Android で VPN サービスを実装するための完全ガイド: コードを使用して開発の詳細を探索する… (2024)

サティシュ・ナダ

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2023 年 12 月 27 日

Android で VPN サービスを実装するための完全ガイド: コードを使用して開発の詳細を探索する… (2)

Android エンジニアとして、私はスキルを磨き、モバイルアプリ開発の世界で多くの課題に挑戦してきました。各プロジェクトには、独自の要件と成長の機会がありました。しかし、際立ったプロジェクトが1つありました。それは私にプライバシーと匿名性を探求する機会を与えてくれました。

私たちの組織はクライアントから大きなプロジェクトを受けました。彼らは、Android アプリに VPN サービスを追加してほしいと考えていました。目標は、ユーザーにアプリ内で安全かつプライベートなブラウジング体験を提供することでした。

私がクライアントに初めて会ったとき、彼らはユーザーのプライバシーの保護に熱心でした。彼らは、人々がオンラインで個人情報が隠され、活動がプライベートに保たれ、身元が保護されていると感じることができる場所について説明しました。

彼らのビジョンに触発されて、VPN テクノロジーとそれを Android アプリに追加する方法を探求するようになりました。学べば学ぶほど、それがいかに難しいものであるかが分かりました。これは、ネットワークプロトコル、暗号化、Android の VPN システムの仕組みについてよく知ることを意味しました。

私は Android VPN の開発という課題に真正面から取り組みました。 Android VPN サービス API について学び、VPN プロトコルと IPSec、DNS、UDP、TCP、ネットワークパケット、OpenVPN などのネットワークについて学び、ユーザーにとって安全で使いやすいエクスペリエンスを作成することに重点を置きました。

この並外れたプロジェクトに着手したとき、私は信じられないほどの機会、つまりデジタル時代のプライバシーと匿名性を擁護する機会を与えられたことに気づきました。今後の道のりは困難なものでしたが、私は変化をもたらし、信頼、セキュリティ、個人のエンパワーメントの光となる Android アプリケーションを作成したいという燃えるような願望に駆り立てられました。

次のステップでは、最新の表現力豊かな言語 Kotlin を使用して、Android アプリケーション向けの堅牢でプライバシーを重視した VPN サービスを構築するプロセスを説明します。

デジタル時代における安全でプライベートなブラウジング体験をユーザーに提供するこの旅に私と一緒に参加しましょう。

VPN (仮想プライベートネットワーク) は、オンラインの安全性と機密データの保護にとって重要です。 Kotlin を使用して Android に VPN サービスを実装するには、VPN テクノロジーの利点を知ることが重要です。

VPN は、デバイスとインターネットの間にプライベートで暗号化された接続を作成します。すべてのインターネットトラフィックをサーバー経由で送信し、プライベートを保ちます。これにより、ユーザーのオンライン活動が他の人から隠され、インターネット上での閲覧や通信中に匿名性が保たれます。

VPN は、インターネットアクセスが制限されている地域の個人が政府が課したファイアウォールをバイパスし、オープンインターネットにアクセスするのにも役立ちます。これにより、情報とコミュニケーションの自由が促進されます。 Kotlin を使用して Android に VPN サービスを実装すると、ユーザーはデジタルプレゼンスをより詳細に制御できるようになり、オンラインエクスペリエンスがより安全でプライベートなものになります。

Android 用のさまざまなタイプの VPN:
個人用 VPN:個人ユーザーのオンライン活動を保護するため。
リモートアクセス VPN:プライベートネットワークへのリモート接続を許可します。
モバイル VPN:モバイルデバイス向けに特別に設計されています。
サイト間 VPN:複数のネットワークを接続します。

Kotlin を使用して Android に VPN サービスを実装するには、次の設定を行う必要があります。

権限を構成します。AndroidManifest.xml ファイルで必要な権限を設定します。
VPN サービスを定義します。VpnService クラスを拡張するクラスを作成して、VPN サービスを定義します。
ハンドル接続:VPN 接続を処理するために必要なメソッドを実装します。

これらの手順は、Kotlin を使用して Android に VPN サービスを実装するための基礎を築きます。

1. 権限を設定します。
ネットワークリソースにアクセスして VPN 接続を確立するには、Android アプリケーションに特定の権限が必要です。適切な機能を確保するには、これらの権限をアプリのマニフェストファイルで宣言する必要があります。一般的な権限には「インターネット” インターネットにアクセスするには、”ウェイクロック” VPN 接続中にデバイスを起動状態に保つため、および”RECEIVE_Boot_COMPLETED」を選択すると、デバイスの起動時に VPN サービスが自動的に開始されます。

2. VPN サービスを定義します。
Android 上で VPN サービスを作成するには、組み込みの VpnService クラスを使用し、それをカスタムサービスクラスに拡張します。このクラスは、VPN 接続とネットワークトラフィックを管理し、デバイスと VPN サーバーの間に安全な接続を作成します。次のようなメソッドを定義します。onCreate()、onStartCommand()、そしてonDestroy()、VPN サービスのライフサイクルを処理します。

クラス MyVpnService : VpnService() {楽しみをオーバーライド onCreate() {
super.onCreate()
// ここで初期化タスクを実行します
}
override fun onStartCommand(intent: Intent?, flags: Int, startId: Int): Int {
// ここで接続リクエストを処理し、VPN ネットワーク トラフィックを管理します
START_STICKY に戻る
}
楽しみをオーバーライド onDestroy() {
super.onDestroy()
// リソースをクリーンアップし、ここで VPN 接続を終了します
}
}

3. ハンドル接続:
VPN サービスを定義したら、次のステップは VPN 接続を処理することです。これには、VPN サーバーとの接続の確立と、VPN トンネルを介したネットワークトラフィックの管理が含まれます。

ネットワークイベントを処理し、VPN 接続状態を監視して、ユーザーにリアルタイムのフィードバックを提供することが重要です。これには、VPN 接続の確立または切断の検出、ネットワークの変更の処理、VPN と通常のネットワーク接続間のシームレスな移行の確保などが含まれます。

暗号化は、クライアントと VPN サーバー間の通信を安全に保つために重要です。不正なアクセスからデータを保護します。 VPN サービスは、対称暗号化 (共有キーを使用)、非対称暗号化 (公開キーと秘密キーのペアを使用)、ハッシュアルゴリズム (データの整合性を確保するため) などの暗号化方法を使用します。これらの方法の例には、AES、RSA、SHA-256 などがあります。

トンネリングプロトコルは、クライアントと VPN サーバーの間でデータを安全に転送する役割を果たします。これらのプロトコルは VPN 接続を確立し、データが流れるトンネルを作成します。プロトコルが異なれば、提供されるセキュリティ、パフォーマンス、互換性のレベルも異なります。例には、IPSec (強力なセキュリティを提供)、OpenVPN (多用途かつ柔軟)、WireGuard (優れたパフォーマンスとセキュリティを備えた最新かつ軽量) などがあります。

クライアントと VPN サーバー間の接続のセキュリティを強化するには、次の対策を実装できます。

証明書ベースの認証: デジタル証明書を使用してクライアントと VPN サーバーを認証し、信頼できるデバイスのみが接続できるようにします。
Perfect Forward Secrecy (PFS): セッションごとに一意のセッションキーを生成し、秘密キーが侵害された場合でも過去のデータを保護します。
ネットワークアドレス変換 (NAT) トラバーサル: UDP カプセル化や TCP トンネリングなどの技術を使用して、NAT デバイスを備えたさまざまなネットワーク環境間で VPN 接続が機能できるようにします。

Android システムでは次の対策を実施しています。

ユーザーの確認:アプリケーションが初めて VPN 接続を作成するとき、ユーザーはアクションを確認する必要があります。
単一の VPN 接続:一度にアクティブにできる VPN 接続は 1 つだけです。新しい接続が作成されると、既存の接続は自動的に非アクティブ化されます。
システム管理の通知:VPN 接続中、システムによってステータスを示す通知が表示されます。
システム管理のダイアログ:ダイアログには現在の VPN 接続に関する情報が表示され、切断ボタンが含まれます。
ネットワークの自動復元:VPN アプリケーションがシステムによって閉じられるか、クラッシュするか、強制終了されると、ネットワークは自動的に復元されます。

これらの対策により、ユーザーの関与が確保され、VPN アプリケーション間の競合が防止され、信頼性が高く安全な VPN エクスペリエンスが提供されます。

以下は、Android での VPN サービスの実装に関係するコンポーネントを示す、簡略化されたわかりやすい図です。

Android で VPN サービスを実装するための完全ガイド: コードを使用して開発の詳細を探索する… (3)

Android アプリケーションは、Android アプリケーションのユーザーインターフェイスと機能を表します。
VPN マネージャーは、VPN サービスの管理と制御を処理します。 VPN を開始および停止する方法、および現在の VPN ステータスを取得する方法を提供します。
VPN ステータスコンポーネントには、VPN 接続が接続されているか切断されているか、潜在的なエラーなど、VPN 接続に関する情報が表示されます。
VPN コントロールコンポーネントには、ユーザーが VPN 接続または切断アクションを開始するためのボタンまたはコントロールが含まれています。
VPN 情報コンポーネントは、接続されている VPN サーバーや現在の接続ステータスなど、VPN に関する詳細を提供します。
VPN サービスは、VPNサービスクラス。 VPN プロファイルの作成、VPN 接続の確立、ネットワークトラフィックの管理、切断の処理を行います。
VPN トンネルは、Android デバイスと VPN サーバーの間に確立された安全なトンネルを表します。安全な通信を確保するために、暗号化技術、トンネリングプロトコル、データ整合性対策が組み込まれています。

VPN サービスの実装では、VPN パラメーターを構成する必要があります。これには、VPN サーバーのアドレス、認証方法、暗号化プロトコル、その他の接続の詳細の設定が含まれます。 VPN サービスを構成する方法の例を次に示します。

android.content.Intentをインポートする
android.net.VpnServiceをインポートする
java.io.FileInputStreamをインポートする
java.io.FileOutputStreamをインポートするクラス MyVpnService : VpnService() {
private lateinit var vpnThread: スレッド
プライベート lateinit var vpnInterface: ParcelFileDescriptor
override fun onStartCommand(intent: Intent?, flags: Int, startId: Int): Int {
startVpn()
START_STICKY に戻る
}
プライベートな楽しみ startVpn() {
vpnThread = スレッド {
試す {
// 新しい VPN ビルダーを作成します
val ビルダー = ビルダー()
// VPN パラメータを設定します
builder.setSession(getString(R.string.app_name))
.addAddress("10.0.0.1", 24)
.addDnsServer("8.8.8.8")
.addRoute("0.0.0.0", 0)
.setMtu(1500)
// VPN接続を確立します
vpnInterface = builder.establish()
// VPN インターフェース経由でネットワーク トラフィックをリダイレクトします
val vpnInput = FileInputStream(vpnInterface.fileDescriptor)
val vpnOutput = FileOutputStream(vpnInterface.fileDescriptor)
while (true) {
// vpnInput から受信ネットワーク トラフィックを読み取ります
// 必要に応じてトラフィックを処理します
// 送信ネットワーク トラフィックを vpnOutput に書き込みます
// VPN インターフェース経由でトラフィックを送信します
}
} catch (e: 例外) {
// VPN 接続エラーを処理する
e.printStackTrace()
} ついに {
stopVPN()
}
}
vpnThread.start()
}
プライベートな楽しみ stopVpn() {
試す {
vpnInterface.close()
} catch (e: 例外) {
e.printStackTrace()
}
}
楽しみをオーバーライド onDestroy() {
super.onDestroy()
stopVPN()
}
}

のMyVPNサービスクラスが拡張するVPNサービスそして、onStartCommand()VPN サービスを開始する方法。
のstartVpn()この機能は、VPN 接続の構成と確立を担当します。それは、ビルダーインスタンスを作成し、必要なパラメータ (IP アドレス、DNS サーバー、ルーティングなど) を設定し、確立する（）方法。
内部vpnスレッドループを使用すると、受信ネットワークトラフィックをvpn入力必要に応じてストリーミングして処理します。同様に、送信トラフィックをvpn出力VPN トンネル経由で送信されるストリーム。
のstopVPN()関数は、必要に応じて VPN 接続を停止し、リソースを解放するために呼び出されます。
のonDestroy()このメソッドは、VPN サービスが破棄されたときに確実に適切に停止されるようにするためにオーバーライドされます。

VPN サービスをセットアップしたら、Android で VPN 接続用のフォアグラウンドサービスをセットアップし、アプリがバックグラウンドにある場合やデバイスがロックされている場合でも、サービスがアクティブなままでユーザーに表示されるようにすることができます。 VPN サービスではプライバシーとセキュリティを提供するために継続的な接続を維持する必要があるため、これは特に重要です。

サービスをフォアグラウンドサービスとして開始すると、VPN サービスが実行中であることを示す永続的な通知をユーザーに表示できます。この通知は視覚的な合図として機能し、VPN 接続がアクティブであり、データが保護されていることをユーザーに知らせます。

override fun onStartCommand(intent: Intent?, flags: Int, startId: Int): Int {
// フォアグラウンドサービスを開始します
startForeground(NOTIFICATION_ID, createNotification())// VPN 接続を開始し、ネットワーク トラフィックを管理します
START_STICKY に戻る
}

private fun createNotification(): 通知 {
// 通知チャネルを作成します (Android Oreo 以降をターゲットとする場合)
createNotificationChannel()// NoticeCompat.Builder を使用して通知を作成します
val builder = NoticeCompat.Builder(this, CHANNEL_ID)
.setContentTitle("VPN サービス")
.setContentText("VPN サービスが実行中です")
.setSmallIcon(R.drawable.ic_vpn)
.setOncoming(true)
// 通知にアクションを追加します (VPN サービスの停止など)
addNotificationActions(ビルダー)
// 構築された通知を返します
builder.build() を返す
}

スムーズでユーザーフレンドリーなエクスペリエンスを実現するには、VPN サービスを Android アプリのユーザーインターフェイスに統合することが重要です。これは、VPN への接続と切断のための使いやすいコントロールを追加し、接続ステータスの明確なインジケーターを表示することを意味します。有益なエラーメッセージはユーザーの問題のトラブルシューティングに役立ち、カスタマイズ可能な設定により VPN エクスペリエンスをカスタマイズできます。

明確な手順を備えたユーザーフレンドリーなオンボーディングプロセスにより、ユーザーは VPN を効果的に使用する方法を理解できます。アニメーションや進行状況インジケーターなどの視覚的なフィードバックにより、接続プロセス中にユーザーが安心します。

プログラマーとして、Android アプリに実装した VPN サービスに好奇心があり、テストしたいと思うのは自然なことです。テストは、アプリが期待どおりに機能していることを確認するだけでなく、VPN サービスの有効性と信頼性を検証することもできます。

次の手順を実行して、Android デバイスで VPN が機能しているかどうかを確認できます。

IP アドレスを確認する: デバイスで Web ブラウザを開き、「私の IP アドレスは何ですか」を検索するか、次のような Web サイトを使用します。https://www.whatismyip.com/。表示された IP アドレスをメモします。
次に、VPN アプリを起動し、VPN 接続を確立します。前回と同じ方法でIPアドレスを再度確認してください。 IP アドレスが変更された場合は、VPN が正しく動作しており、インターネットトラフィックが VPN サーバー経由でルーティングされていることを示します。

Android アプリへの VPN サービスの実装が成功しました。おめでとうございます。

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GitHub ソリューションが皆様にとって貴重なリソースとなり、Android アプリに VPN サービスを正常に実装するのに役立つことを願っています。コーディングを楽しんでください。今後のプロジェクトでも幸運を祈ります。