日均请求量1.6万亿次背后，DNSPod的秘密-国密DoH篇
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· 2021-11-30
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在2005年的时候，我做了一个和DNS有关的小产品——DNSPod。
当时做这样一个产品的背景很简单，那还是一个「南电信北联通（网通）」的时代，相信很多人都会有印象：那个时候你打开一个网站，首先看到的并不是网站的首页，而是一个密密麻麻的「电信1」「电信2」「网通1」「网通2」…运营商之间互设门槛，最后造成的互访速度下降的结果还是用户来买单。而DNSPod，就是用很优雅的方式解决这个问题，自动把用户分流到对应的服务器，也是因为这个方式让很多朋友们认识了DNSPod，认识了我。
对于很多人来说，哪怕是DNSPod的长期用户，对DNSPod的印象仍旧停留在那个最早期的阶段。而实际上，今天的DNSPod，早就已经不是一个单一的域名解析产品，它已经悄然的成长成为了一个日均解析量超过1.6万亿次的巨兽。这期间我们的技术方案经历了多次重大的升级迭代，包括底层解析技术做了长期和细致的剖析，不断的创新与试错，形成了基于F-Stack/DPDK基础框架的自研递归和权威服务器架构，不断探索着性能极限，力求为用户提供高速稳定的解析体验。
除了技术硬实力的突飞猛进，我一直也在思考探索更多的尚未得到满足的DNS使用需求。所以在过去的几年，除了大家熟知的权威套餐的全面升级之外，我们还上线了移动解析（HTTPDNS）、内网解析（Private DNS）、公共解析（Public DNS）智能流量调度（IGTM)、DoT、DoH等一系列DNS相关产品及服务，经过长达数年的底层模块灰度和打磨，完成了完整的全链路DNS方案的建设。
一、新DNSPod的力量，揭秘国密DoH
这个焕然一新的DNSPod到底有哪些优势？今天主要和大家分享一下我们的国密DoH吧。
DoH全称DNS over HTTPs，它使用HTTPs来传输DNS协议。DoH的安全原理与DoT一样，使用TLS协议来传输DNS协议。TLS协议是目前互联网最常用的安全加密协议之一，我们访问HTTPs的安全基础是基于TLS协议的。相比于之前使用无连接无加密的UDP模式，TLS本身已经实现了保密性与完整性。
那么TLS协议本身是如何实现完整性与保密性的呢？TLS协议的基本思路是证书+加密机制，双管齐下保证安全。证书相当于申请了一个合法的身份证，当客户端向服务器发起连接的时候，双方会相互校验一下身份，服务器把证书给客户端，客户端校验证书的内容和合法性。
握手协议则是用公钥加密法：首先，客户端会向服务器端索要并验证公钥，验证后双方会协商生成“对话密钥”，类似于两个人独有的摩斯密码，在此之后，双方就会采用对话密钥进行加密通信。通俗的理解就是：你要和你的笔友写信，握手协议是你和你的笔友之间商量出来一套加密通信的方式，而证书则是保证拿到你寄出去的信的人是你的笔友本人。
DoT在专用端口上通过TLS连接DNS服务器，而DoH是基于使用HTTP应用程序层协议，将查询发送到HTTPS端口上的特定HTTP端点,这里造成的外界感知就是端口号的不同，DoT的端口号是853，DoH端口号443。
然而因为增加了握手的过程，以及数据增加了加密的步骤，前期协商带来的时间损耗势必会带来传输速度变慢的问题。
但是！经过我们团队的努力，通过对客户端侧改造和优化，采用本地缓存，提前预取，连接复用等技术方案，积极优化了整体流程，实现了与原DNS协议相近的时延效果。实际上，这只是DNSPod硬实力的一个小小例证，我们并未止步于此。
二、发展国密产品，当属时代所需
作为网络安全行业从业者，密码算法作为保障信息安全的核心技术，然而我们国家多个等核心领域却长期沿用3DES等国际通用的密码算法体系。密码技术能够直接作用于数据，是保护数据的核心手段，也是保障信息产业生态安全、得以正常运营的重要基础，在计算机和网络系统中发挥了不可替代的安全作用。推广国产密码技术、应用商用密码算法，是建设我国网络空间安全基础设施的必要措施之一。基于上述原因，发展国密产品发展，不仅是企业所需，更是时代所需。
于是，我们对通信消息中的密钥协商部分进行国密化(SM2)适配，在节点握手过程里，采用SM2密码组件和SM2数字证书，于是DNSPod DoH摇身一变，成为了国密DoH。
（一）基与SM2加密算法的tls流程分为这样几个步骤
握手请求阶段：客户端向服务器发送hello报文，请求服务器证书；
服务器端认证阶段：服务器端向客户端发送服务器端证书；
客户端认证阶段：客户端验证服务器证书合法性，发起密钥交换流程；
完成握手阶段：密钥交换完成，后续数据传输基于协商的密钥加密。
（二）可以看到，和传统的TLS握手流程的有主要的区别
在服务器端认证阶段，所述服务器端采用的是SM2证书，其中包含SM2公钥。
在客户端认证阶段，密钥交换消息中包含预主密钥，而预主密钥采用的服务器端的SM2公钥进行加密。
在客户端认证阶段，客户端曾收到客户端证书请求，首先向服务器端发送客户端SM2证书，并且在发送完密钥交换消息后，还发送客户端SM2证书签名；服务器端利用收到的客户端SM2证书签名对客户端进行验证。
在发送客户端SM2证书签名时，在签名原文中加入由所述服务器端SM2证书中公钥计算得出的杂凑值。
DNSPod的国密DoH，是国内首个支持国产密码算法的DoH产品。实际上，这样的一个产品需要投入巨大的人力与精力，却难以短时间变现成为商业上的回报。在我看来，DNSPod作为国内首屈一指的DNS服务商，推出中国人自己的网络加密技术产品，保卫中国人自己的机密信息，隐私安全，填补了我国国产化自主可控安全产品的技术空白和产品空白，某种程度上，这是作为开拓者的一种使命感。
我也希望未来可以看到更多的企业和开发者，能投身于国密产品领域，一起把这个产业链建设起来。
快来留言区写下本文读后感吧，分享你学习DNSPod及其相关技术的收获与切身感悟~
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