Приватная Cвязь на Go и Flutter

От автора

В последнее время очень хочется мессенджер, в котором:

• Нет центрального сервера

• Сообщения шифруются end-to-end и не хранятся в открытом виде нигде

• Любой при необходимости может поднять свой сервер легко и быстро и присоедениться к общей сети

• Один сетевой стек вместо зоопарка протоколов

На Go есть библиотека libp2p, поддерживает работу с множеством транспортов, имеет встроенную аутентификацию пиров и предоставляет фундамент для децентрализованных P2P-сетей, которую крайне интересно было бы попробовать интегрировать в мобильное приложение в качестве транспорта для звонков и сообщений. Результатами попытки делюсь ниже.

Стек

Flutter отвечает за UI. Вся сетевая логика живёт в бинарнике, который компилируется в .dylib (macOS), .so (Android/Linux) или статическую библиотеку (iOS). Dart общается с Go через FFI (Foreign Function Interface) — прямые вызовы C-функций. Соединение между пирами может устанавливаться двумя путями: напрямую или через промежуточный узел — Circuit Relay v2. Последний необходим для обхода ограничений NAT и брандмауэров, когда прямой коннект между устройствами невозможен.

Главный и самый первый вопрос который встал у меня в начале разработки: как из Flutter-приложения вызывать Go-код? Лучше всего получилось через CGO. Go умеет компилироваться в C-совместимую shared library с экспортируемыми функциями.

Сборка Go → C-shared library

Android (so, нужен NDK):

CGO_ENABLED=1 GOOS=android GOARCH=arm64 
CC=$ANDROID_NDK/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/bin/aarch64-linux-android21-clang 
go build -buildmode=c-shared 
-o libp2p_network.so 
./main.go

iOS (статическая библиотека .a через CGO):

CGO_ENABLED=1 GOOS=ios GOARCH=arm64 
CC=$(xcrun --sdk iphoneos --find clang) 
CGO_CFLAGS="-isysroot $(xcrun --sdk iphoneos --show-sdk-path) -arch arm64 -miphoneos-version-min=12.0" 
CGO_LDFLAGS="-isysroot $(xcrun --sdk iphoneos --show-sdk-path) -arch arm64 -miphoneos-version-min=12.0" 
go build -buildmode=c-archive 
-o libp2p_network.a 
./main.go

На выходе получаем бинарник с C-функциями, которые Dart может вызывать через dart:ffi.
На Android достаточно положить .so в jniLibs/arm64-v8a/, и Flutter подхватит его автоматически. На iOS — c-archive выдаёт .a + .h, которые линкуются статически в Xcode-проекте. Для универсальной библиотеки (device + simulator) собираются две .a под arm64 и x86_64, затем склеиваются через lipo -create.

FFI мост: Go → Dart

Go-сторона: экспорт C-функций

Каждая функция, которую нужно вызывать из Dart, помечается комментарием //export:

package main

/*
#include <stdlib.h>
*/
import "C"
import (
    "sync"
    "github.com/myapp/p2p"
)

var (
    nodeInstance *p2p.Node
    nodeMu       sync.Mutex
)

//export StartNode
func StartNode(storagePath *C.char) *C.char {
    nodeMu.Lock()
    defer nodeMu.Unlock()

    if nodeInstance != nil {
        return C.CString(nodeInstance.GetPeerID())
    }

    path := C.GoString(storagePath)
    node, err := p2p.NewNode(path)
    if err != nil {
        return C.CString("")
    }

    node.SetMessageHandler(func(msg *p2p.Message) {
        // складываем в буфер для polling
    })

    if err := node.Start(); err != nil {
        return C.CString("")
    }

    nodeInstance = node
    return C.CString(node.GetPeerID())
}

//export SendMessage
func SendMessage(peerID, content, msgType, id *C.char) C.int {
    nodeMu.Lock()
    node := nodeInstance
    nodeMu.Unlock()

    if node == nil {
        return -1
    }

    err := node.SendMessage(
        C.GoString(peerID),
        C.GoString(content),
        C.GoString(msgType),
        C.GoString(id),
    )
    if err != nil {
        return -1
    }
    return 0
}

//export FreeString
func FreeString(s *C.char) {
    C.free(unsafe.Pointer(s))
}

func main() {}

Важные моменты:

- C.GoString() копирует строку из C-памяти в Go — после этого Dart может освободить свою копию

- C.CString() выделяет память в C-хипе — Dart обязан вызвать FreeString после использования, иначе утечка

- Все экспортированные функции должны быть в пакете main

- func main() {} — обязательна, даже если пустая

Dart-сторона: загрузка и вызов

class P2PNode {
  static DynamicLibrary? _lib;

  void _loadLibrary() {
    if (Platform.isAndroid) {
      _lib = DynamicLibrary.open('libp2p_network.so');
    } else if (Platform.isIOS) {
      _lib = DynamicLibrary.process(); // статически слинковано
    } else if (Platform.isMacOS) {
      // ищем dylib в Frameworks бандла
      final appDir = Platform.resolvedExecutable;
      final frameworksDir = '${File(appDir).parent.path}/Frameworks';
      _lib = DynamicLibrary.open('$frameworksDir/libp2p_network.dylib');
    }

    _startNode = _lib!.lookupFunction<
        Pointer<Utf8> Function(Pointer<Utf8>),  // C-сигнатура
        Pointer<Utf8> Function(Pointer<Utf8>)   // Dart-сигнатура
    >('StartNode');

    _sendMessage = _lib!.lookupFunction<
        Int32 Function(Pointer<Utf8>, Pointer<Utf8>, Pointer<Utf8>, Pointer<Utf8>),
        int Function(Pointer<Utf8>, Pointer<Utf8>, Pointer<Utf8>, Pointer<Utf8>)
    >('SendMessage');

    _freeString = _lib!.lookupFunction<
        Void Function(Pointer<Utf8>),
        void Function(Pointer<Utf8>)
    >('FreeString');
  }
}

Вызов Go-функции из Dart выглядит так:

Future<String> start() async {
  final dir = await getApplicationDocumentsDirectory();
  final pathPtr = dir.path.toNativeUtf8();
  final resultPtr = _startNode(pathPtr);
  final peerId = resultPtr.toDartString();
  _freeString(resultPtr);  // освобождаем C-память
  calloc.free(pathPtr);    // освобождаем Dart-память
  return peerId;
}

Как работает libp2p-нода

Создание ноды — это конфигурирование libp2p хоста с нужными транспортами и протоколами:

func NewNode(storagePath string) (*Node, error) {
    ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())

    // Загружаем или генерируем Ed25519-ключ (это наш PeerID)
    keyPath := filepath.Join(storagePath, "identity.key")
    priv, _ := loadOrCreateKey(keyPath)

    h, err := libp2p.New(
        libp2p.Identity(priv),
        libp2p.ListenAddrStrings(
            "/ip4/0.0.0.0/tcp/0",
            "/ip4/0.0.0.0/udp/0/quic-v1",
        ),
        libp2p.EnableNATService(),
        libp2p.EnableRelay(),
        libp2p.NATPortMap(),
        libp2p.EnableAutoRelayWithStaticRelays(relayAddrs),
    )

    // Kademlia DHT для discovery
    kadDHT, _ := dht.New(ctx, h, dht.Mode(dht.ModeAutoServer))

    node := &Node{host: h, dht: kadDHT, ctx: ctx}

    // Регистрируем обработчик входящих сообщений
    h.SetStreamHandler("/messaging/1.0.0", node.handleStream)

    // Слушаем подключения/отключения пиров
    h.Network().Notify(&network.NotifyBundle{
        ConnectedF:    func(n network.Network, c network.Conn) { ... },
        DisconnectedF: func(n network.Network, c network.Conn) { ... },
    })

    return node, nil
}

Каждое устройство получает уникальный PeerID — это хеш публичного Ed25519-ключа. Ключ генерируется один раз и хранится на устройстве. PeerID — это ваш идентификатор в сети, аналог номера телефона, но без привязки к чему-либо.

Отправка сообщений

func (n *Node) SendMessage(peerIDStr, content, msgType, id string) error {
    msg := Message{
        ID:      id,
        From:    n.host.ID().String(),
        To:      peerIDStr,
        Content: content,
        Type:    msgType,
    }
    data, _ := json.Marshal(msg)

    peerID, _ := peer.Decode(peerIDStr)

    // Открываем stream к пиру (через relay если нужно)
    s, err := n.host.NewStream(ctx, peerID, "/messaging/1.0.0")

    s.Write(data)
    s.Close()
    return nil
}

Если пир онлайн — сообщение доставляется напрямую. Если оффлайн — шифруется и кладётся в хранилище серверной ноды до доставки(данную функцию можно отключить). При следующем подключении пир заберёт все накопленные сообщения.

Звонки

Для P2P-звонков 1 на 1 используется трехуровневая система транспорта, которая обеспечивает минимальную задержку, но гарантирует связь даже за жесткими NAT:

1. Прямой UDP-транспорт (Pion ICE): Основной и самый быстрый канал. При ответе на звонок ноды обмениваются ICE-кандидатами через обычные libp2p-сообщения (без громоздкого SDP). Устанавливается прямой UDP-канал, аудио-фреймы (Opus) шифруются кастомным симметричным ключом (на базе ключей libp2p) и летят напрямую.

2. libp2p DCUtR (Hole Punching): Если чистый UDP не пробивается, срабатывает механизм DCUtR (Direct Connection Upgrade through Relay). Пиры узнают свои внешние IP через Relay и пробивают прямое TCP/QUIC соединение на уровне libp2p.

3. libp2p stream через Relay (Фоллбек): Если оба клиента за симметричными NAT и прямое соединение невозможно, трафик бесшовно идет через серверную ноду по базовому libp2p-стриму (/call/1.0.0).

Отправка аудио

func (n *Node) SendAudio(data []byte) error {
    call := n.activeCall
    if call == nil || call.State != CallStateActive {
        return fmt.Errorf("no active call")
    }

    // Фрейм: [0xFE][Len 2 bytes][Opus data]
    packet := make([]byte, 1+2+len(data))
    packet[0] = 0xFE
    binary.BigEndian.PutUint16(packet[1:], uint16(len(data)))
    copy(packet[3:], data)

    call.Stream.Write(packet)
    return nil
}

Прием аудио

func (n *Node) audioReadLoop() {
    call := n.activeCall
    for {
        // Ждём sync byte
        syncBuf := make([]byte, 1)
        call.Stream.Read(syncBuf)

        switch syncBuf[0] {
        case 0xFE: // аудио
            lenBuf := make([]byte, 2)
            io.ReadFull(call.Stream, lenBuf)
            frameLen := binary.BigEndian.Uint16(lenBuf)

            opusData := make([]byte, frameLen)
            io.ReadFull(call.Stream, opusData)

            // Передаём Opus-фрейм обработчику
            n.audioHandler(opusData)

        }
    }
}

Если устройства оффлайн.

Поскольку нет классического центрального сервера, возникает резонный вопрос: как получить сообщение, если приложение выгружено из памяти или телефон заблокирован?

В этом случае на помощь приходят Push-уведомления (APNs для iOS, FCM для Android), но с важнейшей оговоркой ради сохранения E2EE и приватности: в самом пуше не передаётся ничего важного. В нём нет ни текста сообщения, ни ключей, ни даже реального отправителя. Это просто "слепой" триггер (silent/data push), который служит только для одной цели — разбудить устройство.

Механика работы выглядит так:

1. На телефон прилетает пуш-сигнал.

2. Операционная система на короткое время будит приложение в фоновом режиме.

3. В фоне стартует наша Go-нода.

4. Нода подключается к сети и скачивает все накопившиеся зашифрованные пакеты.

5. Расшифровка происходит строго локально, после чего приложение само формирует и показывает пользователю полноценное локальное уведомление с текстом сообщения.

Таким образом, получаем удобство классических мессенджеров, не компрометируя безопасность передаваемых данных.

Шифрование: E2EE как в Signal и WhatsApp

Безопасность — это фундамент любого современного мессенджера. Не стал(да и не смог бы быстро) изобретать велосипед (свою криптографию) или ограничиваться простым статичным шифрованием. В проекте реализовано полноценное End-to-End шифрование (E2EE) с Perfect Forward Secrecy (PFS) и Post-Compromise Security (PCS).

Архитектура шифрования разделена на два современных стандарта: один для личных чатов, другой — для групповых.

1. Личные чаты (1 на 1): Double Ratchet

Для приватных переписок используется алгоритм Double Ratchet (тот самый, что лежит в основе протокола Signal). Использую реализацию status-im/doubleratchet.

Как это работает:

1. Инициализация (X3DH): При первом контакте пиры используют свои статические ключи libp2p (Ed25519 конвертируются в X25519) для выполнения Diffie-Hellman и получения общего Root Key.

2. Симметричный храповик (Symmetric Ratchet): Каждое отправленное сообщение прокручивает цепочку ключей (KDF) через хеш-функцию. Ключ от каждого сообщения уникален. Если хакер перехватит ключ от сообщения №5, он не сможет прочитать сообщения №1–4 (Forward Secrecy).

3. Асимметричный храповик (DH Ratchet): Периодически к сообщениям прикрепляются новые эфемерные публичные ключи (Diffie-Hellman). При получении такого ключа генерируется новый Root Key. Это значит, что если устройство было скомпрометировано (ключи утекли), но потом хакер потерял к нему доступ — после пары новых сообщений ключи обновятся, и хакер снова не сможет читать переписку (Post-Compromise Security).

Даже если сообщение доставляется в оффлайне (через Relay-сервер), оно зашифровано уникальным ключом сессии. Relay видит только нечитаемый бинарный мусор.

2. Групповые чаты: Messaging Layer Security (MLS)

Double Ratchet отлично работает для двух человек, но в группах он превращается в кошмар: чтобы отправить сообщение в группу из 50 человек, нужно зашифровать его 50 раз разными ключами (Sender Keys). Это убивает батарею и сеть.

Поэтому для групп внедрил MLS (Messaging Layer Security, RFC 9420) — новейший стандарт IETF для группового E2EE. Использую библиотеку mls-go.

В чем магия MLS:

Вместо того чтобы шифровать сообщение для каждого участника отдельно, MLS строит бинарное дерево ключей (Ratchet Tree).

* Группа имеет один общий симметричный ключ для шифрования сообщений.

* При добавлении или удалении участника дерево перестраивается (отправляется Commit и Welcome сообщения), и генерируется новая эпоха (Epoch) с новым общим ключом.

* Вычислительная сложность добавления/удаления участника и обновления ключей логарифмическая O(log N), а не линейная O(N).

Итог: Группы на сотни человек шифруются так же быстро и с такими же гарантиями безопасности (PFS и PCS), как и личные чаты. Relay-сервер просто рассылает (fan-out) один зашифрованный пакет всем участникам группы, не имея доступа к ключам дерева.

Что дальше

Если увижу заинтересованность сообщества, планирую развивать проект. В первую очередь:

• Федерация серверных нод — любой сможет поднять свою, DHT для автоматического обнаружения. В таком сценарии можно полностью изолировать свои сообщения, как в Matrix.

• Полный P2P режим. Как у Jami и ему подобных

• Групповые звонки.

• Open-source — клиентский пакет (Go + Dart)

Если хотите попробовать результата данного эксперимента - App Store. Чуть позже выложу в гугл маркет. Всем спасибо за внимание!