SOCKS5 代理協議完整實作指南：從 RFC 到 C++ 程式碼

SOCKS5（RFC 1928）是廣泛部署的通用代理協議，支援無驗證、使用者名稱/密碼、GSSAPI 等多種認證機制，並提供 TCP 連線、BIND、UDP 轉發三種命令。本文依照 RFC 流程，逐步拆解協議封包格式、狀態機轉換，並提供可直接編譯的 C++ 實作範例，涵蓋連線建立、方法協商、認證處理、請求轉發、回應解析全流程。

一、協議流程總覽

1. Client → Server：VER=0x05, NMETHODS, METHODS...
2. Server → Client：VER=0x05, METHOD（0x00無驗證、0x02帳密、0xFF不支援）
3. 若 METHOD=0x02：Client → Server 發送帳密子協商（VER=0x01, ULEN, UNAME, PLEN, PASS）
4. Server → Client：VER=0x01, STATUS（0x00成功）
5. Client → Server：發送請求命令（CMD=0x01 CONNECT、目標位址類型、位址、埠）
6. Server → Client：回應結果（REP=0x00成功、綁定位址/埠）
7. 後續資料透明轉發

二、關鍵封包結構定義

1. 方法協商（Client → Server）

+----+----------+----------+
|VER | NMETHODS | METHODS  |
+----+----------+----------+
| 1  |    1     | 1-255    |
+----+----------+----------+

METHODS 常見值：0x00 無驗證、0x02 帳密、0x80-0xFE 私有擴充。

2. 方法選擇回應（Server → Client）

+----+--------+
|VER | METHOD |
+----+--------+
| 1  |   1    |
+----+--------+

3. 使用者名稱/密碼認證（RFC 1929）

Client→Server: +----+------+----------+------+----------+
                |VER | ULEN | UNAME    | PLEN | PASS     |
                +----+------+----------+------+----------+
                | 1  |  1   | 1-255    |  1   | 1-255    |
                +----+------+----------+------+----------+
Server→Client: +----+--------+
                |VER | STATUS |
                +----+--------+
                | 1  |   1    |
                +----+--------+

注意：此處 VER=0x01，與主協議 0x05 不同。

4. 請求命令

+----+-----+-------+------+----------+----------+
|VER | CMD |  RSV  | ATYP | DST.ADDR | DST.PORT |
+----+-----+-------+------+----------+----------+
| 1  |  1  | 0x00  |  1   | Variable |    2     |
+----+-----+-------+------+----------+----------+

• CMD：0x01 CONNECT、0x02 BIND、0x03 UDP ASSOCIATE
• ATYP：0x01 IPv4(4 位元組)、0x03 Domain(首位元組長度+名稱)、0x04 IPv6(16 位元組)

5. 伺服器回應

+----+-----+-------+------+----------+----------+
|VER | REP |  RSV  | ATYP | BND.ADDR | BND.PORT |
+----+-----+-------+------+----------+----------+
| 1  |  1  | 0x00  |  1   | Variable |    2     |
+----+-----+-------+------+----------+----------+

REP 常見碼：0x00 成功、0x01 一般失敗、0x02 規則不允許、0x03 網路不可達、0x04 主機不可達、0x05 連線被拒、0x07 指令不支援、0x08 位址類型不支援。

三、C++ 完整實作範例（同步阻塞）

bool CSocks5Proxy::Connect(LPCTSTR szServer, int nPort, LPCTSTR szUser, LPCTSTR szPass) {
    // 1. 建立 TCP 連線至代理伺服器
    if (!m_socket.Connect(szServer, nPort)) return false;

    // 2. 方法協商
    BYTE req[257] = {5}; // VER=5
    req[1] = (szUser && *szUser) ? 2 : 1; // NMETHODS
    req[2] = 0x00;                       // METHOD: NO AUTH
    if (req[1] == 2) req[3] = 0x02;      // METHOD: USER/PASS
    if (!SendPacket(req, 3 + (req[1]==2))) return false;

    BYTE rsp[2];
    if (!RecvPacket(rsp, 2) || rsp[0]!=5 || rsp[1]==0xFF) return false;

    // 3. 帳密認證
    if (rsp[1] == 0x02) {
        if (!szUser || !*szUser) return false;
        int ulen = strlen(szUser), plen = strlen(szPass);
        BYTE auth[513] = {1, (BYTE)ulen};
        memcpy(auth+2, szUser, ulen);
        auth[2+ulen] = (BYTE)plen;
        memcpy(auth+3+ulen, szPass, plen);
        if (!SendPacket(auth, 3+ulen+plen)) return false;
        if (!RecvPacket(rsp, 2) || rsp[0]!=1 || rsp[1]!=0) return false;
    }

    // 4. 發送 CONNECT 請求（這裡僅示範 IPv4）
    BYTE cmd[10] = {5, 1, 0, 1}; // VER=5, CMD=CONNECT, RSV=0, ATYP=IPv4
    DWORD dwIP = inet_addr(m_szTargetIP); // 目標 IP
    WORD  wPort = htons(m_nTargetPort);   // 目標埠
    memcpy(cmd+4, &dwIP, 4);
    memcpy(cmd+8, &wPort, 2);
    if (!SendPacket(cmd, 10)) return false;

    // 5. 解析回應
    BYTE resp[256];
    int n = RecvPacket(resp, 10); // 至少 10 位元組
    if (n < 10 || resp[0]!=5 || resp[1]!=0) return false;

    // 6. 連線成功，進入透明轉發迴圈...
    return true;
}

四、進階主題

• 非同步 I/O：搭配 WSAAsyncSelect/IOCP 實作高併發代理用戶端。
• UDP ASSOCIATE：處理 UDP 封包轉發需維護對應表，注意 NAT 穿透。
• IPv6/域名支援：動態構建 ATYP=0x03/0x04 請求，解析 BND.ADDR 回應。
• 錯誤重試與逾時：各階段設定 SO_RCVTIMEO/SO_SNDTIMEO，失敗按 REP 碼決定重試策略。

五、總結

SOCKS5 協議結構清晰、擴充性強，掌握其封包格式與狀態機即可實作健壯的代理用戶端。本文提供的同步阻塞範例可作為教學與輕量級應用基礎；生產環境建議採用非同步架構並完善異常處理、日誌記錄與單元測試。