مسدودکننده تبلیغات DNS برای تراشه ESP32-C3؛ فیلترینگ هوشمند بدون نیاز به PSRAM

به نقل از CNX Software – Embedded Systems News

پروژه esp32-c3-adblock: مسدودسازی حرفه‌ای تبلیغات با کمترین هزینه

پروژه esp32-c3-adblock که توسط Zed (M-Abozaid) توسعه یافته، یک راهکار متن‌باز و جذاب برای پیاده‌سازی یک مسدودکننده تبلیغات DNS برای تراشه ESP32-C3 است. جذابیت اصلی این پروژه در امکان تبدیل یک میکروکنترلر ارزان‌قیمت ۲ دلاری به ابزاری مشابه Pi-hole است؛ بدون اینکه نیازی به PSRAM یا سخت‌افزارهای گران‌قیمت داشته باشد. این سیستم با مدیریت هوشمند درخواست‌های DNS، تمامی تبلیغات و دامنه‌های ردیابی را در سطح شبکه خانگی یا دفاتر کوچک، شناسایی و مسدود می‌کند.

جزئیات فنی و عملکرد

تیم توسعه‌دهنده برای غلبه بر محدودیت‌های حافظه در میکروکنترلرها، استراتژی هوشمندانه‌ای را به کار گرفته است. به‌جای ذخیره مستقیم دامنه‌ها در RAM که فضای زیادی اشغال می‌کند، این سیستم از هش‌های ۴۰ بیتی FNV-1a استفاده کرده و آن‌ها را به‌صورت مرتب‌شده در حافظه فلش (Flash Memory) ذخیره می‌کند.

هنگامی که یک پرس‌وجوی UDP DNS توسط ESP32-C3 دریافت می‌شود، فرآیند زیر طی می‌شود:

1. استخراج و هش: فریمور که با زبان ++C توسعه یافته، دامنه موردنظر (به‌همراه پسوندهای والد) را استخراج و هش می‌کند.
2. جستجوی دودویی (Binary Search): سیستم با استفاده از الگوریتم جستجوی دودویی، جدول هش‌های موجود در حافظه فلش را بررسی می‌کند.
3. تصمیم‌گیری: اگر دامنه در لیست مسدودشده باشد، ESP32-C3 بلافاصله آدرس 0.0.0.0 را برای بلاک کردن درخواست بازمی‌گرداند. در غیر این صورت، پرس‌وجو به سرور DNS بالادستی (Upstream) هدایت شده و پاسخ به کلاینت منتقل می‌شود.

بهره‌وری فوق‌العاده در مصرف منابع

این رویکرد بهینه، نتایج تحسین‌برانگیزی به همراه داشته است:

• ظرفیت بالا: امکان ذخیره‌سازی بیش از ۱۴۰,۰۰۰ دامنه تنها در ۰.۷ مگابایت از حافظه فلش.
• مصرف RAM ناچیز: اشغال تنها ۵۰ کیلوبایت از حافظه RAM برای پردازش‌های اصلی.
• سرعت پاسخ‌دهی: هر جستجو به‌طور میانگین تنها ۱۰ میلی‌ثانیه زمان می‌برد (شامل زمان رفت‌وبرگشت Wi-Fi) و نیازمند ۱۸ عملیات خواندن از حافظه فلش است.

این پروژه نه تنها یک تمرین عالی برای کار با حافظه‌های فلش در میکروکنترلرهاست، بلکه ابزاری کاربردی برای کسانی است که به دنبال راهکاری ارزان، کم‌مصرف و مستقل برای فیلترینگ تبلیغات در شبکه خود هستند.

مشخصات فنی و قابلیت‌های کلیدی پروژه

پروژه esp32-c3-adblock با هدف بهینه‌سازی حداکثری منابع در میکروکنترلرها طراحی شده است. در ادامه، جزئیات سخت‌افزاری و ویژگی‌های عملکردی این سیستم را بررسی می‌کنیم.

۱. نیازمندی‌های سخت‌افزاری

این سیستم برای اجرا به حداقل سخت‌افزار نیاز دارد و بر روی بردهای رایج ESP32 به‌خوبی آزمایش شده است:

• تراشه مرکزی (SoC): استفاده از تراشه Espressif ESP32-C3FH4 با معماری تک‌هسته‌ای 32-bit RISC-V (فرکانس تا ۱۶۰ مگاهرتز).
• حافظه و ذخیره‌سازی: نیاز به حداقل ۴ مگابایت حافظه فلش و بهره‌گیری از ۴۰۰ کیلوبایت SRAM.
• اتصالات: ماژول ESP32-C3 Super Mini (۱۶ پین)، پشتیبانی از Wi-Fi 4 (شبکه ۲.۴ گیگاهرتز) و درگاه USB Type-C برای برنامه‌نویسی.
• طراحی فیزیکی: استفاده از آنتن سرامیکی داخلی؛ همچنین فایل‌های STL برای پرینت سه‌بعدی کیس اختصاصی جهت این ماژول در دسترس است.

۲. معماری ذخیره‌سازی و عملکرد DNS Sinkhole

تفاوت اصلی این پروژه با سایر نمونه‌های مشابه، عدم استفاده از RAM برای نگهداری لیست دامنه‌هاست:

• بهینه‌سازی حافظه: به جای ذخیره رشته‌های متنی در RAM، دامنه‌ها به صورت هش‌های ۴۰ بیتی FNV-1a (هر دامنه ۵ بایت) در حافظه فلش مرتب‌سازی و ذخیره می‌شوند.
• ظرفیت فیلترینگ: بسته به پارتیشن‌بندی فریمور، ظرفیت‌های زیر قابل دستیابی است:
• ۱۴۱ هزار دامنه: در حالت استاندارد (بدون تداخل).
• ۲۵۰ هزار دامنه: با استفاده از پارتیشن‌بندی دوگانه (Dual-App) برای پشتیبانی از به‌روزرسانی OTA.
• ۵۳۷ هزار دامنه: در حالت تک‌پارتیشن (با حداقل تداخل احتمالی).
• سرعت پاسخ‌دهی: میانگین زمان پاسخ‌دهی (Latency) حدود ۱۰ میلی‌ثانیه است که شامل ۱۸ بار خواندن از فلش و زمان رفت‌وبرگشت شبکه (RTT) می‌شود.

۳. امنیت و پایداری

در طراحی این مسدودکننده، ملاحظات امنیتی برای محیط‌های شبکه در نظر گرفته شده است:

• محافظت در برابر حملات وب: ایمن‌سازی کامل در برابر حملات CSRF و جلوگیری از حملات XSS با استفاده از HTML-escaping برای نام دامنه‌ها.
• مدیریت دسترسی: استفاده از انواع پروتکل ها شبکه HTTP Basic Auth برای نقاط پایانی (Endpoints) که تغییرات سیستمی ایجاد می‌کنند.
• پایداری تغذیه: با توجه به مصرف جریان رادیو در تراشه‌های ESP32، استفاده از یک منبع تغذیه ۵ ولت پایدار از طریق USB الزامی است تا از افت ولتاژ (Brownout) و اختلال در عملکرد سیستم جلوگیری شود.

مدیریت هوشمند: داشبورد تحت وب و به‌روزرسانی‌های OTA

یکی از نقاط قوت پروژه esp32-c3-adblock، رابط کاربری ساده و منعطف آن است که نیاز به دانش برنامه‌نویسی برای پیکربندی را به حداقل می‌رساند.

مدیریت آسان با داشبورد تحت وب

کاربران پس از راه‌اندازی، می‌توانند از طریق آدرس http://c3adblock.local به پنل مدیریتی سیستم دسترسی پیدا کنند. این داشبورد ابزارهای کاربردی زیر را در اختیار کاربر قرار می‌دهد:

• مانیتورینگ لحظه‌ای: مشاهده تفکیک‌شده درخواست‌های DNS مسدودشده و مجاز برای هر کلاینت متصل به شبکه.
• کنترل دسترسی: امکان مسدودسازی اختصاصی برای دستگاه‌های خاص در شبکه.
• مدیریت لیست سیاه: قابلیت افزودن دستی دامنه‌های سفارشی به لیست سیاه (Blacklist).

پیکربندی اولیه نیز بسیار ساده طراحی شده است؛ به لطف قابلیت Captive Portal، دستگاه در اولین اجرا یک اکسس‌پوینت موقت ایجاد می‌کند تا کاربر بدون نیاز به اتصال مستقیم یا کدنویسی، اطلاعات وای‌فای خود را وارد و سیستم را به شبکه متصل کند.

قابلیت اطمینان با به‌روزرسانی‌های بی‌سیم (OTA)

این سیستم برای حفظ کارایی در طول زمان، از قابلیت به‌روزرسانی بی‌سیم (OTA) پشتیبانی می‌کند که شامل دو بخش مجزاست:

1. به‌روزرسانی فریمور: دریافت آخرین اصلاحات و قابلیت‌های پروژه.
2. به‌روزرسانی خودکار لیست‌ها: دانلود و جایگزینی فایل‌های لیست مسدودسازی از یک URL مشخص به صورت زمان‌بندی شده.

نکته فنی در مورد حافظه: طراحی پارتیشن‌بندی حافظه در این پروژه انعطاف‌پذیر است. در بردهای ۴ مگابایتی، استفاده از طرح Dual-App (برای پشتیبانی از OTA) حدود ۱.۳ مگابایت فضا برای لیست‌های مسدودسازی باقی می‌گذارد که ظرفیت ذخیره‌سازی ۲۵۰ هزار دامنه را فراهم می‌کند. در صورتی که نیاز به فیلترینگ گسترده‌تر (تا ۵۳۷ هزار دامنه) داشته باشید، می‌توانید از طرح Single-App استفاده کنید؛ هرچند در این حالت قابلیت به‌روزرسانی OTA برای فریمور غیرفعال خواهد شد.