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安全通信系统--OpenSSL服务器和客户端

2024-09-07 02:40:15   219人阅读

  1. 环境配置
  2. SSL的初始化

                   这一步主要使用OpenSSL提供的函数设置算法、证书等，一般步骤都固定了的，初始化流程示意图如下所示：

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                                                                             SSL初始化流程图

                    主要代码为：

 

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 print?
  1. SSL_load_error_strings(); /*为打印调试信息作准备*/  
  2. OpenSSL_add_ssl_algorithms(); /*初始化*/  
  3.   
  4. //meth = TLSv1_server_method(); /*采用什么协议(SSLv2/SSLv3/TLSv1)在此指定*/  
  5. //注意这里是server，客户端那里会是client  
  6. ctx = SSL_CTX_new (TLSv1_server_method());   
  7. CHK_NULL(ctx);  
  8.   
  9. SSL_CTX_set_verify(ctx,SSL_VERIFY_PEER,NULL); /*验证与否*/  
  10. SSL_CTX_load_verify_locations(ctx,CACERT,NULL); /*若验证,则放置CA证书*/  
  11.   
  12. if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, CERTF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {  
  13.     ERR_print_errors_fp(stderr);  
  14.     getchar();  
  15.     exit(3);  
  16. }  
  17.   
  18. if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, KEYF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {  
  19.     ERR_print_errors_fp(stdout);  
  20.     getchar();  
  21.     exit(4);  
  22. }  
  23.   
  24. if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {  
  25.     printf("Private key does not match the certificate public keyn");  
  26.     getchar();  
  27.     exit(5);  
  28. }  
  29.   
  30.   
  31. SSL_CTX_set_cipher_list(ctx,"RC4-MD5");   

 

 

          3.SSL连接通信

              建立TCP套接字，并且进入监听，当接收到客户端连接请求后，使用accept建立和客户端通信的套接字s，从初始化的SSL_CTX创建一个SSL，将该SSL和与客户端通信的套接字s绑定，然后使用SSL_accept建立和客户端的SSL连接，如果建立成功就可以检查客户端的证书并获取客户端的证书信息，实现相互认证。之后，可以使用异步通信机制处理该SSL连接的消息。原理图如下图所示：

           技术分享

控制台的非异步通信的SSL通信代码如下所示。(非异步通信的代码原理看起来原理更好理解)

服务器端代码
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 print?
  1. //创建监听套接字  
  2. sListen = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
  3. if(sListen == INVALID_SOCKET)  
  4. {  
  5.     cout << "监听套接字创建失败" << endl;  
  6.     exit(0);  
  7. }  
  8. //创建地址  
  9. sockaddr_in sin = {0};  
  10. sin.sin_family = AF_INET;  
  11. sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  
  12. sin.sin_port = htons (PORT);   
  13.   
  14. //套接字绑定  
  15. err = bind(sListen, (struct sockaddr*) &sin,sizeof(sin));   
  16. if(err == -1)  
  17. {  
  18.     cout << "监听套接字绑定失败" << endl;  
  19.     exit(0);  
  20. }  
  21.   
  22. /*接受TCP链接*/  
  23. err = listen (sListen, 5);   
  24. if(err == -1)  
  25. {  
  26.     cout << "监听套接字开启监听失败" << endl;  
  27.     exit(0);  
  28. }  
  29.   
  30. //接受客户端连接  
  31. SOCKET sd = accept(sListen, (struct sockaddr *)&sa_cli, (socklen_t*)&client_len);  
  32.   
  33. if(err == -1)  
  34. {  
  35.     cout << "监听套接字accept失败" << endl;  
  36.     exit(0);  
  37. }  
  38. closesocket (sListen);  
  39.   
  40.   
  41. /*TCP连接已建立,进行服务端的SSL过程. */  
  42. cout << "TCP连接建立，创建SSL连接中....\n" << endl;  
  43. //从初始化的ctx新建SSL  
  44. ssl = SSL_new (ctx);   
  45. if(ssl == NULL)  
  46. {  
  47.     cout << "SSL创建失败" << endl;  
  48.     exit(0);  
  49. }  
  50. //套接字和SSL绑定  
  51. SSL_set_fd (ssl, sd);  
  52. //SSL连接建立  
  53. err = SSL_accept (ssl);  
  54. if(err == -1)  
  55. {  
  56.     cout << "创建SSL连接失败" << endl;  
  57.     exit(0);  
  58. }  
  59. else  
  60. {  
  61.     cout << "创建SSL连接成功" << endl;  
  62.     exit(0);  
  63. }  
  64.   
  65. /*打印所有加密算法的信息(可选)*/  
  66. cout << "SSL连接算法信息:" << SL_get_cipher (ssl) << endl;  
  67.   
  68. /*得到服务端的证书并打印些信息(可选) */  
  69. client_cert = SSL_get_peer_certificate (ssl);  
  70. if (client_cert != NULL) {  
  71.     cout << "客户端证书:" << endl;  
  72.       
  73.     cout << "subject:" << X509_get_subject_name (client_cert), 0, 0) << endl;  
  74.       
  75.   
  76.     cout << "issuer:" << X509_NAME_oneline (X509_get_issuer_name (client_cert),0,0) << endl;  
  77.     CHK_NULL(str);  
  78.     X509_free (client_cert);/*如不再需要,需将证书释放 */  
  79. }  
  80. else cout << "客户端没有证书信息！" << endl; //客户端认证失败  
  81.   
  82. //SSL通信，用SSL_write,SSL_read代替send和recv  
  83. while(true)  
  84. {     
  85.     //接收消息  
  86.     err = SSL_read (ssl, buf, sizeof(buf) - 1);   
  87.     if(err == -1)  
  88.     {  
  89.         cout << "SSL_read接收消息失败" << endl;  
  90.         exit(0);  
  91.     }  
  92.     buf[err] = ‘\0‘;  
  93.     cout << "【客户端】:" << buf << endl;  
  94.   
  95.     cin >> buf;  
  96.     //发送消息  
  97.     err = SSL_write(ssl, buf, strlen(ssl));  
  98.     if(err == -1)  
  99.     {  
  100.         cout << "SSL_write发送消息失败" << endl;  
  101.         exit(0);  
  102.     }  
  103.     cout << "【服务器】:" << buf << endl;  
  104. }  
  105.   
  106. //关闭套接字和ssl  
  107. shutdown (sd,2);  
  108. SSL_free (ssl);  
  109. SSL_CTX_free (ctx);  

客户端代码

 

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 print?
  1. //  
  2. #include "openssl/rsa.h"   
  3. #include "openssl/crypto.h"  
  4. #include "openssl/x509.h"  
  5. #include "openssl/pem.h"  
  6. #include "openssl/ssl.h"  
  7. #include "openssl/err.h"  
  8. #include "openssl/rand.h"  
  9.   
  10. #pragma comment(lib, "libeay32.lib")  
  11. #pragma comment(lib, "ssleay32.lib")  
  12.   
  13. /*所有需要的参数信息都在此处以#define的形式提供*/  
  14.   
  15. #define CERTF "C:\\client.crt" /*服务端的证书(需经CA签名)*/  
  16. #define KEYF "C:\\client.key" /*服务端的私钥(建议加密存储)*/  
  17. #define CACERT "C:\\ca.crt" /*CA 的证书*/  
  18. #define PORT 7758 /*服务端的端口*/  
  19.   
  20. int main ()  
  21. {  
  22.     int err;  
  23.   
  24.     int sd;  
  25.     struct sockaddr_in sa;  
  26.     SSL_CTX* ctx;  
  27.     SSL* ssl;  
  28.     X509* server_cert;  
  29.     char* str;  
  30.     char buf [4096] = {0};  
  31.     char szMsg[4096] = {0};   
  32.     //SSL_METHOD *meth;  
  33.     int seed_int[100]; /*存放随机序列*/  
  34.   
  35.     WSADATA wsaData;  
  36.   
  37.     if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData) != 0){  
  38.         printf("WSAStartup()fail:%d\n",GetLastError());  
  39.         return -1;  
  40.     }   
  41.   
  42.     OpenSSL_add_ssl_algorithms(); /*初始化*/  
  43.     SSL_load_error_strings(); /*为打印调试信息作准备*/  
  44.   
  45.     //注意这里是client和和服务器不同  
  46.     ctx = SSL_CTX_new (TLSv1_client_method());   
  47.     CHK_NULL(ctx);  
  48.   
  49.     SSL_CTX_set_verify(ctx,SSL_VERIFY_PEER,NULL); /*验证与否*/  
  50.     SSL_CTX_load_verify_locations(ctx,CACERT,NULL); /*若验证,则放置CA证书*/  
  51.   
  52.   
  53.     if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, CERTF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)   
  54.     {  
  55.         cout << "客户端证书检查失败！" << endl;  
  56.         exit(0);  
  57.     }  
  58.   
  59.     if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, KEYF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)   
  60.     {  
  61.         cout << "客户端key检查失败！" << endl;  
  62.         exit(0);  
  63.     }  
  64.   
  65.     if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx))   
  66.     {  
  67.         cout << "客户端证书和key不匹配！" << endl;  
  68.         exit(0);  
  69.     }  
  70.   
  71.     /*构建随机数生成机制,WIN32平台必需*/  
  72.     srand( (unsigned)time( NULL ) );  
  73.     for( int i = 0; i < 100;i++ ) seed_int[i] = rand();  
  74.   
  75.     RAND_seed(seed_int, sizeof(seed_int));  
  76.       
  77.     //创建TCP连接请求  
  78.     sd = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
  79.     if(sd == INVALID_SOCKET)  
  80.     {  
  81.         cout << "套接字创建失败！" << endl;  
  82.         exit(0);  
  83.     }  
  84.     memset(&sa,‘\0‘, sizeof(sa));  
  85.     sa.sin_family = AF_INET;  
  86.     sa.sin_addr.s_addr = inet_addr ("127.0.0.1");   
  87.     sa.sin_port = htons (PORT); /* Server Port number */  
  88.   
  89.     //TCP连接  
  90.     err = connect(sd, (struct sockaddr*) &sa,  
  91.     if(err == -1)  
  92.     {  
  93.         cout << "TCP连接失败！" << endl;  
  94.         exit(0);  
  95.     }  
  96.     else  
  97.     {  
  98.         cout << "SSL连接成功！" << endl;  
  99.         exit(0);  
  100.     }  
  101.     //SSL连接  
  102.     //新建SSL  
  103.     ssl = SSL_new (ctx);   
  104.     if(ssl == NULL)  
  105.     {  
  106.         cout << "新建SSL失败!" << endl;  
  107.         exit(0);  
  108.     }  
  109.     //套接字和SSL绑定  
  110.     SSL_set_fd (ssl, sd);  
  111.     //SLL连接  
  112.     err = SSL_connect (ssl);  
  113.     if(err == -1)  
  114.     {  
  115.         cout << "SSL连接失败" << endl;  
  116.         exit(0);  
  117.     }  
  118.     else  
  119.     {  
  120.         cout << "SSL连接成功" << endl;  
  121.         exit(0);  
  122.     }  
  123.     //打印连接信息  
  124.     cout << "SSL连接算法信息：" << SSL_get_cipher (ssl) << endl;  
  125.   
  126.     /*得到服务端的证书并打印些信息(可选) */  
  127.     server_cert = SSL_get_peer_certificate (ssl);  
  128.     if (server_cert != NULL) {  
  129.         cout << "服务器证书:" << endl;  
  130.           
  131.         cout << "subject:" << X509_get_subject_name (server_cert), 0, 0) << endl;  
  132.           
  133.   
  134.         cout << "issuer:" << X509_NAME_oneline (X509_get_issuer_name (server_cert),0,0) << endl;  
  135.         CHK_NULL(str);  
  136.         X509_free (server_cert);/*如不再需要,需将证书释放 */  
  137.     }  
  138.     else cout << "服务器没有证书信息！" << endl; //服务器端认证失败  
  139.   
  140.     //SSL通信，用SSL_write,SSL_read代替send和recv  
  141.     while(true)  
  142.     {     
  143.         cout << "请输入要发送的消息:";  
  144.         cin >> buf;  
  145.         //发送消息  
  146.         err = SSL_write(ssl, buf, strlen(ssl));  
  147.         if(err == -1)  
  148.         {  
  149.             cout << "SSL_write发送消息失败" << endl;  
  150.             exit(0);  
  151.         }  
  152.         cout << "【客户端】:" << buf << endl;  
  153.         //接收消息  
  154.         err = SSL_read (ssl, buf, sizeof(buf) - 1);   
  155.         if(err == -1)  
  156.         {  
  157.             cout << "SSL_read接收消息失败" << endl;  
  158.             exit(0);  
  159.         }  
  160.         buf[err] = ‘\0‘;  
  161.         cout << "【服务器】:" << buf << endl;  
  162.     }  
  163.   
  164.     /* 收尾工作 */  
  165.     SSL_shutdown (ssl);  
  166.     shutdown (sd,2);  
  167.     SSL_free (ssl);  
  168.     SSL_CTX_free (ctx);  
  169.   
  170.     return 0;  
  171. }  
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