SSL探索01

1. OPENSSL簡介

OpenSSL項目是一個協作開發一個健壯的，商業級的，全功能的，並且開放源代碼工具包，它實現了安全套接字層(SSL v2/v3)和傳輸層安全(TLS v1)協議以及全強大的通用加密庫。

2.使用SSL進行安全IO

使用SSL進行安全IO與原本的socketIO通信區別不大,只是增加了SSL部分內容.

下面說明SSL IO的基本過程:

客戶端流程

① // SSL初始化
②//socket,connect,
③//ssl,建立SSL連接,SSL_connect(ssl)
④//SSL_write,SSL_read
⑤//關閉操作SSL_shutdown,SSL_free,close,SSL_CTX_free

服務端流程

① // SSL初始化
②//socket,bind,listen,accept
③//ssl,建立SSL連接,SSL_accept(ssl)
④//SSL_write,SSL_read
⑤//關閉操作SSL_shutdown,SSL_free,close,SSL_CTX_free

3.使用BIO進行安全IO

BIO是Openssl對IO類型的抽象封裝,包括：內存、文件、日誌、標準輸入輸出、socket（TCP/UDP）、加解密、摘要和ssl通道等。Openssl BIO通過回調函數爲用戶隱藏了底層實現細節。BIO的使用使得代碼得到很大簡化.

使用BIO進行安全IO的基本過程

①//SSL 初始化
②//加載可信認證書庫(注意: 若不加載或加載失敗,則證書無效,但仍可以繼續連接(由客戶端自己控制是否繼續進行通信))
SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, "TrustStore.pem", NULL)
③//建立連接
bio = BIO_new_ssl_connect(ctx);
/* Set the SSL_MODE_AUTO_RETRY flag */
BIO_get_ssl(bio, &ssl);
SSL_set_mode(ssl, SSL_MODE_AUTO_RETRY);
/* Create and setup the connection */
BIO_set_conn_hostname(bio, "www.baidu.com:https");
④//BIO_write,BIO_read
⑤//關閉操作BIO_free_all,SSL_CTX_free

對比直接使用SSL進行IO與使用BIO進行通信,發現使用BIO更加簡潔方便,建議更多的使用BIO.

4.操作SSL過程中的錯誤檢測

OpenSSL 拋出了某種類型的錯誤。首先，需要得到錯誤代碼本身； ERR_get_error 可以完成這項任務；

然後，需要將錯誤代碼轉換爲錯誤字符串，它是一個指向由 SSL_load_error_strings 或 ERR_load_BIO_strings 加載到內存中的永久字符串的指針。方法:ERR_reason_error_string,ERR_lib_error_string,ERR_func_error_string.

還可以將錯誤進行轉儲:ERR_print_errors_fp(FILE *);ERR_print_errors(BIO *);

代碼如下:

a.client_SSL.cpp

int main(int argc, char * *argv) {
	int sockfd, len;
	struct sockaddr_in dest;
	char buffer[MAXBUF + 1];
	SSL_CTX * ctx;
	SSL * ssl;

	/* SSL 庫初始化*/
	SSL_library_init();
	/* 載入所有SSL 算法*/OpenSSL_add_all_algorithms();
	/* 載入所有SSL 錯誤消息*/
	SSL_load_error_strings();
	/* 以SSL V2 和V3 標準兼容方式產生一個SSL_CTX ，即SSL Content Text */
	ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
	if (ctx == NULL) {
		ERR_print_errors_fp(stdout);
		exit(1);
	}
	/* 創建一個socket 用於tcp 通信*/
	if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
		perror("Socket");
		exit(errno);
	}
	printf("socket created\n");
	/* 初始化服務器端（對方）的地址和端口信息*/
	bzero(&dest, sizeof(dest));
	dest.sin_family = AF_INET;
	//設置連接的端口
	dest.sin_port = htons(12345);
	//設置連接的IP地址
	char *addr = "127.0.0.1";
	//115.239.210.27百度
	//char *addr2 = "115.239.210.27";
	if (inet_aton(addr, (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) {
		perror(argv[0]);
		exit(errno);
	}
	printf("address created\n");
	/* 連接服務器*/
	if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {
		perror("Connect ");
		exit(errno);
	}
	printf("server connected\n");
	/* 基於ctx 產生一個新的SSL */
	ssl = SSL_new(ctx);
	/* 將新連接的socket 加入到SSL */
	SSL_set_fd(ssl, sockfd);

	//----------------------------------------------------------

//	/* Load the trust store */
//	if (!SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, "TrustStore.pem", NULL)) {
//		fprintf(stderr, "Error loading trust store\n");
//		ERR_print_errors_fp(stderr);
//		SSL_CTX_free(ctx);
//		return 0;
//	}
	//----------------------------------------------------------

	/* 建立SSL 連接*/
	if (SSL_connect(ssl) == -1) {
		ERR_print_errors_fp(stderr);
	} else {
		printf("Connected with %s encryption\n", SSL_get_cipher(ssl));
		ShowCerts(ssl);
	}

	/* 接收對方發過來的消息，最多接收MAXBUF 個字節*/
	bzero(buffer, MAXBUF + 1);
	/* 接收服務器來的消息*/
	len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
	if (len > 0) {
		printf("接收消息成功:'%s'，共%d 個字節的數據\n", buffer, len);
	} else {
		printf("消息接收失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n", errno, strerror(errno));
		goto finish;
	}
	bzero(buffer, MAXBUF + 1);
	strcpy(buffer, "from client->server");
	/* 發消息給服務器*/
	len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer));
	if (len < 0) {
		printf("消息'%s'發送失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n", buffer, errno,
				strerror(errno));
	} else {
		printf("消息'%s'發送成功，共發送了%d 個字節！\n", buffer, len);
	}
	finish:
	/* 關閉連接*/
	SSL_shutdown(ssl);
	SSL_free(ssl);
	close(sockfd);
	SSL_CTX_free(ctx);

	return 0;
}

b.server_SSL.cpp

int main(int argc, char * *argv) {
	int sockfd, new_fd;
	socklen_t len;
	struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
	unsigned int myport, lisnum;
	char buf[MAXBUF + 1];
	SSL_CTX * ctx;
	//指定監聽端口
	myport = 12345;
	//最大客戶端連接數
	lisnum = 10;

	/* SSL 庫初始化*/
	SSL_library_init();
	/* 載入所有SSL 算法*/OpenSSL_add_all_algorithms();
	/* 載入所有SSL 錯誤消息*/
	SSL_load_error_strings();
	/* 以SSL V2 和V3 標準兼容方式產生一個SSL_CTX ，即SSL Content Text */
	ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
	/*
	 也可以用SSLv2_server_method() 或SSLv3_server_method() 單獨表示V2 或V3標準
	 */
	if (ctx == NULL) {
		ERR_print_errors_fp(stdout);
		exit(1);
	}
	/* 載入用戶的數字證書， 此證書用來發送給客戶端。證書裏包含有公鑰*/
	if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx,
			"/home/shuyan/workspace/Openssl_Server/files/cacert.pem",
			SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
		ERR_print_errors_fp(stdout);
		exit(1);
	}
	/* 載入用戶私鑰*/
	if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx,
			"/home/shuyan/workspace/Openssl_Server/files/privkey.pem",
			SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
		ERR_print_errors_fp(stdout);
		exit(1);
	}
	/* 檢查用戶私鑰是否正確*/
	if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
		ERR_print_errors_fp(stdout);
		exit(1);
	}

	/* 開啓一個socket 監聽*/
	if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
		perror("socket");
		exit(1);
	} else {
		printf("socket created\n");
	}
	bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = PF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(myport);
	my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr))
			== -1) {
		perror("bind");
		exit(1);
	} else {
		printf("binded\n");
	}
	if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
		perror("listen");
		exit(1);
	} else {
		printf("begin listen\n");
	}
	while (1) {
		SSL * ssl;
		len = sizeof(struct sockaddr);
		/* 等待客戶端連上來*/
		if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr, &len))
				== -1) {
			perror("accept");
			exit(errno);
		} else {
			printf("server: got connection from %s, port %d, socket %d\n",
					inet_ntoa(their_addr.sin_addr), ntohs(their_addr.sin_port),
					new_fd);
		}
		/* 基於ctx 產生一個新的SSL */
		ssl = SSL_new(ctx);
		/* 將連接用戶的socket 加入到SSL */
		SSL_set_fd(ssl, new_fd);
		/* 建立SSL 連接*/
		if (SSL_accept(ssl) == -1) {
			perror("accept");
			close(new_fd);
			break;
		}
		/* 開始處理每個新連接上的數據收發*/
		bzero(buf, MAXBUF + 1);
		strcpy(buf, "server->client");
		/* 發消息給客戶端*/
		len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));
		if (len <= 0) {
			printf("消息'%s'發送失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n", buf, errno,
					strerror(errno));
			goto finish;
		} else {
			printf("消息'%s'發送成功，共發送了%d 個字節！\n", buf, len);
		}
		bzero(buf, MAXBUF + 1);
		/* 接收客戶端的消息*/
		len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
		if (len > 0) {
			printf("接收消息成功:'%s'，共%d 個字節的數據\n", buf, len);
		} else {
			printf("消息接收失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n", errno, strerror(errno));
			ERR_reason_error_string(ERR_get_error());
		}
		/* 處理每個新連接上的數據收發結束*/
		finish:
		/* 關閉SSL 連接*/
		SSL_shutdown(ssl);
		/* 釋放SSL */
		SSL_free(ssl);
		/* 關閉socket */
		close(new_fd);
	}
	/* 關閉監聽的socket */
	close(sockfd);
	/* 釋放CTX */
	SSL_CTX_free(ctx);
	return 0;
}

c.client_BIO.cpp

int main() {
	BIO * bio;
	SSL * ssl;
	SSL_CTX * ctx;
	int p;
	char * request =
				"GET / HTTP/1.1\x0D\x0AHost: www.baidu.com\x0D\x0A\x43onnection: Close\x0D\x0A\x0D\x0A";
	char r[1024];

	/* SSL 庫初始化*/
	SSL_library_init();
	/* 載入所有SSL 算法*/

	OpenSSL_add_all_algorithms();
	/* 載入所有SSL 錯誤消息*/
	SSL_load_error_strings();
	/* Set up the library */
	ERR_load_BIO_strings();

	/* Set up the SSL context */

	ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());

	/* Load the trust store */
	if (!SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, "TrustStore.pem", NULL)) {
		fprintf(stderr, "Error loading trust store\n");
		ERR_print_errors_fp(stderr);
		SSL_CTX_free(ctx);
		return 0;
	}
	/* Setup the connection */

	bio = BIO_new_ssl_connect(ctx);
	bio = BIO_new(BIO_s_socket());
	/* Set the SSL_MODE_AUTO_RETRY flag */

	BIO_get_ssl(bio, &ssl);
	SSL_set_mode(ssl, SSL_MODE_AUTO_RETRY);

	/* Create and setup the connection */
	BIO_set_conn_hostname(bio, "www.baidu.com:https");

	if (BIO_do_connect(bio) <= 0) {
		fprintf(stderr, "Error attempting to connect\n");
		ERR_print_errors_fp(stderr);
		BIO_free_all(bio);
		SSL_CTX_free(ctx);
		return 0;
	}

	/* Check the certificate */

	if (SSL_get_verify_result(ssl) != X509_V_OK) {
		fprintf(stderr, "Certificate verification error: %i\n",
				SSL_get_verify_result(ssl));
		BIO_free_all(bio);
		SSL_CTX_free(ctx);
		return 0;
	}

	ShowCerts(ssl);

	/* Send the request */

	BIO_write(bio, request, strlen(request));

	/* Read in the response */

	for (;;) {
		p = BIO_read(bio, r, 1023);
		if (p <= 0)
			break;
		r[p] = 0;
		printf("%s", r);
	}

	/* Close the connection and free the context */

	BIO_free_all(bio);
	SSL_CTX_free(ctx);
	return 0;
}

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