了解现代 SMTP 和电邮 Anti Spam 协议（SPF， DKIM， DMARC）

注：本文于2024-01-21首发于https://v2ex.com/t/1010618

SMTP 协议

具体的协议本身就不多介绍了，各位可以参考维基百科： https://en.wikipedia.org/wiki/Simple_Mail_Transfer_Protocol 。

这里只指出一个重点：SMTP 将电邮区分为 Envelope 和 Data 两部分。通常我们在邮件客户端里见到的所有东西都属于 DATA ，包括 From:和 To:字段（也就是我们通常见到的收件人发件人）。然而所谓 Envelope 也有 MAIL FROM 和 RECP TO 数据，并且这二者和 DATA 里的 FROM/TO 一般并不一致！下文将详细展开。

Agents

现代 SMTP 把一封电邮送达的过程中的处理程序分为很多 Agent：

一个标准送达流程是：

MUA –> MSA –> MTA –> ... –> MTA –> MDA –> MUA

除了最后 MDA 到 MUA 以外，其实所有 agent 之间都通过 SMTP 协议联系。因此协议的行为其实因为 agent 的不同而有产生了区别：

MUA –> MSA：

可以理解为邮件进入互联网的第一站。MSA 负责验证邮件的真实性（ Authentication ），也就是验证对应的 MUA 确实有权利发送这封邮件。通常这里会用到 SMTP Auth 来实现，也就是邮件服务商向用户要求一组用户名和密码。以及，MSA 会对电子邮件进行 DKIM 签名。

MSA –> MTA, MTA –> MTA, MTA –> MDA：

在邮件 relay 的过程中，这三者其实是等价的（也就是说存在 MSA 直接联系到 MDA 的情况。如果邮件再同一个服务商内中转，譬如 gmail 发送给 gmail ，那甚至此时 MSA 和 MDA 可以是同一个程序）。接受邮件的 Agent 也会检查送来邮件 Agent 的真实性，但并不是通过用户名和密码（下文会详细描述）。

值得注意的是，在所有的这些 Agent 中，程序是通过 Envelope 的 MAIL FROM 和 RECP TO 来决定如何邮件的来龙去脉的。DATA 里的 FROM 和 TO 并不决定邮件的去向。我们下面分开讨论。

MAIL FROM

通常来说，除了 MUA 以外，所有的 Agent 都会将 Mail From 设置成一个自己控制的值。举一个具体的例子，我拥有的 c7.io 域名配置了 CF 的 mail forward ，也就是发送给任何 [email protected] 的电邮都会被转发到我的 gmail 邮箱。

那么，如果一个 outlook.com 信箱向 [email protected] 发邮件，信件会如此传递：

可见，MAIL FROM 每次都会被改变，而且其中 identification 仍然能 uniquely identify 对应的这封电子邮件。这么做的目的是允许邮件服务商对 bounce-back 的邮件做额外的处理，并对接下来 Anti spam 的协议提供了机会。

RECP TO

既然说到了 MAIL FROM 就提一下 RECP TO 。这里和 spam 没什么关系，RECP TO 一般来说和 DATA 里的 TO+CC 一致，除非有 bcc 的情况。如果是 bcc 那么目标邮件地址不会存在于 DATA 中（所以才叫 blind ），只会出现在 RECP TO 里。

Anti spam

SMTP 协议本身设计的时候并没怎么考虑到 SPAM 的问题。所以协议本身有很多补丁。上面已经说过 MUA 到 MSA 时 MSA 会检查用户的用户名和密码，并且会很显然地检查 DATA 里的 FROM 字段确保这个登录进来的用户有权利以这个 FROM 的身份发邮件。然而在 MSA ，MTA 和 MDA 交流的过程中，大家都是不同服务商等价的程序，因此不存在谁事先在另外一方设置密码的可能性。所以，SPF 和 DKIM 就出现了。

SPF

https://en.wikipedia.org/wiki/Sender_Policy_Framework

当邮件在 MSA ，MTA 和 MDA 之间传输时，SPF 是一个很简单明了的协议。接收方会去 query 发送方域名的 SPF 字段。这个字段会指明哪些 IP 是这个域名允许的 sender 。譬如，当 c7.io MTA 向 gmail MDA 发邮件时，gmail 服务器会 query 到 c7.io 拥有 SPF record：v=spf1 include:_spf.mx.cloudflare.net ~all 。那么如果送邮件来的 IP 并不属于 mx.cloudflare.net ，那就 fail 了 SPF 。

DKIM

https://en.wikipedia.org/wiki/DomainKeys_Identified_Mail

SPF 只关注每个 agent 前一跳的身份，却并不能阻止一个恶意的 MTA 伪造邮件。所以出现了 DKIM 。当一封邮件进入到每一个 Agent 时（ MUA 除外），这个 Agent 都会对邮件的数个 Header 和 Body （都处于 DATA 字段）进行签名并将签名内容也放在 DATA 字段里。Agent 签名会使用一个私钥，而其对应的公钥会在对应的域名的 dkim 记录里公布。从 DKIM 的精神来看，这个协议的目的是为了验证 DATA 中描述的邮件没有在传输中被篡改，也就是说，MSA 生成的 DKIM 签名是最有价值的。但实践中，似乎每一个 agent 插入到签名都会被接收者验证。

举个具体的例子：还是 outlook->c7.io->gmail ，outlook MSA 会插入一个用 outlook 私钥签字的签名。当 c7.io MTA 收到后，它会去 query outlook.com 的 DKIM record ，也就是 outlook 的公钥，并且用它来验证签名是否有效。然后 c7.io MTA 也会将现有的 DATA 再一次用 c7.io 的私钥签名。当 gmail MDA 收到邮件后，它会 query both outlook and c7.io 的公钥（譬如 k=rsa; p=MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDckJFiBtn29uLex8LM2DG4zvZ9doM9v8veISK5rAoS2yU517rqZN/gYGwhKVuvfmp86OJGKG2Z6SQG9JmcNQ7rGiVE6X99M71hm449ShkF29hG65lI9sFpjf/67bjnQcgwwj6q4aNKb9Rh3zc/gV4jtz+vfzaMTTcAdZbd8hKX3wIDAQAB ），然后验证两个签名是否都有效。一旦发现签名错误，就是 DKIM fail 。

DMARC

https://en.wikipedia.org/wiki/DMARC

DMARC 的目的是告诉 Agent ，如果 SPF 或者 DKIM fail 了，该如何处理这封邮件。DMARC 也存在于域名 DNS 记录中。DMARC 可以要求 agent 继续放行电邮（可能不会被遵守），但更通常是要求 agent 把邮件设为 spam ，并通知某个指定的地址。

其它

很多 Agent 会增加别的验证。譬如 Gmail 要求所有来信的 IP 的 reverse DNS 和其 MAIL FROM 的域名必须对应。这似乎和 SPF 正好是镜像。

用自己的域名收发邮件

总结上面的内容，如果想用自己的域名收发邮件，需要做到：

需要正确配置 SPF ，DKIM ，DMARC 不是必须的但是推荐。并且要和一个拥有对应 DKIM 私钥的 MSA 配合使用（这也是为什么现代不通过一个 mail relay （譬如 AWS SES ，Mailgun)直接发送一封邮件如此之难）。

仅需要配置域名的 MX ，指向 MDA 。一般来说大家都是用第三方的服务，所以 MX 指向第三方的服务器就行。

总结

SMTP 是一个典型的设计时没有考虑周全从而不断打补丁的例子。目前至少 Gmail 和 Outlook 都提供了”View Original”的功能，可以详细看到邮件原始的 DATA 部分。里面都会详细描述每一个 MTA 所插入的内容，包括 Agent 得到的 Envelope 的地址，其所做的 SPF ，DKIM 检查，和新的 DKIM 签名。大家可以去自己的邮箱里看看，和文章的内容对照一下。

本文在某些细节上讲的比较粗略，因为某些复杂的地方很难用白话语言说清楚。我希望这篇文章能起到一个提纲的作用。具体生产中如果遇到了问题还是要去读协议标准。

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