消息推送在审查规避中的应用
之前一直很好奇，为啥没有挂代理的时候，iPhone能够接收到一些软件的推送，这篇发表于FOCI '23的文章给出了答案。
密西根大学 | 消息推送在审查规避中的应用
原文标题：The Use of Push Notification in Censorship Circumvention
原文作者：Diwen Xue and Roya Ensaf
原文链接：https://petsymposium.org/foci/2023/foci-2023-0009.php
发表会议：FOCI, 2023
1、引言
本文基于消息推送服务（Push Notification）应用范围广、基数大、封禁附加损失高的特点，提出了PushRSS和PushProxy两种审查规避系统。其中PushRSS借鉴RSS的思想，通过消息推送网络规避流量审查，解决了服务器IP被封禁的问题；PushProxy利用消息推送服务传输下行流量，通过额外通道传输上行流量，通过将上下行流量解耦规避流量审查。
2、消息推送服务
为了使用户能够随时接收到目标服务器推送的信息，需要用户与服务器建立长时间的稳定连接，而这又极大消耗了服务器的资源，因此便发展出了诸如Google Firebase Cloud Messaging（GCM）、Apple Push Notification Service（APNS）、Microsoft Push Notification Service（MPNS）等一系列的消息推送服务，包括日常生活中的手机、电脑各种应用的通知，都是基于此。客户端仅需与消息推送服务器建立持久的连接，从而释放了服务器资源。服务器推送通知时，仅需向消息推送服务器发送请求，消息推送服务器代替服务器向客户端推送信息，具体工作流如上图所示。
3、PushRSS
传统的RSS是客户端订阅服务端的RSS链接，然后定时爬取RSS链接中的内容，实质上还是客户端与服务端直接相连，若审查机构发现流量异常，直接封禁服务端的IP即可阻断流量访问，这显然不满足规避流量审查的要求。因此，本文基于此，在客户端与服务端之间添加了信息推送服务器，借助信息推送网络隐藏服务器的IP，及时服务器IP被封禁，客户端仍然能够通过信息推送网络获取服务端发送的数据。
在该模式下，客户端一旦被安装，便会联系消息推送服务提供商（如APNS、FCM），获取设备tokens，然后将自身设备的tokens以及订阅的RSS链接一同发送至PushRSS服务端，此时如果客户端不能直接与服务端通信，则可选用邮件等带外传输方式，PushRSS服务端收到客户端发来的内容后，会定期更新客户端的订阅链接，并获取订阅链接中的内容，解析后通过消息推送网络发送至客户端。具体工作流程如上图所示。
该模式的缺点也显而易见，既用户缺少持久可靠的上行流量通道，且下行流量的内容依赖RSS订阅链接，传输速度也受消息推送服务提供商的限制。
4、PushProxy
为了应对流量审查攻击，PushProxy将上行与下行流量解耦，使得攻击者难以捕获完整的流量序列，从而不能实施流量审查攻击。不同于之前的解耦手段，PushProxy利用消息推送服务传输下行流量，具有更强的抗审查能力。
PushProxy的客户端和服务端在初始时要进行一些数据协商，如tokens等，这都由FCM等消息推送服务产生和协商。PushProxy的下行流量同样通过FCM等消息推送网络进行传输，而上行流量通过XOR混淆的UDP包传输，当然也可选用其他自定义方式，具体工作流如上图所示。
该模式下，由于传输上行流量的需求，PushProxy客户端需要与其服务端直接相连，这一定程度上增加了被封锁的概率，此外消息推送服务是尽最大努力交付，需要额外机制保证数据的可靠性。
5、协议评估
5.1 可用性
本文采用Hyperquack[1]标准来进行可用性评估，研究从2022年6月持续至2023年1月，覆盖1632个自治系统（AS），共收集约555万次测量数据，结果如下。
结果表明，全球大多数AS未对FCM连接进行干预，仅个别AS如AS5607、AS1930和AS786出现封锁行为，但这并非针对FCM。中国则较为特殊，多个AS在2022年9月22日至30日期间对FCM及其它Google服务进行大面积封锁，尤其在中共二十大召开前夕。不过，FCM的封锁于10月1日被解除，其它Google子域名仍被封锁中，这说明审查机构可能为了避免影响依赖FCM的应用功能，而对其做出了有针对性的解封。
5.2 性能
本文通过带宽、首字节时间、昼夜变化3个指标对协议性能进行对比评估，结果如下。
在带宽测试中，Shadowsocks和OpenVPN的下载时间中位数分别为2.70和9.68，PushProxy下载的初始时间为94.92秒，增加并行消息推送接收器数量（N从10增加至100）后，下载时间缩短至16.46秒。
在首字节到达时间方面，PushProxy略慢于Shadowsocks和OpenVPN，分别为572ms、492ms和508ms。
在昼夜变化方面，Shadowsocks在晚高峰期间性能明显下降，而PushProxy在此时段仍保持稳定。
References
[1] Sundara Raman, Ram, et al. "Censored planet: An internet-wide, longitudinal censorship observatory." proceedings of the 2020 ACM SIGSAC conference on computer and communications security. 2020.