對下一代即時通訊系統的想像

現代智慧型手機上的即時通訊軟體都有許多體制上的缺陷， 包含不自由、不安全、侵犯隱私、依賴中心伺服器等。 自由軟體界蠻重視這些議題，也都有提出對應的解決方法， 本文介紹我自己的理解與對應的軟體。

不只要自由軟體

要實現自由的即時通訊軟體 im， 其實不只是開放原始碼那麼簡單。 自由軟體不只是開放原始碼， 而是要可以被修改、重新發布、任意使用。 對 im 來說不是單純在不同電腦上安裝就好， 還要考慮多數 im 其實還需要有一個伺服器。

現代的網路環境多數已經不是固定 ip， 甚至不是公網 ip 在防火牆後。 所以一般 im 各 client 都還需要藉助中心伺服器彼此溝通， 否則無從得知對方的 ip 為何，相較上一次連線是否有更換。 加上許多功能，例如顯示對方是否上線， 和暫存未被成功接收的訊息，由中心伺服器實現較方便， 所以多數 im 都會有中心伺服器。

聯邦制

所以中心伺服器的原始碼也同樣要公開， 重發布過的 client 也要能使用自行架設的伺服器， 確保使用者有原始碼即可重新打造整個系統， 無需依賴原本的中心伺服器。 但這裡出現了有趣的問題， 使用不同中心伺服器的使用者，是否能互相溝通？

直覺來看是不行，就像 line 和 whatsapp 之間， 是使用不同的伺服器，那也當然不能互聯。 但這樣每重發布一次，都只能在同一伺服器間通話， 感覺很沒意義；因此出現所謂聯邦制的架構。

聯邦制的意義在於，每個人可以架自己的伺服器， 同時不同伺服器上的使用者仍可以互連。 通常這類會由社群定義出統一的協議， 之後伺服器與客戶端就可以自由發展。 這類架構知名的案例有 email、irc、新聞群組， 和 mastodon 的 open social。

聯邦制起源

早期的 email 只能在單一主機上的不同使用者互相寄信， 因為以前是大型主機，可能會連不同的終端機， 終端機可能會拉線到不同的房間，或走電話線到另一市區。 所以同一台主機的使用者不一定會很接近， email 就是不同終端機間使用者溝通的方式。

之後網路發展時，有一段時間 email 是直接遠端登入， 去修改對方家目錄下的信箱檔 mbox。 後來統一出 smtp 協議，讓不同伺服器的使用者可以互相寄信。 因此，任何使用者，可以任意選擇自己想使用的 email 平台， 不同平台上的使用者也可以互相寄信。

聯邦制相對現代平台的反思

早期網路發展時，很重視這類分散式的系統， 其它案例有 news server 新聞群組、irc ， server 間會互相交換訊息。 較現代的案例 gnu social 提出的 open social 協議， 可以說是對抗現代社群平台壟斷的旗誌。

對現代人來說，fb 上只能追縱其它人的 fb， 如果你想關注的人在 twitter， 那你只能註冊一個 twitter 來追蹤他。 更不用講其它 vocus、medium、patron 平台， 每個平台都有自己的追蹤方式， 最基本就登入 web 介面會有通知，好的會寄 email。

你能想像你可以在 fb 上追縱 vocus 的作者發布的文章嗎？ 那你能想像為什麼許多平台，都可以用 email 訂閱嗎？ 因為 email 定義了一個標準的格式。 如果為傳送通知定義一個統一的協定， 讓 fb 上可以追縱 twitter，甚至追蹤 vocus medium？ 這個協定就是 open social。

同理也可以套用在現代的 im 上， 我們希望，在不同的平台上，仍可以互相傳送訊息； 就像不同 email 平台上仍可以互相寄信一樣。

但這類聯邦制的協議，相對於中心式的 im， 從 client 到註冊到 server 一手包， 要考慮到由誰來架設管理 server，以及常見的 server 的開放程度。 許多自由軟體會用開放原始碼，但提供付費的 server 托管， 或付費才能在他們的 server 上註冊使用。 因此，我理想中的聯邦制，是由各小型的社團會各自維護自己的伺服器， 有限度的開放使用。

email

聯邦制的訊息，最古老的就是 email； 但 email 比較習慣用作非即時的溝通。 比較有趣是 日本的 email 曾被用來代替手機簡訊 ， 在功能型手機時代，每個手機門號都會對應一個 email 地址， 手機內會由代理商提供可以收發 email 的程式。

由於 email 比用字計價的簡訊便宜，且可以內嵌圖片等多媒體內容， 所以日本多數都是用 email 而少用簡訊。 以前日系動畫常看到角色們的手機收到簡訊， 有一個 無題 的欄位， 即是發送 email 時不輸入標題導致顯示為沒有題目， 但不知道和 komica、2ch 的那個無題有沒有關係就是了。

email 的註冊就不用說，大家應該都很熟悉， 大的網路公司會提供免費的 email 註冊服務。 以前還會有很緊的空間限制，現在都放到很鬆， 因為巨頭發現可以從信箱裡挖個人資料出來賣錢。 以前空間小時，還會有人習慣把信收到自己的電腦來， 後來大部份都是用 web 介面在收信，就信全部丟雲端了。

irc

後來的例子 irc 就是可以用來聊天的即時訊息了。 irc 比較像是聊天室，而不是簡訊， 架構類似以前的即時通，但因為 irc 協議公開本身也夠流行， 會有許多不同的 server client 實作。 明確區分會有上下線狀態，離線後就不會收到通知。

但 傳統的 irc 不適合在手機的網路條件下使用 ， 主要因為 irc 是保持長時間的 tcp 連線來收發訊息， 在手機上網路可能會在基地台、wifi 間不斷切換， 難以如同桌上型電腦維持長時間穩定的連線， 造成伺服器頻繁處理超時斷線負的擔與不良的使用體驗。 因此讓手機上的 im 出現一段真空期， 使 whatsapp line 等軟體有機會掘起佔領市場。

irc 歷經這段挑戰，也有提出新版的協議，但如同前文中所述， 這類開放社群維護的協議改版效率一直很差。 但我一直不是 irc 使用者，目前也不知道成果如何。

irc 的性質比較開放，相比 email 和其它系統， 甚至沒有 註冊 這件事，只要連進去就可以直接聊天。 現在有一個像註冊的手續是可以固定自己的名字， 因為 irc 中每個人可以自己設定要什麼名字， 欸名字可以自己取欸！後來才出現用有管理權限的 bot 管理哪些名字不能被隨意設定避免冒用。

現代的聯邦即時通訊系統

既 irc 後我知道有二款這類聯邦制的協議， 分別是 2010 年左右的 xmpp 和智慧型手機時代的 matrix 。 另外還有一類用來傳送語音的網路電話協議 sip。

xmpp

xmpp 是基於 xml 的訊息傳送， 類似 email 每個人會在一個伺服器上註冊， 用 username@server.ip 的格式， 要通訊時也是需要知道對方的完整地址。 這協議蠻老了，很早期有流行過一段時間， google talk 即是基於這款協議的產品。

xmpp 是基於 xml 的協議， 對大檔案的傳輸只能編碼為 base64 不太便利， 且不支援音訊的傳輸。 後來 google 提出的 xmpp 擴充版 jingle 協議， 使用 rtp 協議來傳送音訊來實現。

現在雖然 google talk 收掉了， 仍有不少 xmpp server client 運作中。 現代比較流行的是用 web rtc 來傳送 p2p 音訊， web rtc 和 rtp 都有一定的 nat 穿透能力。

xmpp 的問題是很多功能是以擴充的方式實現的。 xmpp 基金會發布的一系列 XEP 文件， 定義了 xmpp 的許多擴充功能，例如群組對話如何實現， 加密、語音通話、傳送訊息時對方不在線如何處理。 各 server client 間會有各自支援的擴充， 因此不同 client 間可能不相容而有些功能不能運作。 對架設 server 的人也很傷腦筋，要考慮各功能的相容性。 總之，這是一個雜亂、帶有歷史包袱的系统， 詳細的入門可以參考 貴哥幾年前的 xmpp 介紹。

xmpp 的服務提供者比較多元，大部份都需要制式的註冊， 有些則採收費制來維持運作。 如 android 上著名的 app conversation， app 作者自己就有一個收費制的伺服器，（前二個月可以免費使用，） 直接幫自己的伺服器打廣告。

matrix

matrix 比較簡單，他宣稱就是要開發一個 足夠 現代 的聯邦制即時通訊系統， 從現代的 im 中吸取經驗與優勢， 並且沒有 xmpp 那一堆歷史包袱。

matrix 借鑑的對象主要是 slack 和 irc， 相較 xmpp，matrix 標榜 現代 ， 像歷史記錄儲存、跨裝置同步訊息等都有考慮。 規格書是用 json 和 http 作為通訊手段， 並且 matrix 十分考慮瀏覽器的相容性， 所以 matrix 可以有所謂的 純前端 client。

目前我正在嘗試架一個社團的 matrix server， 之後再來寫一篇文章分享。

sip

sip 我沒碰過，但似乎是個用來語音通話的協定， 貴哥有幾篇文章在介紹 sip，但他後來似乎轉投 xmpp？ 和 xmpp 類似，同為有一定年代的協議， 也都需要找一個伺服器來註冊使用。 但 sip 主要是用來語音通話，而 xmpp 則是傳送文字訊息， 但後來二者都有互相發展對方的功能，sip 現在應該也可以傳送文字訊息了。

點對點加密

e2ee 指的是訊息在傳出自己手機前就加密，到收件者裝置上才解密， 代表伺服器端及中間的所有網路服務商，都無法窺探訊息內容。 從最早的代表性加密軟體 pgp，常配合 email 使用； 到現代一些支援 e2e 加密的 im 出現後， 各大既有的商業 im 也漸漸支援此功能了。 目前 telegram 需要自行開啟，line 和 whats app 似乎也可以開啟。 irc 絕對是沒有的，irc 的本質是聊天室類似論壇， 而不是一對一聊天；某些 irc 還會每月把訊息打包存檔供下載。

由此可以發現點對點加密和群組聊天的歷史記錄有本質上的互斥。 e2e encrypt 中應該只有彼此能解密訊息， 所以伺服器是不會幫你存歷史訊息的，因為存了也看不懂。 就算可以存加密的訊息，但若未來金鑰流出還是會有危險。 因此 e2e encrypt 中，訊息一般只會留在彼此的手機中。 在群組聊天中啟用 e2e，則會用每個成員的金鑰都加密過一次再傳出， 而過去的歷史訊息在加密時，沒有用後加入者的金鑰，所以無法看到歷史訊息。

xmpp 的 e2e 加密是以擴充的方式實現的，但也因此有些實作不同的問題。 matrix 則是在公開頻道無法啟用 e2e 加密功能， 新進者也因此能看到歷史訊息。 而加密頻道的歷史訊息，matrix 則是會在伺服器端存加密的訊息， 而金鑰仍存在使用者端，只有新加入者無法看到歷史訊息的問題。

去中心化的點對點溝通

點對點加密是要讓中心伺服器無法窺看訊息內容， 主要是現今多數架構都需要有一個中心伺服器， 無論是聯邦制或一般的唯一中心制。 如果在通訊架構上能免去中心伺服器， 讓所有通訊都是直接點對點，就能直接省去這一大堆問題。

現今要直接點對點，主要的問題是大量的防火牆， 與 ip 地址不足而使用 nat 及虛擬 ip。 例如我的行動網路所拿到的就是虛擬 ip。 因此要實現直接的點對點通訊， 大部份需要另外實現一套 p2p 的通訊架構， 例如 bit torrent 類的 p2p 網路。

現今我所知道 p2p 的 im，有 briar 與 session 二種。 briar 是走 tor 洋蒽網路 的 im， 因為 tor 的特性讓所有節點可以直接點對點確認。 session 則是去掉中心伺服器版本的 signal， 據 reddit 上的說明 ，就是用區塊鏈取代掉 signal 的中心伺服器， 也無需再綁定電話號碼註冊。

tor 是用來匿蹤的 p2p 網路，也就是暗網所用的網路， 除了匿蹤外，還有個特性是每一個洋蒽地址都是可以被直接連線的， 不管原本是不是在 nat 內。 因此 tor 有一個功能就是用來讓個人能架不需要申請固定 ip 的伺服器， 像 gslin 在太陽花學運時就有提過用來放會被 youtube 下架的警察施暴影片 。 應用在 im 上只要打開連接埠， 就是可以讓二個節點直接溝通無論有沒有 nat。

briar

briar 即是直接在 app 裡開 tor 節點，因此開著時會有點耗電， 個人的邀請連結是長的像 tor 網址的東西。 另外 briar 還提供了群組聊天、開放式的群聊（稱為論壇）、 開放式的個人公告（稱為 blog）等功能。 所有訊息是用金鑰加密後存在本機， 在開機後需要輸入密碼解鎖 briar，才能瀏覽與發送訊息。 如果金鑰丟了，訊息就全都沒了， 同時也沒有跨裝置的同步功能，每個裝置是獨一無二的 id。 （就像 ssh-key 不會傳出本機一樣。）

這類直接 p2p 的軟體會有一個問題， 他需要雙方都上線才能傳送訊息， 因為訊息是連到對方機器直接送過去，如果連不到就沒得談。 根據官網的說明，briar 傳送訊息時如果對方不在線， 會在自己的 briar 裡暫存起來，隔一段時間就嘗試重傳， 一直到超過期限刪除。 如果需要一直開著 briar， 尤其 briar 又會開著 tor 網路，會比較耗電。

briar 還有個問題，目前 pc 端軟體還沒正式釋出， 但我有看到消息了，一個叫 Briar GTK 的 linux 軟體， 似乎有人包了 flatpak 版本的 briar gtk 。 這東西可以期待，如果未來沒辦法維持 matrix.ccns.io， 比起 session 我會用 briar。 因為 session 會用到加密貨幣，所消耗的電力太大， 對全球暖化是個負擔。

session

關於 session，原名好像叫 loki messenger， reddit 上那篇文章總結成 signal + 門羅幣 + tor。 signal 是安全性很高的 e2ee，但使用中心伺服器； 門羅幣是標榜不歡迎礦機，設計上需要用 cpu 採的加密貨幣， 因為不歡迎礦機，社區的自治很活躍，難以被礦廠壟斷； tor 上面介紹過了。 但除此之外我也不是很清楚。

signal 是早期著名的 e2ee app， 但和 telegram 一樣都因為要綁電話號碼為人垢病。 此外也需要中心伺服器，但只做基本的建立通訊用， 不會存對話資料。

session 就是把 signal 的中心伺服器用 oxen 區塊鏈取代， tor 的部份就不清楚了。 缺點應該就是用區塊鏈支持，所以會耗一堆電在算沒有意義的資料， 所以我不喜歡。

歷史訊息

回到伺服器該不該保存歷史訊息的問題， xmpp 和早期的 email 很明顯是不保存的那派， 因為他們是負責傳遞，就像簡訊和電信商的關係。 p2p 的 im 就不用說，根本沒有中心伺服器可以幫你存。 matrix 則是另一派，matrix 可能認知到現代人有多看重聊天記錄， 因此身會一個現代的聊天軟體，幫使用者保存聊天記錄是必要的， 例如 slack discord。（line whatsapp：耳朵怎麼癢癢的？）

某些 irc 頻道則是繼承到郵件群組的傳統， 會用機器人存檔歷史聊天記錄，例如 wikipedia 的 irc， 就像一些學術組織會存檔郵件群組的歷史訊息一樣。 其它大部份 irc 還是屬於單純的即時聊天， 你在線就看的到，不在線就看不到， server 只負責把訊息轉給 client，想記錄就自己寫 bot。

離線與訊息處理

現在能稱霸市場的主流 im，在訊息暫存上都做的不錯； 意思是如果收件人斷線，line 的訊息還是會暫存在伺服器上， 對方再上線時就能收到，不會因為下線就掉訊息。 當然 line 的訊息是有保存期限的，等太久就會刪掉， 就像 line 傳的檔案也是有一個下載期限。

irc 就完全沒有所謂離線的通知。 離線就離線了，別人沒辦法傳訊息給你， 這段期間的群聊你也看不到，再上線後也不會收到通知。 因此 irc 出現一類雲端輔助的 client， 會實際在另一台 server 上持續接收 irc 的訊息， 在手機端開啟 app 實際上只是連去 server 上 把接到的訊息拿來讀而已，也就不會漏訊息。

xmpp 應該和 line 類似，有固定容量和期限的離線暫存； matrix 應該都是會存的伺服器上的，但私人的會有 e2e 加密。 p2p 系列的就都幾乎沒有。 briar 是前面講的土砲本機重傳， session 我看官網上 faq 寫區塊鏈伺服器端會有一個暫存機制， 但也是一定期間而已。

而這類非傳統中心式的 im，還都會碰到一個需要維護連線的問題。 如 霍炬這篇文章中所說 ， 早期 iphone 甚至不允許背景 tcp 連線， 就算 android 可以，但也少有 app 用，因為會很耗電。 如 matrix 的半官方 client element， 就發布了使用純 tcp 連線及 google cloud messaging framework 的版本， 使用 tcp 的就會比較耗電。

其它議題

最後再來講幾樣比較有趣的議題，像是斷網下仍可運作的藍牙 p2p 網路， 橋接不同 im 的 bot，與政府監聽的權力及祕密通訊自由。

藍牙 p2p 網路

如何抵抗政府管制造成的斷網。 有個 app 叫 bridgefy，可以在沒有行動網路或 wifi 的情況下， 用人群的 android 的藍牙來組成網路傳遞訊息。 類似的概念還有 apple 幾年前推出的 find my device， 和最近的進化版吵很兇的 air tag， 是用 apple 的裝置組成藍牙網路，就算離線也能使用。

bridgefy 的設計是每個人都有 android， 如果人群不中斷的話，可以一個連一個組成不小的網路了， 至少傳個幾條街沒問題，那這些人就可以互為中繼協助傳訊息； 當然要建立在每個人都有裝 bridgefy 的情況下。 但其實 bridgefy 還有內建一些限制， 像訊息只能被 relay 一次，所以傳遞距離應該只有 100 公尺左右， 可能是怕被用來 ddos 或大量浪費頻寬。

apple 的 find my device 是利用 iphone 內建的藍牙 beacon， 當其它 apple 裝置偵測到時，如果其它裝置有網路連線及 gps， 就會把自己的座標回傳給 apple； 注意其它有連網的裝置會回傳，所以遺失裝置離線也沒關係。 現在則更進化出 air tag，可以直接追蹤一顆標籤。 apple 的好處是 apple 裝置都是 apple 說了算， 裡面的功能使用者自己幾乎是關不掉的，除非你 JB 越獄。 所以 apple 可以很強硬的推這些功能，只要使用 apple 的裝置夠多， 利用這些運作中的裝置，彼此就能直接組成網路，互相轉發訊息。

橋接不同的通訊軟體

也是在近年，因為不同的 im 大量增加， 出現許多來將訊息從一平台轉發到另一平台的程式。 早期很知名的轉發程式就是，微軟 MSN 的殺手鐧， 讓 msn 的使用者能和 AOL 的使用者對話， 也就是注名的 即時通大戰 （ 未完成的譯文 ）。

後來許多 im 在發展時，都意識到要能和其它既有軟體的使用者對話， 所以多數開源的 im 系統發展時， 都會伴隨一些聊天機器人程式來轉接來自其它平台的對話。 功能最全面的大概是 matterbridge ， 來自一間專門抄其它成功產品成開源專案的公司 mattermost， 支援的平台超多，主要是供其核心產品 mattermost， 一個開源版的 slack 使用。 之前我是用來橋接 discord 和 telegram。

matrix 現在也有不少橋接用的程式， 但多是橋接二種不同軟體，不像 matterbridge 是八爪章魚， 一支程式就能轉發一堆協定。

mattermost 的缺點大概就他不是聯邦制的系統， 而是單純一個個可以自己架設的孤島， 就像不且的 slack server 間也不能互相通訊， 遠不如 discord 方便。

監聽權

最後談了那麼多安全，談到點對點加密， 回顧密碼學發展時的 密碼戰爭 ， 其實點對點的強加密技術很長一段時間是存在爭議的。 你的祕密通訊自由不是絕對的， 法律上可以允許司法機關依法申請監聽電話、檢查信件。 那為什麼 im 可以使用無法被監聽的 e2ee？

近年的 im 漸漸取代的電話的功能，在點對點加密技術下， 甚至 im 服務商本身都無法監看訊息記錄， 為執法機關帶來新的挑戰， 因此一些國家開始重新審視這類點對點加密技術。 例如 911 事件，就為催生了美國可以以安全為由， 進入私人公司的伺服器； 歐洲近年逐漸增加的恐怖攻擊，也讓歐盟面臨點對點加密的問題， 另外也有被用作 犯罪工具的加密通訊解決方案公司，被警察機關的駭客攻擊的新聞。

對照下，密碼戰爭時像 tls 這類技術，就對執法機關是比較友好的， 因為有一個根證書可以用來管理。 政府在必要時，可以透過根證書來影響加密系統的運作。 當然，平時根證書也必須管理好自己的證書。

總結

一個現代的 im，我認為需要以下幾點，其中幾點可能會互斥。 各位可以自行檢驗哪些軟體有具備以下功能，或缺少的。

在訊息上的介面及功能，可能就和 slack 或 discord 借鑑， 我認為這二者都做的很不錯了，至少比 messenger line 要好的多。 briar 也很有趣，不只作為 im，也利用 p2p 的特性，把手伸向 blog 市場。 line 的那個記事本真的是，明顯把手伸出聊天領域了， 也讓 line 更肥大了。

目前我認為 signal、telegram、wire 等系統明顯出局， 因為他們是中心化的； 比較合適的系統至少要是聯邦制或 p2p，如下：