Как мессенджеры обрабатывают трафик и маршрутизацию

Фото: freepik.com - DilokaStudio

Отправка текста в WhatsApp кажется мгновенной. Нажал, свист, готово. Но между тем, как ваш палец покидает экран, и сообщением, появляющимся на телефоне другого человека, ваши данные попадают на релейный сервер, шифруются, проходят через таблицу маршрутизации и приземляются на втором сервере, ближе к получателю. Все это занимает около 200 миллисекунд.

Вся эта цепочка важнее, чем люди думают.

Ваши сообщения делают объезды

Ни одно из крупных приложений для обмена сообщениями не отправляет данные напрямую с устройства на устройство. Все они используют релейные серверы, но способ их организации сильно различается.

Telegram управляет пятью кластерами дата-центров в разных частях мира. Когда вы впервые регистрируетесь, вас назначают в один из них в зависимости от вашего местоположения. Пользователь в Сингапуре и пользователь во Франкфурте общаются с совершенно разными группами серверов, даже если они переписываются друг с другом. Серверы обрабатывают передачу данных посередине.

WhatsApp прокладывает почти все через инфраструктуру Meta, которая более централизована. Signal использует противоположный подход, управляя меньшим количеством серверов и сознательно избегая сбора метаданных. Каждый из этих дизайнов имеет последствия для скорости, надежности и того, кто может следить за чем.

Что происходит, когда правительства отключают связь

Иран заблокировал Telegram в 2018 году. Россия пыталась и в основном потерпела неудачу. Китай блокирует почти все, что не является WeChat. Эта часть практическая, а не теоретическая.

Стандартный план прост: выяснить, к каким IP-адресам подключается мессенджер, а затем заблокировать эти IP на уровне провайдера. Это работает, по крайней мере, изначально. Но разработчики приложений проявили креативность.

Telegram создал что-то под названием MTProto proxy protocol. Он оборачивает трафик сообщений так, чтобы он выглядел как обычный HTTPS веб-серфинг. Для пользователей в ограниченных странах настройка телеграм-прокси создает посредническое соединение, которое проходит мимо правительственных фильтров.

Signal выбрал другой путь с доменной фронтировкой. Идея заключалась в том, чтобы сделать трафик Signal похожим на трафик, идущий в Google. Умно, но Google в конечном итоге убил эту технику на своей инфраструктуре, и Amazon последовал за ним. Поэтому Signal снова пришлось адаптироваться.

Проблема накладных расходов на шифрование

Люди говорят о сквозном шифровании, как будто это бесплатно. Это не так.

Зашифрованные пакеты больше, чем незашифрованные. Каждая беседа также требует криптографической рукопожатия, прежде чем что-либо может двигаться. Протокол Signal, который WhatsApp также использовал с 2016 года, добавляет примерно 15-20% больше данных на сообщение. Исследования, опубликованные через IEEE, задокументировали, как эта нагрузка шифрования заставляет мобильных операторов пересматривать способ, которым они приоритизируют трафик приложений.

А групповые чаты — это совершенно другая головная боль. Если вы отправите одно сообщение группе из 200 участников, приложению придется сгенерировать 200 отдельных зашифрованных копий. Это дорого в терминах обработки и пропускной способности. Обходной путь Telegram заключается в том, чтобы использовать сквозное шифрование только для «Секретных чатов» и обрабатывать обычные беседы с помощью серверного шифрования. Это компромисс: меньше конфиденциальности, но гораздо быстрее доставка групповых сообщений.

Масштаб, который ломает мозг

WhatsApp обрабатывает более 100 миллиардов сообщений в день. Позвольте этой цифре немного повисеть. Если 1% из них не удастся, миллиард сообщений исчезнет.

Приложения используют географическое балансирование нагрузки (маршрутизируя вас к ближайшему серверу с мощностями) и мультиплексирование соединений (упаковывая несколько потоков чата в одно соединение вместо открытия новых). Ничего экзотического, но сделать это правильно на таком масштабе — действительно сложная инженерная задача.

Протокол MTProto Telegram также заслуживает упоминания. Он был создан, чтобы сократить количество обменов, необходимых для установления соединения. Стандартный HTTPS требует нескольких круговых поездок только для рукопожатия. MTProto сокращает это, что отчасти объясняет, почему Telegram кажется быстрее в регионах с нестабильным интернетом. Техническая инфраструктура платформы распределяет эту нагрузку по тем пяти глобальным кластерам, о которых упоминалось ранее.

Так о чем же вам действительно стоит беспокоиться

Каждый сервер, к которому касается ваше сообщение, — это место, где могут утекать метаданные. С кем вы общаетесь, когда, как часто. Шифрование защищает содержимое, но сам маршрут рассказывает историю.

Если это вас беспокоит, проверьте, поддерживает ли ваше приложение маршрутизацию через прокси или альтернативные пути соединения. Не все из них это делают. Приложения, предоставляющие пользователям контроль над их маршрутом трафика, будут лучше справляться, когда инструменты цензуры станут умнее, а сетевое наблюдение станет дешевле.

Слой маршрутизации становится таким же важным, как и слой шифрования. Большинство людей еще не осознали этого.