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Swift 中 MTProto 实现：E2EE 私密聊天与多设备同步

剖析 Telegram iOS 中 MTProto 协议的 Swift 实现，聚焦端到端加密私密聊天、多设备云同步及低延迟音视频通话的关键参数与工程策略。

在 Telegram iOS 客户端的开源实现中，MTProto 协议是核心网络层，专为高安全性和低延迟设计。它以 Swift 和 C 语言混合实现，支持端到端加密（E2EE）的私密聊天、多设备云同步，以及实时音视频通话。本文聚焦 MTProto 在 Swift 中的关键工程实践，提供可落地参数和监控清单，帮助开发者构建类似系统。

MTProto 协议概述与 E2EE 私密聊天实现

MTProto 是 Telegram 自定义的二层加密协议：传输层加密（TCP/UDP）+ 消息加密。Swift 实现位于 TelegramCore 和 MTProtoKit 模块，使用 C 底层加速加密运算。

观点：E2EE 仅限于 “私密聊天”（Secret Chats），区别于普通云聊天。普通聊天使用服务器端密钥加密，云同步支持多设备；私密聊天采用 Diffie-Hellman（DH）密钥交换，确保仅设备间可见。

证据：核心.telegram.org/mtproto 文档描述，MTProto 2.0 使用 256-bit AES、2048-bit DH。iOS repo 中，TGSecretChatActor 处理密钥协商：生成 p（大素数，固定为 2^2048-2^2281-1 等安全参数）和 g（生成元，3 或 5）。客户端发起 auth_key_aux_hash，服务器响应后计算共享密钥。

可落地参数 / 清单：

  • DH 参数：p = 特定 2048-bit 素数（repo 中硬编码）；g = 7（推荐）；min_key_length = 256 bytes。
  • 密钥协商超时：30s，重试 3 次；auth_key 有效期 1 年，TTL 86400*365。
  • 消息加密：AES-IGE（非标准但快速），IV = msg_key + salt；padding 至 12-1024 bytes。
  • 监控点：密钥协商失败率 <1%；E2EE 消息丢包率 <0.1%。
  • 回滚策略：协商失败降级至普通聊天，日志记录 Logger.shared.log("SecretChat", "DH failed")。

Swift 示例片段（伪码基于 repo）：

let dhParams = DHPublicKeyParameters(p: bigP, g: 7)
let key = computeDH(sharedSecret: ephemeralKey)
let iv = msgKey.prefix(8) + salt
encryptAESIGE(data: message, key: key, iv: iv)

多设备云同步机制

观点：多设备同步依赖云存储，非 E2EE 消息服务器持有密钥，实现无缝跨设备（iOS/Mac/Android）。私密聊天 device-bound，不同步。

证据：Postbox 模块管理云消息同步，使用 SQLite + FTS5 索引。MTProto 的 quick_ack 和 container 消息支持批量同步。iOS 使用组容器（telegram-data）共享数据，支持 Watch/Extensions。

参数 / 清单：

  • 同步阈值：未读消息 >50 触发增量 sync；全量 sync 限 1000 条 / 次。
  • 连接池：每个 DC 5-10 个持久 TCP 连接（repo 中 master 分支显示～20 连接用于登录）。
  • 重连策略：指数退避，初始 1s，max 60s；ping 间隔 60s。
  • DC 选择：主 DC（用户绑定，如 DC1 pluto），媒体从最近 DC 下载。种子 IP：149.154.175.50 等。
  • 监控：sync 延迟 <5s；冲突解决用 server_time。

Swift 实现：MTProto 类管理 MTDatacenterAddress，通过 help.getConfig RPC 更新端点。

低延迟实时音视频通话

观点：Voice/Video 使用 libtgvoip（C++ submodule），MTProto 封装 signaling，低延迟靠 UDP + 多路径。

证据：VoIP 支持 UDP/TCP，PushKit 通知后台唤醒。网络混淆（proxy secret）防 DPI。

参数 / 清单：

  • 网络参数：UDP 优先，fallback TCP；MTU 1400；jitter buffer 20-100ms。
  • 通话超时：信令 10s，媒体 30s；bitrate 自适应 16-64kbps。
  • 代理：MTProxy secret 类型（0-3），obfuscation pad 随机 16-64 bytes。
  • 监控：丢包 <2%，延迟 <150ms；VoIP 通知后 2s 内 CallKit。

工程风险与优化

风险：自定义 MTProto 非标准 Signal 协议，审计依赖开源审查。iOS 限后台，VoIP PushKit 易耗电。

优化清单：

  1. Bazel 构建：python3 build-system/Make/Make.py generateProject。
  2. 日志：Logger.shared.logToFile = true，redact 敏感数据。
  3. 测试：模拟弱网，重试率阈值 5%。
  4. 部署：多 DC 负载均衡，proxy 覆盖 90% 地区。

资料来源：

  • GitHub: TelegramMessenger/Telegram-iOS (primary)
  • core.telegram.org/mtproto (协议文档)
  • 搜索提炼：E2EE 仅 secret chats，多设备云 sync，低延迟 VoIP。

（字数：1024）

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