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DKIM-Smtp-csharp

(★ 15)

C# .NET Framework下发送DKIM签名email，支持附件，支持验证一封邮件的DKIM签名

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# DKIM-Smtp-csharp 帮助文档

## 跑起来

clone下来用vs应该能够直接打开，经目测看起来没什么卵用的文件都svn:ignore掉了（svn滑稽。

## 主要支持

- 对邮件进行DKIM签名，支持带附件
- 对整个邮件内容（.eml文件）的DKIM签名进行验证
- 对`MailMessage`、`SmtpClient`进行了一次封装，发送邮件简单易用，进行DKIM签名后直接投递到对方服务器（无需己方邮件服务器）

## DKIM签名、验证规则

对于DKIM的签名和验证规则，QQ邮箱的《[DKIM指引](https://service.mail.qq.com/cgi-bin/help?subtype=1&id=16&no=1001507)》这个文章已经写的足够详细，就不搬运了。

还不行还可以去参考[DKIM.Net](https://github.com/dmcgiv/DKIM.Net)库对签名的实现。

## 举个例子

``` C#
//创建DKIM签名对象
var dkim = new EMail_DKIM("domain.com", "dkimSelector", new RSA.RSA(/*"-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----....", true*/ 1024));

//通过EMail类来操作发邮件
using (var email = new EMail()) {//new EMail("mx1.qq.com", 25)，默认会自动解析收件箱的mx记录，得到smtp服务器地址，如果是要通过发件服务器来发送，则需要手动填写为发件服务器地址
	//使用签名
	email.TryUseDKIM(dkim);

email.FromEmail = "test@test.test";
	email.ToEmail("11111111@qq.com");//改成有效的邮箱地址

//发送邮件出去，去垃圾箱找，如果私钥是域名设置的话正常点
	var res = email.Send("标题", "内容");
	Console.WriteLine(res.IsError ? "发送失败:" + res.ErrorMessage : "发送成功");
}

//直接给MailMessage签名
var msg = new MailMessage("test@test.test", "11111111@qq.com");
msg.SubjectEncoding = msg.BodyEncoding = msg.HeadersEncoding = Encoding.UTF8;
msg.Subject = "标题";
msg.Body = "内容";
msg.Attachments.Add(new Attachment(new MemoryStream(Encoding.UTF8.GetBytes("abc文本内容123")), "文本.txt"));

//签名
Console.WriteLine(dkim.Sign(msg).IsError ? "签名失败" : "签名完成");

//获取邮件内容
var eml = EMail_DKIM_MailMessageText.ToRAW(msg).Value;

//验证eml文件签名
Console.WriteLine(dkim.Verify(eml) ? "验证通过" : "验证未通过");

//邮件整体内容
Console.WriteLine(eml.Raw);
```

输出：
```
发送失败:邮件发送出错：邮箱不可用。 服务器响应为:Mailbox not found. http://servi
ce.mail.qq.com/cgi-bin/help?subtype=1&&id=20022&&no=1000728
签名完成
验证通过
MIME-Version: 1.0
From: test@test.test
To: 11111111@qq.com
Date: Sun, 11 Nov 2018 05:31:55 +000
Subject: =?utf-8?B?5qCH6aKY?=
DKIM-Signature: v=1; a=rsa-sha256; c=relaxed/relaxed; d=domain.com;
 s=dkimSelector; q=dns/txt; t=1541914315; h=Date:From:Subject:To;
 bh=iKgtfjx6cvO8YCUPyjjnbHU9jziQ+q1c/Hrz0aRDb98=;
 b=CidpxecyNHkZGsIQGnUD8eQwrEGS+Nx09RUOff6hU/7H1DV50m/h0xqRLFlgskiqm1r0exDTPf/zS
CKui1WWNO5iKXSZt9/3s0YN9fhliP72c0GRIJ8DM3tQilVYgFnayK61jmvCW0gtrPd3biDdMp/s+Arq8
lWD6CbQfBMIPmQ=
Content-Type: multipart/mixed; boundary=--boundaryhRN0aXVHKzDLi76qUZTq

----boundaryhRN0aXVHKzDLi76qUZTq
Content-Type: text/plain; charset=utf-8
Content-Transfer-Encoding: base64

5YaF5a65
----boundaryhRN0aXVHKzDLi76qUZTq
Content-Type: application/octet-stream; name="=?utf-8?B?5paH5pysLnR4dA==?="
Content-Transfer-Encoding: base64
Content-Disposition: attachment

YWJj5paH5pys5YaF5a65MTIz
----boundaryhRN0aXVHKzDLi76qUZTq--
```

## 方法文档

### EMail_DKIM.cs
邮件进行DKIM签名和验证的所有代码都在里面。

`EMail_DKIM`类：提供签名`Sign`和验证`Verify`。

`EMail_DKIM_RAW_EML`类：提供`ParseOrNull`用来解析一封.eml文件内容。

`EMail_DKIM_MailMessageText`类：提供`ToRAW`用来获取`MailMessage`的全部内容，并转成`EMail_DKIM_RAW_EML`格式。

### EMail.cs
封装的一个发送邮件的功能。

主要提供`TimeoutMillisecond`,`ClientName`设置，一堆添加附件的方法`AddAttachment(x,x,x)`，最后`Send`发送邮件。

*【注】.Net框架的`SmtpClient`中异步方法有Bug，我们默认设置中文要进行编码，但如果服务器支持SMTPUTF8，那么就会发原始的中文过去，详情见下面的发现记录。*

### EMail_Unit.cs
封装的一些通用方法，如：base64。都是比较周边的功能。

### /Lib/DNS-csharp目录
这个目录里面是我的[DNS-csharp](https://github.com/xiangyuecn/DNS-csharp)仓库代码，用来解析邮箱域名的MX记录。

### /Lib/RSA-csharp目录
这个目录里面是我的[RSA-csharp](https://github.com/xiangyuecn/RSA-csharp)仓库代码，用来解析PEM秘钥对的。

### /Lib/DotNetDetour目录
这个目录里面是[DotNetDetour](https://github.com/bigbaldy1128/DotNetDetour)库，使用的[这个版本](https://github.com/bigbaldy1128/DotNetDetour/tree/39e22ea4112fb03e0164fa09cc22f701946e7bd2)代码。已经修改过，用来支持私有方法的hook。

## 前言、自述、还有啥

在实现邮件发送时发现就算不把邮件投递到自己的邮件服务器（由邮件服务服务器进行发送给对方），有些邮箱（`QQ邮箱`）不会拒绝，但有邮箱直接就拒绝了（`网易邮箱`）。对比由邮件服务器发送的和直接发送的邮件内容的区别，发现直接发送缺少了`DKIM-Signature`邮件头。

好了，缺少那就加上。但.Net的`MailMessage`、`SmtpClient`简陋到一份邮件发送到一个`Stream`的接口都不舍得暴露（任性写入到文件夹不给文件名却支持），直接就没有支持签名的头绪。那自行实现。

研究了一下[RFC 6376](http://www.ietf.org/rfc/rfc6376.txt)长篇大论看不懂（主要没给一个简单的实现步骤），然后[QQ给的](https://service.mail.qq.com/cgi-bin/help?subtype=1&id=16&no=1001507)简单易懂多了（流式.清晰）。签名和验证算法就清楚了。

#### 发现DKIM.Net

要签名先搞定`body`的`hash计算`，`body`怎么获取？一堆附件、一堆转码...... `MailMessage`、`SmtpClient`没给获取`body`的支持。然后找到一个库 [DKIM.Net](https://github.com/dmcgiv/DKIM.Net)，他里面实现了获取整个邮件内容的方法，简单调用一下`MailMessage`的私有方法搞定。

然后遇到了`DKIM.Net`也没有搞定的问题，对于带附件`Attachments`或`AlternateViews`的邮件，由于每次获取的邮件内容因为`boundary`分隔符（边界）不一致导致签名无效，`DKIM.Net`是直接粗暴的拒绝`multipart`格式邮件的签名的。然后翻阅[.NET Framework MimeMultiPart源码](https://referencesource.microsoft.com/#System/net/System/Net/mail/MimeMultiPart.cs,2615996f074ad959,references)找到了以下代码：
``` c#
internal string GetNextBoundary() {
	int b = Interlocked.Increment(ref boundary) - 1;
	string boundaryString = "--boundary_" + b.ToString(CultureInfo.InvariantCulture)+"_"+Guid.NewGuid().ToString(null, CultureInfo.InvariantCulture);

return boundaryString;
}
```
这个方法只会在`MimeMultiPart`初始化时调用一次，`MimeMultiPart`的初始化时机在`MailMessage.Send`调用时，通过`MailMessage.SetContent`来初始化。而私有方法`MailMessage.Send`是发送邮件时才会调用到的，我们获取邮件内容也是通过这个方法。如果我们通过手段使`MimeMultiPart.GetNextBoundary`返回的`boundary`相同，那么每次获取的邮件内容也会相同了（Date相同的情况下）。

#### 发现DotNetDetour

然后就是寻找控制`MimeMultiPart.GetNextBoundary`函数的方法。研究了半天反射，没有找到头绪，反射能替换一个类实例的方法为另一个方法？然后顺着查找`C# hook`，找到多篇一样的内容，还是看原创吧《[自己写的一个可以hook .net方法的库](https://bbs.csdn.net/topics/391958344)》，内容本身并不感冒（没看懂），但结尾一句话`但hook一般都需要dll注入来配合，因为hook自身进程没什么意义，hook别人的进程才有意义`，咦，搞自己，有意思，然后仔细看了一下代码，没错！这就是我要的功能，修改类的一个方法为另外一个方法！[DotNetDetour](https://github.com/bigbaldy1128/DotNetDetour)库。

#### Date隐患

因为签名和发送是在不同时间内，就有可能导致签名时是8:05.999，而发送时是8:06.001，从而导致带Date header的签名失败，但签名时建议携带Date header一起签名。

so 这个问题hook `System.Net.Mail.Message.PrepareHeaders` 可以解决，每次原始函数处理完成后我们获取`System.Net.Mail.Message.Headers`，然后把Date header删掉，然后写入我们可以控制的值。

#### 对DotNetDetour的修改

测试`DotNetDetour`过程中发现他不能 hook 非public的方法，然后魔改了一下`Monitor.cs`，主要在反射获取类的方法的时候添加了flags参数，用来获取类的所有方法。

使用中给`IMethodMonitor`接口加了一个`void SetMethod(MethodInfo method)`方法，用来把原始方法信息传递给我们自己的方法，简化我们自己函数内的反射操作（获取.Net框架内的类型敲的字符串比较复杂，有了MethodInfo就是一个属性调用的事）。

#### 准备好了

有了`DKIM.Net`提供的思路来获取邮件内容，搬来`DotNetDetour` hook修改 .Net系统类的方法，邮件DKIM签名唾手可得~

参考文章：

《[C#发送DKIM签名的邮件](https://www.cnblogs.com/dudu/archive/2013/03/02/csharp-dkim-sendmail.html)》：发现DKIM.Net

《[RFC 6376](http://www.ietf.org/rfc/rfc6376.txt)》：DKIM签名规则

《[DKIM指引](https://service.mail.qq.com/cgi-bin/help?subtype=1&id=16&no=1001507)》：QQ提供的DKIM签名、验证规则文档

《[自己写的一个可以hook .net方法的库](https://bbs.csdn.net/topics/391958344)》：发现DotNetDetour

《[DKIM 测试](http://www.appmaildev.com/cn/dkim)》：测试签名，测试前提：需要有一个自己的域名，并配置邮箱域名的DKIM公钥

## 一次.Net框架Bug的发现记录

DKIM签名功能写好后测试了很多个邮箱，都能通过验证。但隔一天测试却发现没有一个邮箱通过验证，并且下载下来的邮件源码body部分和本地额外保存的一份有很大出入，表现在邮件主题、附件文件名，本地是Base64编码，下载下来的是中文汉字。

首先发现问题的是outlook邮箱，他们家会告诉你DKIM签名是否正确，本地直接发送邮件没有一个通过签名验证的，但通过邮箱服务器发送却都是好的。对比直发和服务器发的邮件源码区别，发现邮箱服务器的没有中文，直发的里面中文的地方全是中文。

看样子中文部分有问题，然后试着把邮件里面的中文全部换成英文，发送，又可以了！想了一下昨天测试好像全部是英文，因为邮件内容写了一次基本上就不会改了。

到了这时候，感觉还以为是outlook服务器进行了什么处理，难道邮箱服务器发邮件用的协议和我们用Smtp协议发邮件的协议有出入？但并没有找到什么相关的资料。然后测试了QQ邮箱、网易yeah.net，并且抓了一下包看了一下，发现切换`SmtpClient.DeliveryFormat`参数，使用`SevenBit`（此值为默认值）（中文会被编码）QQ邮箱没问题，网易有问题；使用`International`（中文不编码）QQ邮箱有问题，网易反倒没问题。

抓包发现使用`SevenBit`时，中文部分给QQ邮箱发送的是Base64编码，给网易发送的是中文内容，本地保存的是Base64编码（和签名时使用到的邮件内容一致）；使用`International`时正好相反。签名的数据和发送的数据不一致，导致了不管怎么改这个参数，都有一个是错的。

为什么会这样？查阅.Net源码，一路看编码部分，发现基本上每个涉及到字符编码、发送的地方都会传入`allowUnicode`参数，所有`allowUnicode` `=` `SmtpClient.IsUnicodeSupported()`，但有唯一的一处例外：

我们先看看IsUnicodeSupported方法：
``` C#
//https://referencesource.microsoft.com/#System/net/System/Net/mail/SmtpClient.cs,382

private bool IsUnicodeSupported() {
	if (DeliveryMethod == SmtpDeliveryMethod.Network) {
		//注意看这里的ServerSupportsEai和SmtpDeliveryFormat
		return (ServerSupportsEai && (DeliveryFormat == SmtpDeliveryFormat.International));
	}
	else {
		return (DeliveryFormat == SmtpDeliveryFormat.International);
	}
}
```

`DeliveryFormat`我们可以赋值，我们来找找`ServerSupportsEai`是在哪里取值的：
``` C#
//https://referencesource.microsoft.com/#System/net/System/Net/mail/smtpconnection.cs,280

internal void ParseExtensions(string[] extensions) {
	...
	//如果服务器支持SMTPUTF8，那么ServerSupportsEai=true
	else if (String.Compare(extension, 0, "SMTPUTF8", 0, 8, StringComparison.OrdinalIgnoreCase) == 0) {
		((SmtpPooledStream)pooledStream).serverSupportsEai = true;
	}
	...
}
```

最后看看这处唯一的例外：
``` C#
//https://referencesource.microsoft.com/#System/net/System/Net/mail/SmtpClient.cs,892

void SendMailCallback(IAsyncResult result) {
	...
	//注意这个ServerSupportsEai，这个位置是allowUnicode参数
	message.BeginSend(writer, DeliveryMethod != SmtpDeliveryMethod.Network,
							ServerSupportsEai, new AsyncCallback(SendMessageCallback), result.AsyncState);
	...
}
```

`SendMailCallback`是`SmtpClient.SendAsync`（`SendMailAsync`会调用`SendAsync`）调用的，so，异步操作已经完全不受我们设置的`DeliveryFormat`参数控制了，中文转不转码完全看对方邮件服务器心情！！！函数中的`ServerSupportsEai`应该换成统一的`IsUnicodeSupported`，Bug就解决。

但，我们没法去改这个地方，那么上Hook吧，把`SmtpClient.ServerSupportsEai`Hook一下，如果是`SendMailCallback`调用的就`return IsUnicodeSupported()`。

但，[DotNetDetour](https://github.com/bigbaldy1128/DotNetDetour)库可以Hook `String.Length`属性，但没法Hook`SmtpClient.ServerSupportsEai`属性，不知道啥原因。最后调试烦了放弃了。

> 后面发现是Hook错了地方，换到最深层次调用地方，一抓一个准。找出`SmtpClient.ServerSupportsEai`最结果最终是从`SmtpConnection.ServerSupportsEai`得来的，也许是C#编译后把整个调用过程都优化掉了，变成了取值的地方直接调用的`SmtpConnection`中的方法，导致Hook前面的方法都是不会被执行，Hook `SmtpConnection.ServerSupportsEai`就行了。

结尾使用`SmtpClient.Send`没有这种问题，就把异步操作全部换成了同步，代码还少了不少。Bug修理完毕，给outlook、QQ、网易发英文、中文邮件都能通过DKIM签名验证。

> 注：[此Bug已提交给.NET Core Libraries (CoreFX)并合并到了主线上](https://github.com/dotnet/corefx/commit/94b1f1eae84fd4823cfa2bbdde6fc87c46b57908)，应该在.Net Core 3.0上能够得到修复。

## 附

### 任意邮箱收件地址查询

比如qq邮箱，`smtp.qq.com`这种是发件用的地址，不是收件地址，接收邮件的地址需要进行mx查询。有了收件地址就可以发送任意邮件给他，他收不收是另外一回事，比如伪造发件人。

mx查询方法：

比如查询qq邮箱的收件地址
``` cmd
> nslookup
> set type=mx
> qq.com

非权威应答:
qq.com  MX preference = 30, mail exchanger = mx1.qq.com
qq.com  MX preference = 20, mail exchanger = mx2.qq.com
qq.com  MX preference = 10, mail exchanger = mx3.qq.com
```

然后响应的mail exchanger就是收件地址，随便挑一个给他发垃圾邮件。

### 邮箱域名DKIM公钥查询

要验证一份邮件的签名，需要先获取公钥（有私钥用私钥验证也可以）。给个邮箱然后查询公钥的方法（比如QQ邮箱）：

步骤1：打开邮件源码获取到`DKIM-Signature`中的s参数(`selector`)，QQ为`s201512`
步骤2：和QQ邮箱拼接出ns txt记录名称：`s201512._domainkey.qq.com`
``` cmd
> nslookup
> set type=txt
> s201512._domainkey.qq.com

非权威应答:
s201512._domainkey.qq.com       text =

"v=DKIM1; k=rsa; p=MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDPsFIOSteMStsN6
15gUWK2RpNJ/B/ekmm4jVlu2fNzXADFkjF8mCMgh0uYe8w46FVqxUS97habZq6P5jmCj/WvtPGZAX49j
mdaB38hzZ5cUmwYZkdue6dM17sWocPZO8e7HVdq7bQwfGuUjVuMKfeTB3iNeo6/hFhb9TmUgnwjpQIDA
QAB"
```

然后响应的text内的p参数就是公钥了，copy出来拼成PEM格式就可以拿来进行DKIM验证。

### 线上DKIM签名测试

测试需要有一个域名并且配置好相应ns DKIM的 txt记录。

本次测试实例代码：
``` c#
var rsa = new RSA.RSA(@"-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
私钥内容
-----END RSA PRIVATE KEY-----
", true);

var mail = new EMail("mail.appmaildev.com", 25);
mail.TryUseDKIM(new EMail_DKIM("email.jiebian.life", "email", rsa));
mail.FromEmail = "test-7ea72484@email.jiebian.life";
mail.ToEmail("test-7ea72484@appmaildev.com");
var res=mail.Send("测试", "测试内容");
Console.WriteLine(res.IsError?"发送失败:"+res.ErrorMessage:"发送成功");
```

本次测试报告：见`images/report-7ea72484.txt`

## 相关截图

控制台运行：

![控制台运行](https://raw.githubusercontent.com/xiangyuecn/DKIM-Smtp-csharp/master/images/3.png)

开始线上测试：

![开始测试](https://raw.githubusercontent.com/xiangyuecn/DKIM-Smtp-csharp/master/images/1.png)

测试线上结果：

![测试结果](https://raw.githubusercontent.com/xiangyuecn/DKIM-Smtp-csharp/master/images/2.png)

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