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公网服务器不通过NAT与私网内设备进行通信方案(网络穿透)

一、SSH反向隧道

在无法修改公网环境(如运营商限制,无法直接修改NAT或静态路由)的情况下。它可以绕过 NAT 和防火墙限制,实现私网设备和公网服务器之间的双向通信。

1.1 SSH 反向隧道实现方式

  • 私网设备主动连接到公网服务器:

  • 私网设备通过 SSH 主动建立连接,这样 NAT 和防火墙会允许连接通过。由于连接是从私网发起的,NAT 会为该连接建立一个映射。

  • 将公网服务器上的端口映射到私网设备:

  • 私网设备可以通过 SSH 将其服务(如 HTTP、数据库等)映射到公网服务器的一个指定端口。公网服务器上的用户访问这个端口,就相当于直接访问了私网设备的服务。

  • 为了确保 SSH 隧道长时间保持连接,剋以编辑私网设备的crontab,定时启动ssh建立隧道。

    1.2 交互流程

    1.3 优缺点

    优点

    缺点

    无需公网 IP,绕过 NAT 和防火墙限制

    依赖公网服务器的稳定性

    配置简单,不需要复杂的 VPN 环境

    如果 SSH 隧道断开,连接会中断

    可以加密通信,确保数据安全

    公网服务器上需要额外的端口资源

    支持多种服务(HTTP、数据库等)隧道化

    对公网服务器的带宽和性能要求较高

    二、WireGuard

    WireGuard 提供简单、高效和安全的加密通信。通过 UDP 协议传输数据,使用现代加密技术(ChaCha20Poly1305对称加密,用于加密数据流)确保通信的保密性、完整性和身份验证。

    核心原理:使用对等连接(Peer-to-Peer)模型,每个节点通过静态密钥(私钥和公钥)建立可信连接。数据通过加密隧道传输,确保其安全性。支持 NAT 穿透,通过 "保持活动(Keepalive)" 机制维持连接。

    特点:每个节点具有唯一的公私钥对。基于 UDP 协议。

    注意:从 OpenSSH 6.5 开始支持 ChaCha20-Poly1305,用于 SSH 传输加密,提升安全性和性能。

    实际使用场景:

  • 访问 Google、Facebook 等网站时,如果你的设备(特别是手机)不支持 AES 硬件加速,浏览器可能会使用 ChaCha20-Poly1305 进行 TLS 1.3 加密,提高加载速度并减少耗电。

  • 使用 VPN(WireGuard),如果你连接 WireGuard VPN,数据流量会使用 ChaCha20-Poly1305 加密,保证你的上网隐私,并且比传统 VPN(如 OpenVPN + AES)在移动设备上更高效。

  • 在 WhatsApp发送加密消息时,消息内容会使用 ChaCha20-Poly1305 进行端到端加密,确保只有接收方能够解密阅读。

  • 使用 OpenSSH 远程管理服务器时,默认可能使用 ChaCha20-Poly1305 作为 SSH 加密算法之一,提高安全性和性能,特别是在低端设备或无 AES 硬件加速的情况下。

  • 2.1 实现方式

    每个节点分配一个虚拟 IP 地址(例如 10.0.0.1)。

    配置公私钥对,用于身份验证和加密。生成私钥,并导出对应的公钥。配置虚拟网络接口,绑定 IP 地址和密钥。添加对等方的公钥和允许的 IP 范围。

    2.2 交互流程

    2.3 优缺点

    优点

    缺点

    比传统 VPN 协议(如 OpenVPN)更快,延迟低。

    没有复杂的认证和路由控制功能,适合简单场景

    配置文件简洁,设置简单,减少了复杂性

    只用公钥/私钥认证,缺少传统认证方式

    采用最新的加密技术(如 ChaCha20 和 Curve25519),更安全

    密钥是静态的,需要手动管理,不支持自动密钥更新

    更适合于长期的 VPN 连接

    WireGuard 仅支持 UDP 协议

    三、Open VPN

    使用 SSL/TLS 协议为控制信道提供安全性,结合用户数据加密技术(如 AES),实现数据隧道化传输。

    3.1 实现方式

    使用虚拟网卡(TUN/TAP)拦截流量,通过 SSL/TLS 协议进行加密和认证,将数据封装为安全隧道传输。支持多种协议(UDP/TCP)和认证方式,适用于跨网络的安全通信

    3.2 交互流程

    3.3 优缺点

    优点

    缺点

    支持多种加密算法(如 AES-256)

    相比 WireGuard 等现代 VPN,效率略低,延迟更高

    持多种认证方式(证书、用户名密码、预共享密钥)和网络配置(TUN/TAP)

    对低性能设备不友好

    可通过 TCP 或 UDP 工作,在受限网络中运行良好

    性能和易用性不足,适合对安全要求高的场景,不适合资源受限或高性能需求的环境

    支持动态 IP 分配、带宽控制、访问控制

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