数组
  • HMAC: HMAC 函数
    • 输入参数为:
      • H:散列函数
      • K:密钥,任意长度的 byte 数组
      • M:消息,任意长度的 byte 数组
  • Shake: SHA3-Shake128 函数
    • 输入参数为任意长度的字符串
    • 输出为任意长度的字符串

通讯过程

VMess 是一个无状态协议,即客户端和服务器之间不需要握手即可直接传输数据,每一次数据传输对之前和之后的其它数据传输没有影响。 VMess 的客户端发起一次请求,服务器判断该请求是否来自一个合法的客户端。如验证通过,则转发该请求,并把获得的响应发回给客户端。 VMess 使用非对称格式,即客户端发出的请求和服务器端的响应使用了不同的格式。

客户端请求

16 字节 X 字节 余下部分
认证信息 指令部分 数据部分

认证信息

认证信息是一个 16 字节的哈希(hash)值,它的计算方式如下:

  • H = MD5
  • K = 用户 ID (16 字节)
  • M = UTC 时间,精确到秒,取值为当前时间的前后 30 秒随机值(8 字节, Big Endian)
  • Hash = HMAC(H, K, M)

指令部分

指令部分经过 AES-128-CFB 加密:

  • Key:MD5(用户 ID + 'c48619fe-8f02-49e0-b9e9-edf763e17e21')
  • IV:MD5(X + X + X + X),X = []byte(认证信息生成的时间) (8 字节, Big Endian)
1 字节 16 字节 16 字节 1 字节 1 字节 4 位 4 位 1 字节 1 字节 2 字节 1 字节 N 字节 P 字节 4 字节
版本号 Ver 数据加密 IV 数据加密 Key 响应认证 V 选项 Opt 余量 P 加密方式 Sec 保留 指令 Cmd 端口 Port 地址类型 T 地址 A 随机值 校验 F

选项 Opt 细节:(当某一位为 1 时,表示该选项启用)

0 1 2 3 4 5 6 7
X X X X X M R S

其中:

  • 版本号 Ver:始终为 1;
  • 数据加密 IV:随机值;
  • 数据加密 Key:随机值;
  • 响应认证 V:随机值;
  • 选项 Opt:
    • S (0x01):标准格式的数据流(建议开启);
    • R (0x02):客户端期待重用 TCP 连接(V2Ray 2.23+ 弃用);
      • 只有当 S 开启时,这一项才有效;
    • M (0x04):开启元数据混淆(建议开启);
      • 只有当 S 开启时,这一项才有效;
      • 当其项开启时,客户端和服务器端需要分别构造两个 Shake 实例,分别为 RequestMask = Shake(请求数据 IV), ResponseMask = Shake(响应数据 IV)。
    • X:保留
  • 余量 P:在校验值之前加入 P 字节的随机值;
  • 加密方式:指定数据部分的加密方式,可选的值有:
    • 0x00:AES-128-CFB;
    • 0x01:不加密;
    • 0x02:AES-128-GCM;
    • 0x03:ChaCha20-Poly1305;
  • 指令 Cmd:
    • 0x01:TCP 数据;
    • 0x02:UDP 数据;
  • 端口 Port:Big Endian 格式的整型端口号;
  • 地址类型 T:
    • 0x01:IPv4
    • 0x02:域名
    • 0x03:IPv6
  • 地址 A:
    • 当 T = 0x01 时,A 为 4 字节 IPv4 地址;
    • 当 T = 0x02 时,A 为 1 字节长度(L) + L 字节域名;
    • 当 T = 0x03 时,A 为 16 字节 IPv6 地址;
  • 校验 F:指令部分除 F 外所有内容的 FNV1a hash;

数据部分

数据部分有两种格式,默认为基本格式。

基本格式 (弃用)

此格式仅作为向后兼容所用,在之后的版本中可能被删除。

所有数据均认为是请求的实际内容。这些内容将被发往指令部分所指定的地址。当 Cmd = 0x01 时,这些数据将以 TCP 的形式发送;当 Cmd = 0x02 时,这些数据将以 UDP 形式发送。

此格式支持“不加密”和“AES-128-CFB”两种加密方式,加密的 Key 和 IV 由指令部分指定。

标准格式

当 Opt(S) 开启时,数据部分使用此格式。实际的请求数据被分割为若干个小块,每个小块的格式如下。服务器校验完所有的小块之后,再按基本格式的方式进行转发。

2 字节 L 字节
长度 L 数据包

其中:

  • 长度 L:Big Endian 格式的整型,最大值为 2^14;
    • 当 Opt(M) 开启时,L 的值 = 真实值 xor Mask。Mask = (RequestMask.NextByte() << 8) + RequestMask.NextByte();
  • 数据包:由指定的加密方式加密过的数据包;

在传输结束之前,数据包中必须有实际数据,即除了长度和认证数据之外的数据。当传输结束时,客户端必须发送一个空的数据包,即 L = 0(不加密) 或认证数据长度(有加密),来表示传输结束。

按加密方式不同,数据包的格式如下:

  • 不加密:
    • L 字节:实际数据;
  • AES-128-CFB:整个数据部分使用 AES-128-CFB 加密
    • 4 字节:实际数据的 FNV1a hash;
    • L - 4 字节:实际数据;
  • AES-128-GCM:Key 为指令部分的 Key,IV = count (2 字节) + IV (10 字节)。count 从 0 开始递增,每个数据包加 1;IV 为 指令部分 IV 的第 3 至第 12 字节。
    • L - 16 字节:实际数据;
    • 16 字节:GCM 认证信息
  • ChaCha20-Poly1305:Key = MD5(指令部分 Key) + MD5(MD5(指令部分 Key)),IV = count (2 字节) + IV (10 字节)。count 从 0 开始递增,每个数据包加 1;IV 为 指令部分 IV 的第 3 至第 12 字节。
    • L - 16 字节:实际数据;
    • 16 字节:Poly1305 认证信息

服务器应答

应答头部数据使用 AES-128-CFB 加密,IV 为 MD5(数据加密 IV),Key 为 MD5(数据加密 Key)。实际应答数据视加密设置不同而不同。

1 字节 1 字节 1 字节 1 字节 M 字节 余下部分
响应认证 V 选项Opt 指令 Cmd 指令长度 M 指令内容 实际应答数据

其中:

  • 响应认证 V:必须和客户端请求中的响应认证 V 一致;
  • 选项 Opt:
    • 0x01:服务器端准备重用 TCP 连接(V2Ray 2.23+ 弃用);
  • 指令 Cmd:
    • 0x01:动态端口指令
  • 实际应答数据:
    • 如果请求中的 Opt(S) 开启,则使用标准格式,否则使用基本格式。
    • 格式均和请求数据相同。
      • 当 Opt(M) 开启时,长度 L 的值 = 真实值 xor Mask。Mask = (ResponseMask.NextByte() << 8) + ResponseMask.NextByte();

动态端口指令

1 字节 2 字节 16 字节 2 字节 1 字节 1 字节
保留 端口 Port 用户 ID AlterID 用户等级 有效时间 T

其中:

  • 端口 Port:Big Endian 格式的整型端口号;
  • 有效时间 T:分钟数;

客户端在收到动态端口指令时,服务器已开放新的端口用于通信,这时客户端可以将数据发往新的端口。在 T 分钟之后,这个端口将失效,客户端必须重新使用主端口进行通信。

注释

  • 为确保向前兼容性,所有保留字段的值必须为 0。