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四分钟从入门到精晓

作者: w88官方网站手机版  发布:2019-04-18

WebSocket:4分钟从入门到理解

2018/01/08 · HTML5 · 1 评论 · websocket

初稿出处: 次第猿小卡   

一、内容大概浏览

原稿出处: 程序猿小卡   

壹、内容大概浏览

WebSocket的产出,使得浏览器具有了实时双向通讯的本领。本文由浅入深,介绍了WebSocket怎样树立连接、调换数据的细节,以及数据帧的格式。其它,还简单介绍了针对性WebSocket的四平攻击,以及协和式飞机是何等抵抗类似攻击的。

WebSocket的出现,使得浏览器具有了实时双向通讯的力量。本文由表及里,介绍了WebSocket怎样建立连接、沟通数据的底细,以及数据帧的格式。别的,还简单介绍了针对WebSocket的平安攻击,以及协和式飞机是什么抵挡类似攻击的。

1、内容大概浏览

WebSocket的产出,使得浏览器具有了实时双向通讯的工夫。本文由表及里,介绍了WebSocket如何树立连接、交流数据的细节,以及数据帧的格式。其余,还简单介绍了针对WebSocket的平安攻击,以及协和式飞机是怎样抵挡类似攻击的。

二、什么是WebSocket

HTML伍开首提供的一种浏览器与服务器举办全双工通讯的网络技术,属于应用层协议。它依照TCP传输协议,并复用HTTP的拉手通道。

对大许多web开拓者来说,下边这段描述有点枯燥,其实只要记住几点:

  1. WebSocket能够在浏览器里应用
  2. 协理双向通信
  3. 动用很简短

二、什么是WebSocket

二、什么是WebSocket

HTML伍早先提供的一种浏览器与服务器举行全双工通信的网络技巧,属于应用层协议。它遵照TCP传输协议,并复用HTTP的拉手通道。

对绝大很多web开荒者来讲,上边那段描述有点枯燥,其实只要记住几点:

  1. WebSocket能够在浏览器里使用
  2. 帮衬双向通讯
  3. 使用很简短

一、有啥样优点

提及优点,这里的比较参照物是HTTP协议,回顾地说就是:协理双向通讯,更加灵活,更加快速,可扩张性更加好。

  1. 帮衬双向通讯,实时性更强。
  2. 更加好的二进制协助。
  3. 较少的垄断(monopoly)开荒。连接创设后,ws客户端、服务端进行数据沟通时,协议决定的多少遵义部较小。在不分洛阳部的景色下,服务端到客户端的宿迁唯有2~拾字节(取决于数量包长度),客户端到服务端的来讲,要求加上额外的四字节的掩码。而HTTP协议每便通讯都须求带领完整的底部。
  4. 支撑扩张。ws合计定义了增加,用户能够增添协议,或然完结自定义的子协议。(比如支持自定义压缩算法等)

对此背后两点,未有色金属探究所究过WebSocket协议正式的同学可能清楚起来不够直观,但不影响对WebSocket的上学和行使。

HTML5始发提供的一种浏览器与服务器进行全双工通信的网络技术,属于应用层协议。它依照TCP传输协议,并复用HTTP的抓手通道。

一、有啥亮点

谈到优点,那里的相比参照物是HTTP协议,回顾地说便是:援助双向通信,更加灵活,更便捷,可增加性更加好。

  1. 支撑双向通讯,实时性更加强。
  2. 越来越好的2进制帮衬。
  3. 较少的垄断支出。连接创造后,ws客户端、服务端举办数据交流时,协议决定的数码洛阳部较小。在不含有尾部的动静下,服务端到客户端的九江唯有二~拾字节(取决于数量包长度),客户端到服务端的来讲,必要加上额外的四字节的掩码。而HTTP协议每一趟通讯都急需指点完整的尾部。
  4. 支撑扩张。ws协和式飞机定义了增加,用户能够扩展协议,也许实现自定义的子协议。(比如帮衬自定义压缩算法等)

对此背后两点,未有色金属切磋所究过WebSocket协议正式的校友恐怕知道起来不够直观,但不影响对WebSocket的求学和应用。

二、供给上学怎么东西

对互连网应用层协议的上学来讲,最要害的频仍正是接二连三建立进程数据调换教程。当然,数据的格式是逃不掉的,因为它平素调节了商谈本人的力量。好的数额格式能让协议更便捷、扩大性越来越好。

下文主要围绕上边几点开始展览:

  1. 如何建立连接
  2. 哪些交流数据
  3. 数码帧格式
  4. 什么保险连接

对大诸多web开垦者来说,下边那段描述有点枯燥,其实只要记住几点:

贰、需求学习如李亚平西

对互联网应用层协议的求学来说,最关键的频仍正是总是建立进程数据调换教程。当然,数据的格式是逃不掉的,因为它一贯调整了协议本人的技巧。好的多少格式能让协议更加高速、扩充性更加好。

下文首要围绕上面几点开始展览:

  1. 何以树立连接
  2. 何以交流数据
  3. 数量帧格式
  4. 怎么保持连接

3、入门例子

在专业介绍协议细节前,先来看叁个简约的例证,有个直观感受。例子包含了WebSocket服务端、WebSocket客户端(网页端)。完整代码能够在 这里 找到。

此地服务端用了ws以此库。相比较我们纯熟的socket.iows贯彻更轻量,更契合学习的目标。

WebSocket能够在浏览器里应用

3、入门例子

在正儿八经介绍协议细节前,先来看3个简短的例证,有个直观感受。例子包括了WebSocket服务端、WebSocket客户端(网页端)。完整代码能够在 这里 找到。

此地服务端用了ws其壹库。相比较大家熟习的socket.iows贯彻更轻量,更契合学习的目标。

1、服务端

代码如下,监听8080端口。当有新的接连请求达到时,打字与印刷日志,同时向客户端发送消息。当接过到来自客户端的信息时,一样打字与印刷日志。

var app = require('express')(); var server = require('http').Server(app); var WebSocket = require('ws'); var wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 }); wss.on('connection', function connection(ws) { console.log('server: receive connection.'); ws.on('message', function incoming(message) { console.log('server: received: %s', message); }); ws.send('world'); }); app.get('/', function (req, res) { res.sendfile(__dirname '/index.html'); }); app.listen(3000);

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var app = require('express')();
var server = require('http').Server(app);
var WebSocket = require('ws');
 
var wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });
 
wss.on('connection', function connection(ws) {
    console.log('server: receive connection.');
    
    ws.on('message', function incoming(message) {
        console.log('server: received: %s', message);
    });
 
    ws.send('world');
});
 
app.get('/', function (req, res) {
  res.sendfile(__dirname '/index.html');
});
 
app.listen(3000);

支撑双向通讯

1、服务端

代码如下,监听8080端口。当有新的连天请求达到时,打字与印刷日志,同时向客户端发送新闻。当收到到来自客户端的音信时,同样打字与印刷日志。

var app = require('express')(); var server = require('http').Server(app); var WebSocket = require('ws'); var wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 }); wss.on('connection', function connection(ws) { console.log('server: receive connection.'); ws.on('message', function incoming(message) { console.log('server: received: %s', message); }); ws.send('world'); }); app.get('/', function (req, res) { res.sendfile(__dirname '/index.html'); }); app.listen(3000);

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var app = require('express')();
var server = require('http').Server(app);
var WebSocket = require('ws');
 
var wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });
 
wss.on('connection', function connection(ws) {
    console.log('server: receive connection.');
    
    ws.on('message', function incoming(message) {
        console.log('server: received: %s', message);
    });
 
    ws.send('world');
});
 
app.get('/', function (req, res) {
  res.sendfile(__dirname '/index.html');
});
 
app.listen(3000);

2、客户端

代码如下,向8080端口发起WebSocket连接。连接建立后,打字与印刷日志,同时向服务端发送消息。接收到来自服务端的音信后,一样打字与印刷日志。

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利用相当的粗略

2、客户端

代码如下,向8080端口发起WebSocket连接。连接建立后,打字与印刷日志,同时向服务端发送新闻。接收到来自服务端的音讯后,一样打字与印刷日志。

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3、运转结果

可个别查看服务端、客户端的日志,那里不举办。

服务端输出:

server: receive connection. server: received hello

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server: receive connection.
server: received hello

客户端输出:

client: ws connection is open client: received world

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client: ws connection is open
client: received world

一、有哪些优点

叁、运转结果

可分别查看服务端、客户端的日记,那里不开始展览。

服务端输出:

server: receive connection. server: received hello

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server: receive connection.
server: received hello

客户端输出:

client: ws connection is open client: received world

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client: ws connection is open
client: received world

四、怎么着建立连接

前面提到,WebSocket复用了HTTP的拉手通道。具体指的是,客户端通过HTTP请求与WebSocket服务端协商进级协议。协议晋级成功后,后续的数据调换则遵照WebSocket的商议。

提起优点,那里的对照参照物是HTTP协议,总结地说正是:协助双向通讯,越来越灵敏,越来越高速,可扩大性越来越好。

四、怎样建立连接

前面提到,WebSocket复用了HTTP的握手通道。具体指的是,客户端通过HTTP请求与WebSocket服务端协商晋级协议。协议晋级成功后,后续的数据调换则依照WebSocket的商议。

1、客户端:申请协议晋级

先是,客户端发起协议晋级请求。能够观察,选拔的是规范的HTTP报文格式,且只扶助GET方法。

GET / HTTP/1.1 Host: localhost:8080 Origin: Connection: Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Version: 13 Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==

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GET / HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Origin: http://127.0.0.1:3000
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Version: 13
Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==

要害呼吁首部意义如下:

  • Connection: Upgrade:表示要升高协议
  • Upgrade: websocket:表示要进级到websocket合计。
  • Sec-WebSocket-Version: 13:表示websocket的本子。假若服务端不辅助该版本,要求再次来到贰个Sec-WebSocket-Versionheader,里面含有服务端协理的版本号。
  • Sec-WebSocket-Key:与背后服务端响应首部的Sec-WebSocket-Accept是配套的,提供基本的防卫,比如恶意的连接,恐怕无意的一而再。

小心,上边请求省略了壹部分非重点请求首部。由于是规范的HTTP请求,类似Host、Origin、Cookie等请求首部会照常发送。在握手阶段,能够由此有关请求首部进行安全限制、权限校验等。

支撑双向通信,实时性越来越强。

一、客户端:申请协议晋级

先是,客户端发起协议进级请求。能够见见,采取的是明媒正娶的HTTP报文格式,且只支持GET方法。

GET / HTTP/1.1 Host: localhost:8080 Origin: Connection: Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Version: 13 Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==

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GET / HTTP/1.1
Host: localhost:8080
Origin: http://127.0.0.1:3000
Connection: Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Version: 13
Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==

主要呼吁首部意义如下:

  • Connection: Upgrade:表示要晋升协议
  • Upgrade: websocket:表示要晋级到websocket共同商议。
  • Sec-WebSocket-Version: 13:表示websocket的本子。若是服务端不帮助该版本,供给回到一个Sec-WebSocket-Versionheader,里面富含服务端扶助的版本号。
  • Sec-WebSocket-Key:与前面服务端响应首部的Sec-WebSocket-Accept是配套的,提供基本的严防,比如恶意的连年,也许无意的两次三番。

小心,上面请求省略了一部分非重点请求首部。由于是行业内部的HTTP请求,类似Host、Origin、Cookie等请求首部会照常发送。在拉手阶段,可以因此有关请求首部进行安全限制、权限校验等。

二、服务端:响应协议进级

服务端重回内容如下,状态代码101表示协议切换。到此产生协商晋级,后续的数码交互都服从新的合计来。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols Connection:Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

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HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection:Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

备注:每个header都以rn末段,并且最后壹行加上3个附加的空行rn。其它,服务端回应的HTTP状态码只万幸握手阶段采用。过了拉手阶段后,就只能采用一定的错误码。

更加好的贰进制扶助。

贰、服务端:响应协议晋级

服务端重回内容如下,状态代码101表示协议切换。到此造成协商晋级,后续的多少交互都遵从新的情商来。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols Connection:Upgrade Upgrade: websocket Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

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HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Connection:Upgrade
Upgrade: websocket
Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

备注:每个header都以rn最后,并且最终①行加上多少个万分的空行rn。其余,服务端回应的HTTP状态码只可以在拉手阶段选用。过了拉手阶段后,就不得不利用一定的错误码。

3、Sec-WebSocket-Accept的计算

Sec-WebSocket-Accept故事客户端请求首部的Sec-WebSocket-Key总计出来。

计算公式为:

  1. Sec-WebSocket-Key258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11拼接。
  2. 经过SHA1测算出摘要,并转成base6四字符串。

伪代码如下:

>toBase64( sha1( Sec-WebSocket-Key 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 ) )

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>toBase64( sha1( Sec-WebSocket-Key 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 )  )

注脚下前面的回来结果:

const crypto = require('crypto'); const magic = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'; const secWebSocketKey = 'w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw=='; let secWebSocketAccept = crypto.createHash('sha1') .update(secWebSocketKey magic) .digest('base64'); console.log(secWebSocketAccept); // Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

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const crypto = require('crypto');
const magic = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';
const secWebSocketKey = 'w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==';
 
let secWebSocketAccept = crypto.createHash('sha1')
    .update(secWebSocketKey magic)
    .digest('base64');
 
console.log(secWebSocketAccept);
// Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

较少的操纵支出。连接成立后,ws客户端、服务端举行数据沟通时,协议决定的多寡商丘部较小。在不包括底部的状态下,服务端到客户端的盐城唯有2~十字节(取决于数量包长度),客户端到服务端的来讲,要求增多额外的肆字节的掩码。而HTTP协议每回通讯都亟需教导完整的尾部。

3、Sec-WebSocket-Accept的计算

Sec-WebSocket-Accept依照客户端请求首部的Sec-WebSocket-Key总计出来。

总计公式为:

  1. Sec-WebSocket-Key258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11拼接。
  2. 经过SHA1乘除出摘要,并转成base6四字符串。

伪代码如下:

>toBase64( sha1( Sec-WebSocket-Key 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 ) )

1
>toBase64( sha1( Sec-WebSocket-Key 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 )  )

证实下日前的回到结果:

const crypto = require('crypto'); const magic = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11'; const secWebSocketKey = 'w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw=='; let secWebSocketAccept = crypto.createHash('sha1') .update(secWebSocketKey magic) .digest('base64'); console.log(secWebSocketAccept); // Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

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const crypto = require('crypto');
const magic = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';
const secWebSocketKey = 'w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==';
 
let secWebSocketAccept = crypto.createHash('sha1')
    .update(secWebSocketKey magic)
    .digest('base64');
 
console.log(secWebSocketAccept);
// Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

伍、数据帧格式

客户端、服务端数据的置换,离不开数据帧格式的定义。由此,在实际上疏解数据调换从前,大家先来看下WebSocket的数量帧格式。

WebSocket客户端、服务端通讯的非常的小单位是帧(frame),由一个或几个帧组成一条完整的音信(message)。

  1. 发送端:将新闻切割成多个帧,并发送给服务端;
  2. 接收端:接收新闻帧,并将关乎的帧重新组装成完全的新闻;

本节的严重性,正是教师数据帧的格式。详细定义可参考 RFC6455 5.2节 。

支撑扩展。ws商业事务定义了扩展,用户可以扩展协议,大概落成自定义的子协议。(比如匡助自定义压缩算法等)

伍、数据帧格式

客户端、服务端数据的调换,离不开数据帧格式的概念。因而,在事实上讲授数据沟通在此之前,我们先来看下WebSocket的数据帧格式。

WebSocket客户端、服务端通讯的蝇头单位是帧(frame),由三个或多少个帧组成一条完整的音讯(message)。

  1. 发送端:将音信切割成多个帧,并发送给服务端;
  2. 接收端:接收音讯帧,并将涉及的帧重新组装成完全的音信;

本节的重点,正是教课数据帧的格式。详细定义可参考 RFC6455 5.2节 。

一、数据帧格式大概浏览

下边给出了WebSocket数据帧的联合格式。熟谙TCP/IP协议的同室对如此的图应该不面生。

  1. 从左到右,单位是比特。比如FINRSV1各占据1比特,opcode占据4比特。
  2. 剧情囊括了标记、操作代码、掩码、数据、数据长度等。(下一小节会打开)

0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 - - - - ------- - ------------- ------------------------------- |F|R|R|R| opcode|M| Payload len | Extended payload length | |I|S|S|S| (4) |A| (7) | (16/64) | |N|V|V|V| |S| | (if payload len==126/127) | | |1|2|3| |K| | | - - - - ------- - ------------- - - - - - - - - - - -

          • | Extended payload length continued, if payload len == 127 |
              • - - - - - - - - - ------------------------------- | |Masking-key, if MASK set to 1 | ------------------------------- ------------------------------- | Masking-key (continued) | Payload Data | -------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - - : Payload Data continued ... : - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
              • - - - - | Payload Data continued ... | ---------------------------------------------------------------
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|F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
|I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
|N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
| |1|2|3|       |K|             |                               |
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|     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
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|                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
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| Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
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:                     Payload Data continued ...                :
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|                     Payload Data continued ...                |
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对于背后两点,未有色金属探讨所究过WebSocket协议正式的同桌只怕明白起来不够直观,但不影响对WebSocket的读书和应用。

1、数据帧格式大概浏览

上边给出了WebSocket数据帧的统1格式。熟知TCP/IP协议的同室对如此的图应该不面生。

  1. 从左到右,单位是比特。比如FINRSV1各占据1比特,opcode占据4比特。
  2. 内容包蕴了标志、操作代码、掩码、数据、数据长度等。(下一小节会议及展览开)

0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 - - - - ------- - ------------- ------------------------------- |F|R|R|R| opcode|M| Payload len | Extended payload length | |I|S|S|S| (4) |A| (7) | (16/64) | |N|V|V|V| |S| | (if payload len==126/127) | | |1|2|3| |K| | | - - - - ------- - ------------- - - - - - - - - - - -

          • | Extended payload length continued, if payload len == 127 |
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|F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |
|I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |
|N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |
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|     Extended payload length continued, if payload len == 127  |
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|                               |Masking-key, if MASK set to 1  |
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| Masking-key (continued)       |          Payload Data         |
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:                     Payload Data continued ...                :
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|                     Payload Data continued ...                |
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二、数据帧格式详解

本着前边的格式大概浏览图,那里每种字段进展教学,如有不领悟之处,可参考协议正式,或留言交换。

FIN:1个比特。

假定是一,表示那是音讯(message)的终极3个分片(fragment),假如是0,表示不是是消息(message)的末段二个分片(fragment)。

RSV1, RSV2, RSV3:各占1个比特。

相似情况下全为0。当客户端、服务端协商采纳WebSocket扩大时,那八个标记位能够非0,且值的意义由扩展举办定义。假诺出现非零的值,且并不曾使用WebSocket增加,连接出错。

Opcode: 4个比特。

操作代码,Opcode的值决定了相应怎么分析后续的数额载荷(data payload)。假如操作代码是不认识的,那么接收端应该断开连接(fail the connection)。可选的操作代码如下:

  • %x0:表示1个一而再帧。当Opcode为0时,表示此番数据传输采纳了数量分片,当前吸收接纳的数据帧为内部2个数码分片。
  • %x1:表示那是三个文本帧(frame)
  • %x二:表示那是多少个二进制帧(frame)
  • %x三-七:保留的操作代码,用于后续定义的非调节帧。
  • %x八:表示连接断开。
  • %x九:表示那是2个ping操作。
  • %xA:表示这是三个pong操作。
  • %xB-F:保留的操作代码,用于后续定义的调控帧。

Mask: 1个比特。

意味着是还是不是要对数码载荷进行掩码操作。从客户端向服务端发送数据时,必要对数码进行掩码操作;从服务端向客户端发送数据时,不需求对数据开始展览掩码操作。

只要服务端接收到的数码未有进展过掩码操作,服务端供给断开连接。

倘诺Mask是一,那么在Masking-key中会定义2个掩码键(masking key),并用这么些掩码键来对数据载荷举办反掩码。全部客户端发送到服务端的数据帧,Mask都以1。

掩码的算法、用途在下一小节讲明。

Payload length:数据载荷的长短,单位是字节。为7个人,或7 14人,或壹 六11人。

假设数Payload length === x,如果

  • x为0~12陆:数据的长度为x字节。
  • x为1贰陆:后续一个字节代表三个13人的无符号整数,该无符号整数的值为多少的尺寸。
  • x为1二柒:后续7个字节代表三个6四个人的无符号整数(最高位为0),该无符号整数的值为多少的长短。

其余,要是payload length占用了七个字节的话,payload length的二进制表达选取互连网序(big endian,首要的位在前)。

Masking-key:0或4字节(32位)

抱有从客户端传送到服务端的数据帧,数据载荷都进展了掩码操作,Mask为一,且指引了4字节的Masking-key。假使Mask为0,则尚未Masking-key。

备考:载荷数据的尺寸,不包罗mask key的尺寸。

Payload data:(x y) 字节

载荷数据:包含了扩张数据、应用数据。个中,扩展数据x字节,应用数据y字节。

推而广之数据:如果未有协商使用扩张的话,扩张数据数据为0字节。全体的庞大都必须申明扩大数据的长短,只怕可以什么总括出恢弘数据的尺寸。其余,扩大怎么样利用必须在拉手阶段就合计好。假如扩充数据存在,那么载荷数据长度必须将扩张数据的尺寸包括在内。

动用数据:任意的选拔数据,在扩充数据以往(要是存在扩大数据),占有了数额帧剩余的地点。载荷数据长度 减去 扩张数据长度,就得到运用数据的长短。

2、供给学习如马瑜遥西

二、数据帧格式详解

针对前边的格式大概浏览图,这里每一个字段举办教学,如有不清楚之处,可参照协议正式,或留言交换。

FIN:1个比特。

万壹是①,表示那是音讯(message)的终极八个分片(fragment),假若是0,表示不是是消息(message)的末尾3个分片(fragment)。

RSV1, RSV2, RSV3:各占1个比特。

诚如意况下全为0。当客户端、服务端协商采取WebSocket扩大时,那多少个标记位能够非0,且值的含义由扩展实行定义。假如出现非零的值,且并不曾采纳WebSocket扩大,连接出错。

Opcode: 4个比特。

操作代码,Opcode的值决定了应当怎么着分析后续的数据载荷(data payload)。假若操作代码是不认得的,那么接收端应该断开连接(fail the connection)。可选的操作代码如下:

  • %x0:表示三个一而再帧。当Opcode为0时,表示本次数据传输采取了数码分片,当前接到的数据帧为内部多个数据分片。
  • %x一:表示那是贰个文本帧(frame)
  • %x二:表示那是1个2进制帧(frame)
  • %x三-七:保留的操作代码,用于后续定义的非调整帧。
  • %x捌:表示连接断开。
  • %x玖:表示那是多少个ping操作。
  • %xA:表示这是二个pong操作。
  • %xB-F:保留的操作代码,用于后续定义的调整帧。

Mask: 1个比特。

意味着是或不是要对数码载荷进行掩码操作。从客户端向服务端发送数据时,要求对数据开始展览掩码操作;从服务端向客户端发送数据时,不供给对数据开展掩码操作。

假若服务端接收到的多寡尚未张开过掩码操作,服务端要求断开连接。

比方Mask是一,那么在Masking-key中会定义三个掩码键(masking key),并用那些掩码键来对数据载荷实行反掩码。全部客户端发送到服务端的数据帧,Mask都以一。

掩码的算法、用途在下一小节讲授。

Payload length:数据载荷的长度,单位是字节。为陆人,或柒 拾叁人,或壹 陆13个人。

假设数Payload length === x,如果

  • x为0~12陆:数据的长短为x字节。
  • x为1二六:后续3个字节代表三个十六人的无符号整数,该无符号整数的值为数量的长度。
  • x为1二七:后续七个字节代表五个62位的无符号整数(最高位为0),该无符号整数的值为数量的长度。

除此以外,借使payload length占用了三个字节的话,payload length的2进制表达接纳互联网序(big endian,首要的位在前)。

Masking-key:0或4字节(32位)

具备从客户端传送到服务端的数据帧,数据载荷都开始展览了掩码操作,Mask为壹,且教导了4字节的Masking-key。如若Mask为0,则尚未Masking-key。

备考:载荷数据的长短,不蕴含mask key的长度。

Payload data:(x y) 字节

载荷数据:包罗了增添数据、应用数据。当中,扩大数据x字节,应用数据y字节。

扩充数据:就算未有协商使用扩张的话,扩充数据数据为0字节。全部的恢宏都必须申明扩充数据的长短,可能能够什么计算出恢弘数据的长度。其它,扩大怎样选拔必须在握手阶段就合计好。假使扩大数据存在,那么载荷数据长度必须将扩大数据的尺寸包罗在内。

使用数据:任意的使用数据,在扩大数据之后(即使存在扩张数据),占领了数量帧剩余的任务。载荷数据长度 减去 扩展数据长度,就获得运用数据的长度。

3、掩码算法

掩码键(Masking-key)是由客户端挑选出去的3十二个人的随机数。掩码操作不会影响多少载荷的长短。掩码、反掩码操作都利用如下算法:

首先,假设:

  • original-octet-i:为本来数据的第i字节。
  • transformed-octet-i:为转移后的数据的第i字节。
  • j:为i mod 4的结果。
  • masking-key-octet-j:为mask key第j字节。

算法描述为: original-octet-i 与 masking-key-octet-j 异或后,获得transformed-octet-i。

j = i MOD 4
transformed-octet-i = original-octet-i XOR masking-key-octet-j

对互连网应用层协议的上学来说,最关键的往往正是一连建立进程数据交流教程。当然,数据的格式是逃不掉的,因为它平昔决定了协商自身的技术。好的数目格式能让协议更连忙、扩张性越来越好。

三、掩码算法

掩码键(Masking-key)是由客户端挑选出来的三十四位的随机数。掩码操作不会潜移默化多少载荷的长度。掩码、反掩码操作都施用如下算法:

首先,假设:

  • original-octet-i:为原始数据的第i字节。
  • transformed-octet-i:为转移后的数额的第i字节。
  • j:为i mod 4的结果。
  • masking-key-octet-j:为mask key第j字节。

算法描述为: original-octet-i 与 masking-key-octet-j 异或后,得到transformed-octet-i。

j = i MOD 4
transformed-octet-i = original-octet-i XOR masking-key-octet-j

陆、数据传递

若是WebSocket客户端、服务端建立连接后,后续的操作都是基于数据帧的传递。

WebSocket根据opcode来差别操作的档次。比如0x8代表断开连接,0x00x2意味着数据交互。

下文主要围绕下边几点进展:

陆、数据传递

假定WebSocket客户端、服务端建立连接后,后续的操作都是依照数据帧的传递。

WebSocket根据opcode来分别操作的项目。比如0x8代表断开连接,0x00x2表示数据交互。

壹、数据分片

WebSocket的每条音讯或者被切分成七个数据帧。当WebSocket的接收方收到3个数量帧时,会依照FIN的值来决断,是不是已经接受消息的末尾二个数据帧。

FIN=一表示近期数据帧为信息的最后1个数据帧,此时接收方已经抽出完整的新闻,能够对新闻实行处理。FIN=0,则接收方还要求继续监听接收别的的数据帧。

此外,opcode在数据调换的场景下,表示的是数额的项目。0x01代表文本,0x02表示二进制。而0x00正如独特,表示三番五次帧(continuation frame),顾名思义,正是全体音讯对应的数据帧还没接过完。

怎么树立连接

壹、数据分片

WebSocket的每条新闻只怕被切分成七个数据帧。当WebSocket的接收方收到三个数额帧时,会依照FIN的值来剖断,是不是曾经接到新闻的终极一个数据帧。

FIN=壹表示最近数据帧为消息的尾声二个数据帧,此时接收方已经接到完整的音讯,可以对音信实行处理。FIN=0,则接收方还须求后续监听接收别的的数据帧。

此外,opcode在数据交流的气象下,表示的是数量的类型。0x01表示文本,0x02代表2进制。而0x00正如特殊,表示延续帧(continuation frame),顾名思义,就是欧洲经济共同体新闻对应的数据帧还没接到完。

二、数据分片例子

一向看例子更形象些。上边例子来自MDN,能够很好地示范数据的分片。客户端向服务端一回发送新闻,服务端收到消息后回应客户端,那里根本看客户端往服务端发送的消息。

率先条音信

FIN=1, 表示是日前新闻的末梢2个数据帧。服务端收到当前数据帧后,能够拍卖新闻。opcode=0x1,表示客户端发送的是文本类型。

第壹条音信

  1. FIN=0,opcode=0x1,表示发送的是文件类型,且音讯还没发送完成,还有后续的数据帧。
  2. FIN=0,opcode=0x0,表示音讯还没发送完成,还有继续的数据帧,当前的数据帧须求接在上一条数据帧之后。
  3. FIN=一,opcode=0x0,表示新闻已经发送完结,未有承袭的数据帧,当前的数据帧须要接在上一条数据帧之后。服务端能够将波及的数据帧组装成完全的音信。

Client: FIN=1, opcode=0x1, msg="hello" Server: (process complete message immediately) Hi. Client: FIN=0, opcode=0x1, msg="and a" Server: (listening, new message containing text started) Client: FIN=0, opcode=0x0, msg="happy new" Server: (listening, payload concatenated to previous message) Client: FIN=1, opcode=0x0, msg="year!" Server: (process complete message) Happy new year to you too!

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Client: FIN=1, opcode=0x1, msg="hello"
Server: (process complete message immediately) Hi.
Client: FIN=0, opcode=0x1, msg="and a"
Server: (listening, new message containing text started)
Client: FIN=0, opcode=0x0, msg="happy new"
Server: (listening, payload concatenated to previous message)
Client: FIN=1, opcode=0x0, msg="year!"
Server: (process complete message) Happy new year to you too!

怎么调换数据

贰、数据分片例子

一向看例子更形象些。下边例子来自MDN,能够很好地示范数据的分片。客户端向服务端五次发送音讯,服务端收到音讯后回应客户端,那里关键看客户端往服务端发送的音信。

率先条音信

FIN=壹, 表示是近期音信的最终多少个数据帧。服务端收到当前数据帧后,能够拍卖新闻。opcode=0x一,表示客户端发送的是文本类型。

其次条消息

  1. FIN=0,opcode=0x一,表示发送的是文件类型,且音信还没发送实现,还有后续的数据帧。
  2. FIN=0,opcode=0x0,表示音信还没发送达成,还有后续的数据帧,当前的数据帧要求接在上一条数据帧之后。
  3. FIN=一,opcode=0x0,表示音信已经发送完毕,未有承袭的数据帧,当前的数据帧必要接在上一条数据帧之后。服务端可以将关系的数据帧组装成完全的新闻。

Client: FIN=1, opcode=0x1, msg="hello" Server: (process complete message immediately) Hi. Client: FIN=0, opcode=0x1, msg="and a" Server: (listening, new message containing text started) Client: FIN=0, opcode=0x0, msg="happy new" Server: (listening, payload concatenated to previous message) Client: FIN=1, opcode=0x0, msg="year!" Server: (process complete message) Happy new year to you too!

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Client: FIN=1, opcode=0x1, msg="hello"
Server: (process complete message immediately) Hi.
Client: FIN=0, opcode=0x1, msg="and a"
Server: (listening, new message containing text started)
Client: FIN=0, opcode=0x0, msg="happy new"
Server: (listening, payload concatenated to previous message)
Client: FIN=1, opcode=0x0, msg="year!"
Server: (process complete message) Happy new year to you too!

七、连接保持 心跳

WebSocket为了保持客户端、服务端的实时双向通讯,供给确定保证客户端、服务端之间的TCP通道保持接二连三未有断开。然则,对于长日子未有多少往来的连日,借使如故长日子保持着,恐怕会浪费包罗的连年龄资历源。

但不排除有个别场景,客户端、服务端纵然长日子不曾数据往来,但仍必要有限援救三番五次。今年,能够选用心跳来实现。

  • 发送方->接收方:ping
  • 接收方->发送方:pong

ping、pong的操作,对应的是WebSocket的八个调整帧,opcode分别是0x90xA

举例,WebSocket服务端向客户端发送ping,只须求如下代码(选用ws模块)

ws.ping('', false, true);

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ws.ping('', false, true);

数码帧格式

七、连接保持 心跳

WebSocket为了保障客户端、服务端的实时双向通信,需求保险客户端、服务端之间的TCP通道保持三番五次未有断开。不过,对于长日子尚未数量往来的连天,假如如故长日子保持着,大概会浪费包罗的连日能源。

但不免除有个别场景,客户端、服务端即使长日子从没数据往来,但仍必要保持延续。那一年,能够选用心跳来完成。

  • 发送方->接收方:ping
  • 接收方->发送方:pong

ping、pong的操作,对应的是WebSocket的三个调整帧,opcode分别是0x90xA

比喻,WebSocket服务端向客户端发送ping,只须求如下代码(选拔ws模块)

ws.ping('', false, true);

1
ws.ping('', false, true);

八、Sec-WebSocket-Key/Accept的作用

前边提到了,Sec-WebSocket-Key/Sec-WebSocket-Accept在第三职能在于提供基础的卫戍,收缩恶意连接、意外接二连三。

功效大约归咎如下:

  1. 幸免服务端收到非法的websocket连接(比如http客户端十分的大心请求连接websocket服务,此时服务端能够一向拒绝连接)
  2. 担保服务端驾驭websocket连接。因为ws握手阶段选择的是http协议,由此大概ws连接是被二个http服务器处理并回到的,此时客户端能够因而Sec-WebSocket-Key来保管服务端认识ws协议。(并非百分百保障,比如总是存在那一个无聊的http服务器,光处理Sec-WebSocket-Key,但并从未达成ws协议。。。)
  3. 用浏览器里提倡ajax请求,设置header时,Sec-WebSocket-Key以及其它相关的header是被取缔的。那样可避防止客户端发送ajax请求时,意外请求协议晋级(websocket upgrade)
  4. 可防止守反向代理(不清楚ws协议)再次回到错误的数额。比如反向代理前后收到四回ws连接的晋升请求,反向代理把第2回呼吁的回到给cache住,然后第三遍呼吁到来时一贯把cache住的伸手给再次回到(无意义的归来)。
  5. Sec-WebSocket-Key首要指标并不是承接保险数据的安全性,因为Sec-WebSocket-Key、Sec-WebSocket-Accept的改换总计公式是真心实意的,而且分外轻便,最要紧的作用是防范壹些大规模的古怪景况(非故意的)。

重申:Sec-WebSocket-Key/Sec-WebSocket-Accept 的折算,只能带来基本的保持,但延续是还是不是平安、数据是或不是安全、客户端/服务端是还是不是合法的 ws客户端、ws服务端,其实并未实际性的担保。

哪些保证连接

八、Sec-WebSocket-Key/Accept的作用

前边提到了,Sec-WebSocket-Key/Sec-WebSocket-Accept在首要功能在于提供基础的严防,收缩恶意连接、意外连续。

效益大约归咎如下:

  1. 防止服务端收到违规的websocket连接(比如http客户端相当大心请求连接websocket服务,此时服务端能够平素拒绝连接)
  2. 确定保证服务端掌握websocket连接。因为ws握手阶段选取的是http协议,因而恐怕ws连接是被1个http服务器处理并重回的,此时客户端可以因而Sec-WebSocket-Key来保管服务端认识ws协议。(并非百分之百保证,比如总是存在那一个无聊的http服务器,光处理Sec-WebSocket-Key,但并未兑现ws协议。。。)
  3. 用浏览器里提倡ajax请求,设置header时,Sec-WebSocket-Key以及别的相关的header是被明令禁止的。那样能够幸免客户端发送ajax请求时,意外请求协议进级(websocket upgrade)
  4. 能够免止反向代理(不亮堂ws协议)重返错误的数目。比如反向代理前后收到三次ws连接的晋级请求,反向代理把第三回呼吁的归来给cache住,然后第二回呼吁到来时一向把cache住的央浼给重回(无意义的回到)。
  5. Sec-WebSocket-Key主要目标并不是确定保障数量的安全性,因为Sec-WebSocket-Key、Sec-WebSocket-Accept的转移总结公式是当着的,而且分外简单,最首要的效劳是防范一些广阔的不测情状(非故意的)。

重申:Sec-WebSocket-Key/Sec-WebSocket-Accept 的折算,只好带来基本的涵养,但老是是不是平安、数据是不是安全、客户端/服务端是还是不是合法的 ws客户端、ws服务端,其实并不曾实际性的管教。

⑨、数据掩码的功力

WebSocket协商中,数据掩码的效益是增加协商的安全性。但数目掩码并不是为着保证数量本人,因为算法自己是当面包车型客车,运算也不复杂。除了加密通道自身,就像是未有太多一蹴而就的保险通讯安全的办法。

这就是说为何还要引进掩码总括呢,除了扩张Computer器的运算量外就如并从未太多的收入(那也是不少同桌嫌疑的点)。

答案依旧七个字:安全。但并不是为着幸免数据泄密,而是为了以免早期版本的协议中存在的代办缓存污染攻击(proxy cache poisoning attacks)等难点。

3、入门例子

九、数据掩码的成效

WebSocket合计中,数据掩码的效应是增高协商的安全性。但数额掩码并不是为着保养数量本人,因为算法本人是开诚相见的,运算也不复杂。除了加密大道本人,就像是从未太多立见功能的掩护通讯安全的办法。

那么为何还要引进掩码总括呢,除了增添Computer器的运算量外就好像并从未太多的收益(那也是众多同桌狐疑的点)。

答案依然七个字:安全。但并不是为着以免数据泄密,而是为了避防早期版本的协议中设有的代理缓存污染攻击(proxy cache poisoning attacks)等主题素材。

1、代理缓存污染攻击

上面摘自2010年关于安全的一段讲话。其中提到了代理服务器在探讨落到实处上的瑕疵或许引致的平安主题材料。冲击出处。

“We show, empirically, that the current version of the WebSocket consent mechanism is vulnerable to proxy cache poisoning attacks. Even though the WebSocket handshake is based on HTTP, which should be understood by most network intermediaries, the handshake uses the esoteric “Upgrade” mechanism of HTTP [5]. In our experiment, we find that many proxies do not implement the Upgrade mechanism properly, which causes the handshake to succeed even though subsequent traffic over the socket will be misinterpreted by the proxy.”[TALKING] Huang, L-S., Chen, E., Barth, A., Rescorla, E., and C.

Jackson, "Talking to Yourself for Fun and Profit", 2010,

1
          Jackson, "Talking to Yourself for Fun and Profit", 2010,

在正儿八经描述攻击步骤从前,大家假诺有如下到场者:

  • 攻击者、攻击者自个儿调控的服务器(简称“邪恶服务器”)、攻击者伪造的财富(简称“邪恶财富”)
  • 受害者、受害者想要访问的财富(简称“正义财富”)
  • 被害人实际想要访问的服务器(简称“正义服务器”)
  • 中档代理服务器

攻击步骤1:

  1. 攻击者浏览器 向 凶残服务器 发起WebSocket连接。依照前文,首先是三个商业事务进级请求。
  2. 情商晋级请求 实际达到 代理服务器
  3. 代理服务器 将合计进级请求转载到 惨酷服务器
  4. 凶残服务器 同意连接,代理服务器 将响应转载给 攻击者

是因为 upgrade 的落实上有缺陷,代理服务器 感到此前转发的是通常的HTTP音讯。因而,当情商业服务业务器 同意连接,代理服务器 以为此次对话已经竣事。

攻击步骤二:

  1. 攻击者 在前头建立的连接上,通过WebSocket的接口向 无情服务器 发送数据,且数量是周到协会的HTTP格式的文本。个中包罗了 正义能源 的地方,以及3个制假的host(指向公正服务器)。(见前面报文)
  2. 呼吁到达 代理服务器 。即便复用了前头的TCP连接,但 代理服务器 以为是新的HTTP请求。
  3. 代理服务器残暴服务器 请求 凶暴能源
  4. 凶残服务器 返回 粗暴财富代理服务器 缓存住 暴虐能源(url是对的,但host是 正义服务器 的地址)。

到这边,受害者能够登场了:

  1. 受害者 通过 代理服务器 访问 正义服务器公允能源
  2. 代理服务器 检查该财富的url、host,发现本地有1份缓存(伪造的)。
  3. 代理服务器暴虐资源 返回给 受害者
  4. 受害者 卒。

附:前面提到的绵密组织的“HTTP请求报文”。

Client → Server: POST /path/of/attackers/choice HTTP/1.1 Host: host-of-attackers-choice.com Sec-WebSocket-Key: Server → Client: HTTP/1.1 200 OK Sec-WebSocket-Accept:

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Client → Server:
POST /path/of/attackers/choice HTTP/1.1 Host: host-of-attackers-choice.com Sec-WebSocket-Key:
Server → Client:
HTTP/1.1 200 OK
Sec-WebSocket-Accept:

在正规介绍协议细节前,先来看3个容易易行的例证,有个直观感受。例子包蕴了WebSocket服务端、WebSocket客户端(网页端)。完整代码可以在 那里 找到。

①、代理缓存污染攻击

上面摘自20十年有关安全的1段讲话。在那之中涉及了代理服务器在商事落到实处上的后天不足只怕引致的平安主题素材。碰上出处。

“We show, empirically, that the current version of the WebSocket consent mechanism is vulnerable to proxy cache poisoning attacks. Even though the WebSocket handshake is based on HTTP, which should be understood by most network intermediaries, the handshake uses the esoteric “Upgrade” mechanism of HTTP [5]. In our experiment, we find that many proxies do not implement the Upgrade mechanism properly, which causes the handshake to succeed even though subsequent traffic over the socket will be misinterpreted by the proxy.”[TALKING] Huang, L-S., Chen, E., Barth, A., Rescorla, E., and C.

Jackson, "Talking to Yourself for Fun and Profit", 2010,

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          Jackson, "Talking to Yourself for Fun and Profit", 2010,

在正儿八经描述攻击步骤以前,我们假若有如下参与者:

  • 攻击者、攻击者自身决定的服务器(简称“邪恶服务器”)、攻击者伪造的财富(简称“邪恶能源”)
  • 受害人、受害者想要访问的能源(简称“正义能源”)
  • 被害人实际想要访问的服务器(简称“正义服务器”)
  • 中等代理服务器

攻击步骤1:

  1. 攻击者浏览器 向 凶暴服务器 发起WebSocket连接。依照前文,首先是八个商量进级请求。
  2. 共谋晋级请求 实际达到 代理服务器
  3. 代理服务器 将合计进级请求转载到 暴虐服务器
  4. 凶狠服务器 同意连接,代理服务器 将响应转载给 攻击者

鉴于 upgrade 的兑现上有缺陷,代理服务器 认为此前转载的是平常的HTTP音信。由此,当合计服务器 同意连接,代理服务器 感到本次对话已经终结。

攻击步骤2:

  1. 攻击者 在在此之前建立的总是上,通过WebSocket的接口向 冷酷服务器 发送数据,且数据是全面协会的HTTP格式的公文。在那之中饱含了 公正财富 的地点,以及3个伪造的host(指向正义服务器)。(见后边报文)
  2. 恳请到达 代理服务器 。即使复用了前边的TCP连接,但 代理服务器 感到是新的HTTP请求。
  3. 代理服务器残忍服务器 请求 凶残财富
  4. 凶恶服务器 返回 凶恶财富代理服务器 缓存住 粗暴财富(url是对的,但host是 公事公办服务器 的地址)。

到那里,受害者能够进场了:

  1. 受害者 通过 代理服务器 访问 公平服务器一视同仁能源
  2. 代理服务器 检查该财富的url、host,发现地面有一份缓存(伪造的)。
  3. 代理服务器狂暴财富 返回给 受害者
  4. 受害者 卒。

附:后边提到的精心协会的“HTTP请求报文”。

Client → Server: POST /path/of/attackers/choice HTTP/1.1 Host: host-of-attackers-choice.com Sec-WebSocket-Key: Server → Client: HTTP/1.1 200 OK Sec-WebSocket-Accept:

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Client → Server:
POST /path/of/attackers/choice HTTP/1.1 Host: host-of-attackers-choice.com Sec-WebSocket-Key:
Server → Client:
HTTP/1.1 200 OK
Sec-WebSocket-Accept:

二、当前缓解方案

初期的提案是对数码进行加密处理。基于安全、功能的设想,最后使用了折中的方案:对数码载荷举行掩码处理。

内需专注的是,那里只是限制了浏览器对数码载荷举行掩码处理,可是渣男完全可以完结团结的WebSocket客户端、服务端,不按规则来,攻击能够照常实行。

可是对浏览器加上那么些范围后,能够大大增添攻击的难度,以及攻击的震慑范围。倘若未有这些限制,只须求在网上放个钓鱼网址骗人去拜访,一下子就能够在短期内实行大范围的攻击。

那里服务端用了 ws这些库。相比较大家耳熟能详的 socket.io, ws完成更轻量,更切合学习的目标。

二、当前化解方案

先前时代的提案是对数码实行加密处理。基于安全、作用的思索,最后利用了折中的方案:对数码载荷实行掩码处理。

急需留意的是,那里只是限制了浏览器对数据载荷进行掩码处理,然则混蛋完全能够兑现协调的WebSocket客户端、服务端,不按规则来,攻击能够照常实行。

不过对浏览器加上这几个范围后,能够大大扩展攻击的难度,以及攻击的影响范围。倘诺未有这些范围,只须要在网上放个钓鱼网址骗人去拜访,一下子就足以在长时间内开始展览大范围的抨击。

⑩、写在后头

WebSocket可写的事物还挺多,比如WebSocket扩展。客户端、服务端之间是如何协商、使用扩充的。WebSocket扩张能够给协议本身扩充繁多力量和想象空间,比如数据的减少、加密,以及多路复用等。

字数所限,那里先不开始展览,感兴趣的同校能够留言交换。小说如有错漏,敬请提议。

1、服务端

十、写在后头

WebSocket可写的事物还挺多,比如WebSocket增加。客户端、服务端之间是怎么协商、使用增加的。WebSocket扩充能够给协议本人扩展大多力量和设想空间,比如数据的滑坡、加密,以及多路复用等。

篇幅所限,这里先不开始展览,感兴趣的同校能够留言交换。文章如有错漏,敬请提议。

十1、相关链接

RFC6455:websocket规范
https://tools.ietf.org/html/r…

专业:数据帧掩码细节
https://tools.ietf.org/html/r…

正规:数据帧格式
https://tools.ietf.org/html/r…

server-example
https://github.com/websockets…

编写websocket服务器
https://developer.mozilla.org…

对网络基础设备的攻击(数据掩码操作所要防卫的事务)
https://tools.ietf.org/html/r…

Talking to Yourself for Fun and Profit(含有攻击描述)
http://w2spconf.com/2011/pape…

What is Sec-WebSocket-Key for?
https://stackoverflow.com/que…

10.3. Attacks On Infrastructure (Masking)
https://tools.ietf.org/html/r…

Talking to Yourself for Fun and Profit
http://w2spconf.com/2011/pape…

Why are WebSockets masked?
https://stackoverflow.com/que…

How does websocket frame masking protect against cache poisoning?
https://security.stackexchang…

What is the mask in a WebSocket frame?
https://stackoverflow.com/que…

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图片 1

代码如下,监听8080端口。当有新的连年请求达到时,打印日志,同时向客户端发送音讯。当接过到来自客户端的消息时,同样打字与印刷日志。

十壹、相关链接

RFC6455:websocket规范
https://tools.ietf.org/html/r…

标准:数据帧掩码细节
https://tools.ietf.org/html/r…

业内:数据帧格式
https://tools.ietf.org/html/r…

server-example
https://github.com/websockets…

编写websocket服务器
https://developer.mozilla.org…

对互联网基础设备的口诛笔伐(数据掩码操作所要卫戍的事体)
https://tools.ietf.org/html/r…

Talking to Yourself for Fun and Profit(含有攻击描述)
http://w2spconf.com/2011/pape…

What is Sec-WebSocket-Key for?
https://stackoverflow.com/que…

10.3. Attacks On Infrastructure (Masking)
https://tools.ietf.org/html/r…

Talking to Yourself for Fun and Profit
http://w2spconf.com/2011/pape…

Why are WebSockets masked?
https://stackoverflow.com/que…

How does websocket frame masking protect against cache poisoning?
https://security.stackexchang…

What is the mask in a WebSocket frame?
https://stackoverflow.com/que…

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var app = require('express')();

var server = require('http').Server(app);

var WebSocket = require('ws');

var wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });

wss.on('connection', function connection(ws) {

   console.log('server: receive connection.');

   ws.on('message', function incoming(message) {

       console.log('server: received: %s', message);

   });

   ws.send('world');

});

app.get('/', function (req, res) {

 res.sendfile(__dirname '/index.html');

});

app.listen(3000);

2、客户端

代码如下,向8080端口发起WebSocket连接。连接建立后,打字与印刷日志,同时向服务端发送音信。接收到来自服务端的新闻后,一样打字与印刷日志。

 var ws = new WebSocket('ws://localhost:8080');

 ws.onopen = function () {

   console.log('ws onopen');

   ws.send('from client: hello');

 };

 ws.onmessage = function (e) {

   console.log('ws onmessage');

   console.log('from server: ' e.data);

 };

叁、运营结果

可各自己检查看服务端、客户端的日志,那里不开始展览。

服务端输出:

server: receive connection.

server: received hello

客户端输出:

client: ws connection is open

client: received world

四、怎么样树立连接

日前提到,WebSocket复用了HTTP的拉手通道。具体指的是,客户端通过HTTP请求与WebSocket服务端协商晋级协议。协议升级成功后,后续的数据沟通则依据WebSocket的商议。

一、客户端:申请协议进级

率先,客户端发起协议晋级请求。能够看到,选取的是规范的HTTP报文格式,且只帮忙GET方法。

GET / HTTP/1.1

Host: localhost:8080

Origin:

Connection: Upgrade

Upgrade: websocket

Sec-WebSocket-Version: 13

Sec-WebSocket-Key: w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==

根本呼吁首部意义如下:

Connection:Upgrade:表示要晋升协议

Upgrade:websocket:表示要晋升到websocket商讨。

Sec-WebSocket-Version:壹叁:表示websocket的版本。假若服务端不援助该版本,需求回到3个Sec-WebSocket-Versionheader,里面富含服务端协理的版本号。

Sec-WebSocket-Key:与背后服务端响应首部的Sec-WebSocket-Accept是配套的,提供基本的警务装备,比如恶意的总是,或然无意的总是。

注意,上边请求省略了有的非重点请求首部。由于是明媒正娶的HTTP请求,类似Host、Origin、Cookie等请求首部会照常发送。在拉手阶段,能够通过相关请求首部进行安全范围、权限校验等。

二、服务端:响应协议晋级

服务端重回内容如下,状态代码 10一意味协议切换。到此形成商业事务晋级,后续的多少交互都遵从新的商谈来。

HTTP/1.1 101 Switching Protocols

Connection:Upgrade

Upgrade: websocket

Sec-WebSocket-Accept: Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

备注:每个header都以 rn结尾,并且最终1行加上一个1贰分的空行 rn。其余,服务端回应的HTTP状态码只可以在拉手阶段选择。过了拉手阶段后,就只可以利用一定的错误码。

3、Sec-WebSocket-Accept的计算

Sec-WebSocket-Accept依照客户端请求首部的 Sec-WebSocket-Key计算出来。

总括公式为:

将Sec-WebSocket-Key跟258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11拼接。

通过SHA1盘算出摘要,并转成base6四字符串。

伪代码如下:

>toBase64( sha1( Sec-WebSocket-Key 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11 )  )

注明下近来的归来结果:

const crypto = require('crypto');

const magic = '258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11';

const secWebSocketKey = 'w4v7O6xFTi36lq3RNcgctw==';

let secWebSocketAccept = crypto.createHash('sha1')

   .update(secWebSocketKey magic)

   .digest('base64');

console.log(secWebSocketAccept);

// Oy4NRAQ13jhfONC7bP8dTKb4PTU=

伍、数据帧格式

客户端、服务端数据的调换,离不开数据帧格式的概念。由此,在实际讲明数据沟通从前,咱们先来看下WebSocket的数码帧格式。

WebSocket客户端、服务端通讯的微小单位是帧(frame),由一个或四个帧组成一条完整的音讯(message)。

发送端:将新闻切割成四个帧,并发送给服务端;

接收端:接收新闻帧,并将涉嫌的帧重新组装成完全的音信;

本节的主要性,就是教课数据帧的格式。详细定义可参看 EnclaveFC645五 5.贰节 。

一、数据帧格式大概浏览

下边给出了WebSocket数据帧的联合格式。纯熟TCP/IP协议的同查对如此的图应该不素不相识。

从左到右,单位是比特。比如FIN、凯雷德SV壹各占领壹比特,opcode攻下四比特。

剧情囊括了标志、操作代码、掩码、数据、数据长度等。(下一小节会议及展览开)

 0                   1                   2                   3

 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

- - - - ------- - ------------- -------------------------------

|F|R|R|R| opcode|M| Payload len |    Extended payload length    |

|I|S|S|S|  (4)  |A|     (7)     |             (16/64)           |

|N|V|V|V|       |S|             |   (if payload len==126/127)   |

| |1|2|3|       |K|             |                               |

- - - - ------- - ------------- - - - - - - - - - - - - - - -

|     Extended payload length continued, if payload len == 127  |

- - - - - - - - - - - - - - - -------------------------------

|                               |Masking-key, if MASK set to 1  |

------------------------------- -------------------------------

| Masking-key (continued)       |          Payload Data         |

-------------------------------- - - - - - - - - - - - - - - -

:                     Payload Data continued ...                :

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

|                     Payload Data continued ...                |

---------------------------------------------------------------

二、数据帧格式详解

本着前面包车型客车格式大概浏览图,那里每一个字段进展讲授,如有不通晓之处,可参考协议正式,或留言沟通。

FIN:1个比特。

若是是1,表示那是音信(message)的末段一个分片(fragment),借使是0,表示不是是消息(message)的末梢四个分片(fragment)。

RSV1, RSV2, RSV3:各占1个比特。

诚如情况下全为0。当客户端、服务端协商采取WebSocket扩充时,那七个标识位能够非0,且值的含义由扩展进行定义。倘诺出现非零的值,且并不曾接纳WebSocket扩充,连接出错。

Opcode: 4个比特。

操作代码,Opcode的值决定了相应怎么样分析后续的数目载荷(data payload)。假诺操作代码是不认识的,那么接收端应该断开连接(fail the connection)。可选的操作代码如下:

%x0:表示3个几次三番帧。当Opcode为0时,表示此番数据传输选择了多少分片,当前吸收的数据帧为当中二个数量分片。

%x一:表示那是二个文本帧(frame)

%x二:表示那是贰个二进制帧(frame)

%x三-7:保留的操作代码,用于后续定义的非调整帧。

%x8:表示连接断开。

%x九:表示那是3个ping操作。

%xA:表示那是二个pong操作。

%xB-F:保留的操作代码,用于后续定义的调整帧。

Mask: 1个比特。

代表是不是要对数码载荷实行掩码操作。从客户端向服务端发送数据时,供给对数据开始展览掩码操作;从服务端向客户端发送数据时,不须要对数码实行掩码操作。

假使服务端接收到的数额尚未张开过掩码操作,服务端供给断开连接。

要是Mask是一,那么在Masking-key中会定义一个掩码键(masking key),并用那几个掩码键来对数码载荷进行反掩码。全部客户端发送到服务端的数据帧,Mask都是1。

掩码的算法、用途在下一小节讲授。

Payload length:数据载荷的长度,单位是字节。为陆个人,或7 1几位,或一 六十多少人。

假设数Payload length === x,如果

x为0~1二陆:数据的尺寸为x字节。

x为1二陆:后续三个字节代表3个1多少人的无符号整数,该无符号整数的值为数量的尺寸。

x为12七:后续七个字节代表三个6四个人的无符号整数(最高位为0),该无符号整数的值为多少的尺寸。

除此以外,倘若payload length占用了多少个字节的话,payload length的2进制表明选取网络序(big endian,首要的位在前)。

Masking-key:0或4字节(32位)

富有从客户端传送到服务端的数据帧,数据载荷都进行了掩码操作,Mask为一,且带领了肆字节的Masking-key。假使Mask为0,则从未Masking-key。

备注:载荷数据的尺寸,不包罗mask key的尺寸。

Payload data:(x y) 字节

载荷数据:包含了扩展数据、应用数据。在那之中,扩充数据x字节,应用数据y字节。

扩展数据:借使未有协商使用扩充的话,增添数据数据为0字节。全部的恢宏都必须表明扩展数据的长短,可能能够什么计算出恢弘数据的长度。别的,扩大如何利用必须在拉手阶段就合计好。借使扩充数据存在,那么载荷数据长度必须将扩展数据的长度包蕴在内。

行使数据:任意的运用数据,在扩充数据未来(纵然存在增加数据),私吞了数码帧剩余的职分。载荷数据长度 减去 扩展数据长度,就获得利用数据的尺寸。

叁、掩码算法

掩码键(Masking-key)是由客户端挑选出来的三16位的随机数。掩码操作不会潜移默化多少载荷的长度。掩码、反掩码操作都施用如下算法:

首先,假设:

original-octet-i:为原本数据的第i字节。

transformed-octet-i:为转移后的数指标第i字节。

j:为i mod4的结果。

masking-key-octet-j:为mask key第j字节。

算法描述为: original-octet-i 与 masking-key-octet-j 异或后,获得transformed-octet-i。

j = i MOD 4 transformed-octet-i = original-octet-i XOR masking-key-octet-j

陆、数据传递

假如WebSocket客户端、服务端建立连接后,后续的操作都是依照数据帧的传递。

WebSocket依据 opcode来分歧操作的体系。比如 0x8表示断开连接, 0x0- 0x二表示数据交互。

1、数据分片

WebSocket的每条新闻恐怕被切分成八个数据帧。当WebSocket的接收方收到3个数目帧时,会依照FIN的值来判别,是不是业已接受音信的终极1个数据帧。

FIN=1表示最近数据帧为新闻的尾声三个数据帧,此时接收方已经抽出完整的音讯,能够对新闻举办处理。FIN=0,则接收方还要求延续监听接收别的的数据帧。

此外, opcode在数据交换的风貌下,表示的是数据的花色。 0x0一表示文本, 0x0贰表示贰进制。而 0x00相比较特殊,表示一而再帧(continuation frame),顾名思义,就是总体音信对应的数据帧还没接到完。

2、数据分片例子

一贯看例子更形象些。下边例子来自MDN,能够很好地示范数据的分片。客户端向服务端五回发送音信,服务端收到音信后回应客户端,那里根本看客户端往服务端发送的音讯。

首先条新闻

FIN=一, 表示是眼前新闻的末尾三个数据帧。服务端收到当前数据帧后,能够处理音讯。opcode=0x一,表示客户端发送的是文件类型。

其次条信息

FIN=0,opcode=0x一,表示发送的是文件类型,且音信还没发送达成,还有继续的数据帧。

FIN=0,opcode=0x0,表示音信还没发送完毕,还有继续的数据帧,当前的数据帧必要接在上一条数据帧之后。

FIN=一,opcode=0x0,表示新闻已经发送完毕,没有继续的数据帧,当前的数据帧必要接在上一条数据帧之后。服务端可以将涉嫌的数据帧组装成完全的新闻。

Client: FIN=1, opcode=0x1, msg="hello"

Server: (process complete message immediately) Hi.

Client: FIN=0, opcode=0x1, msg="and a"

Server: (listening, new message containing text started)

Client: FIN=0, opcode=0x0, msg="happy new"

Server: (listening, payload concatenated to previous message)

Client: FIN=1, opcode=0x0, msg="year!"

Server: (process complete message) Happy new year to you too!

7、连接保持 心跳

WebSocket为了保险客户端、服务端的实时双向通讯,须求保证客户端、服务端之间的TCP通道保持一而再未有断开。但是,对于长日子尚无多少往来的接连,如若依旧长日子维系着,恐怕会浪费包罗的接二连三财富。

但不消除有个别场景,客户端、服务端即使长日子未有数量往来,但仍亟需保证再而三。那一年,能够选择心跳来实现。

发送方->接收方:ping

接收方->发送方:pong

ping、pong的操作,对应的是WebSocket的八个调节帧, opcode分别是 0x玖、 0xA。

举例来讲,WebSocket服务端向客户端发送ping,只须求如下代码(选用 ws模块)

ws.ping('', false, true);

八、Sec-WebSocket-Key/Accept的作用

前方提到了, Sec-WebSocket-Key/Sec-WebSocket-Accept在第3职能在于提供基础的严防,减弱恶意连接、意外延续。

效能大约归咎如下:

避免服务端收到违规的websocket连接(比如http客户端一点都不小心请求连接websocket服务,此时服务端能够一贯拒绝连接)

担保服务端通晓websocket连接。因为ws握手阶段采纳的是http协议,由此可能ws连接是被二个http服务器处理并重临的,此时客户端能够由此Sec-WebSocket-Key来担保服务端认识ws协议。(并非百分之百保险,比如总是存在那些无聊的http服务器,光处理Sec-WebSocket-Key,但并未完结ws协议。。。)

用浏览器里提倡ajax请求,设置header时,Sec-WebSocket-Key以及任何有关的header是被取缔的。那样可防止止客户端发送ajax请求时,意外请求协议晋级(websocket upgrade)

可避防止反向代理(不知底ws协议)重临错误的数额。比如反向代理前后收到五次ws连接的提拔请求,反向代理把第二次呼吁的归来给cache住,然后第二回呼吁到来时一贯把cache住的央求给再次回到(无意义的回到)。

Sec-WebSocket-Key首要指标并不是确认保证数量的安全性,因为Sec-WebSocket-Key、Sec-WebSocket-Accept的转移总计公式是当着的,而且非常简单,最主要的作用是堤防1些科学普及的竟然境况(非故意的)。

重申:Sec-WebSocket-Key/Sec-WebSocket-Accept 的折算,只可以带来基本的保证,但老是是或不是平安、数据是不是平安、客户端/服务端是或不是合法的 ws客户端、ws服务端,其实并从未实际性的保障。

九、数据掩码的法力

WebSocket研讨中,数据掩码的功用是拉长协商的安全性。但数量掩码并不是为着保养数量本人,因为算法自己是公然的,运算也不复杂。除了加密大道本人,仿佛并未太多立见成效的保卫安全通讯安全的主意。

那么为何还要引入掩码总括呢,除了扩充Computer器的运算量外就好像并不曾太多的纯收入(那也是多多益善同室疑心的点)。

答案依旧四个字:安全。但并不是为了幸免数据泄密,而是为了幸免早期版本的磋商业中学留存的代理缓存污染攻击(proxy cache poisoning attacks)等主题素材。

一、代理缓存污染攻击

上面摘自20十年有关安全的一段讲话。个中涉及了代理服务器在商榷落实上的毛病恐怕引致的铁岭难题。猛击出处。

“We show, empirically, that the current version of the WebSocket consent mechanism is vulnerable to proxy cache poisoning attacks. Even though the WebSocket handshake is based on HTTP, which should be understood by most network intermediaries, the handshake uses the esoteric “Upgrade” mechanism of HTTP [5]. In our experiment, we find that many proxies do not implement the Upgrade mechanism properly, which causes the handshake to succeed even though subsequent traffic over the socket will be misinterpreted by the proxy.”

[TALKING] Huang, L-S., Chen, E., Barth, A., Rescorla, E., and C. Jackson, "Talking to Yourself for Fun and Profit", 2010,

在正规描述攻击步骤以前,我们假设有如下加入者:

攻击者、攻击者自身说了算的服务器(简称“邪恶服务器”)、攻击者伪造的财富(简称“邪恶能源”)

事主、受害者想要访问的财富(简称“正义能源”)

被害者实际想要访问的服务器(简称“正义服务器”)

中级代理服务器

攻击步骤一:

攻击者浏览器 向凶横服务器倡导WebSocket连接。依据前文,首先是2个商议进级请求。

磋商升级请求 实际达到代理服务器

代理服务器将合计晋级请求转载到残暴服务器

残暴服务器同意连接,代理服务器将响应转载给攻击者

是因为 upgrade 的达成上有缺陷,代理服务器感觉前面转载的是1般的HTTP音信。由此,当说道服务器同意连接,代理服务器感到这一次对话已经终结。

攻击步骤二:

攻击者在前边建立的连日上,通过WebSocket的接口向狞恶服务器发送数据,且数据是细心组织的HTTP格式的文书。其中蕴藏了公而忘私能源的地址,以及1个假冒的host(指向公允服务器)。(见前面报文)

请求达到代理服务器。即便复用了前头的TCP连接,但代理服务器感到是新的HTTP请求。

代理服务器残酷服务器请求残酷能源

粗暴服务器返回残暴资源代理服务器缓存住残酷能源(url是对的,但host是公允服务器的地址)。

到那边,受害者能够进场了:

受害者通过代理服务器访问公平服务器比量齐观能源

代理服务器反省该财富的url、host,发现本地有1份缓存(伪造的)。

代理服务器凶恶财富返回给受害者

受害者卒。

附:前面提到的密切协会的“HTTP请求报文”。

Client → Server:

POST /path/of/attackers/choice HTTP/1.1 Host: host-of-attackers-choice.com Sec-WebSocket-Key:

Server → Client:

HTTP/1.1 200 OK

Sec-WebSocket-Accept:

二、当前缓解方案

早期的提案是对数码实行加密处理。基于安全、功用的设想,最后利用了折中的方案:对数据载荷进行掩码处理。

必要小心的是,那里只是限制了浏览器对数据载荷进行掩码处理,可是渣男完全能够完成和谐的WebSocket客户端、服务端,不按规则来,攻击能够照常举办。

可是对浏览器加上那么些范围后,能够大大扩充攻击的难度,以及攻击的熏陶范围。借使未有那些限制,只须要在网上放个钓鱼网址骗人去做客,一下子就足以在长期内进行大范围的攻击。

10、写在末端

WebSocket可写的东西还挺多,比如WebSocket扩张。客户端、服务端之间是怎么协商、使用扩大的。WebSocket扩大能够给协议本身伸张诸多力量和设想空间,比如数据的削减、加密,以及多路复用等。

字数所限,那里先不进行,感兴趣的同校能够留言沟通。小说如有错漏,敬请建议。

十一、相关链接

RFC6455:websocket规范

规范:数据帧掩码细节

专业:数据帧格式

server-example

编写websocket服务器

对互联网基础设备的攻击(数据掩码操作所要防范的业务)

Talking to Yourself for Fun and Profit(含有攻击描述)

What is Sec-WebSocket-Key for?

10.3. Attacks On Infrastructure (Masking)

Talking to Yourself for Fun and Profit

Why are WebSockets masked?

How does websocket frame masking protect against cache poisoning?

What is the mask in a WebSocket frame?

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