用openssl编写ssl,tls程序实例

来源:互联网 发布:qq飞车杀人蜂数据 编辑:程序博客网 时间:2024/06/26 02:12
◆ 用openssl编写ssl,tls程序

作者:yawl(yawl@nsfocus.com)
日期:2000-8-15     
    


1.客户端程序的框架为:

/*生成一个ssl结构*/
meth = sslv23_client_method();
ctx = ssl_ctx_new (meth);
ssl = ssl_new(ctx);

/*下面是正常的socket过程*/
fd = socket();
connect();

/*把建立好的socket和ssl结构联系起来*/
ssl_set_fd(ssl,fd);

/*ssl的握手过程*/
ssl_connect(ssl);

/*接下来用ssl_write(), ssl_read()代替原有的write(),read()即可*/
ssl_write(ssl,"hello world",strlen("hello world!"));

2.服务端程序的框架为:

/*生成一个ssl结构*/
meth = sslv23_server_method();
ctx = ssl_ctx_new (meth);
ssl = ssl_new(ctx);

/*下面是正常的socket过程*/
fd = socket();
bind();
listen();
accept();

/*把建立好的socket和ssl结构联系起来*/
ssl_set_fd(ssl,fd);

/*ssl的握手过程*/
ssl_connect(ssl);

/*接下来用ssl_write(), ssl_read()代替原有的write(),read()即可*/
ssl_read (ssl, buf, sizeof(buf));

根据rfc2246(tls1.0)整个tls(ssl)的流程如下:

client server

clienthello -------->
serverhello
certificate*
serverkeyexchange*
certificaterequest*
<-------- serverhellodone
certificate*
clientkeyexchange
certificateverify*
[changecipherspec]
finished -------->
[changecipherspec]
<-------- finished
application data <-------> application data

对程序来说,openssl将整个握手过程用一对函数体现,即客户端的ssl_connect和服务端的ssl_accept.而后的应用层数据交换则用ssl_read和ssl_write来完成.



1.首先要生成服务器端的私钥(key文件):
openssl genrsa -des3 -out server.key 1024
运行时会提示输入密码,此密码用于加密key文件(参数des3便是指加密算法,当然也可以选用其他你认为安全的算法.),以后每当需读取此文件(通过openssl提供的命令或api)都需输入口令.如果觉得不方便,也可以去除这个口令,但一定要采取其他的保护措施!
去除key文件口令的命令:
openssl rsa -in server.key -out server.key

2.openssl req -new -key server.key -out server.csr
生成certificate signing request,生成的csr文件交给ca签名后形成服务端自己的证书.屏幕上将有提示,依照其指示一步一步输入要求的个人信息即可.

3.对客户端也作同样的命令生成key及csr文件:
openssl genrsa -des3 -out client.key 1024
openssl req -new -key client.key -out client.csr

4.csr文件必须有ca的签名才可形成证书.可将此文件发送到verisign等地方由它验证,要交一大笔钱,何不自己做ca呢.
首先生成ca的key文件:
openssl -des3 -out ca.key 1024
在生成ca自签名的证书:
openssl req -new -x509 -key ca.key -out ca.crt
如果想让此证书有个期限,如一年,则加上"-days 365".
("如果非要为这个证书加上一个期限,我情愿是..一万年")

5.用生成的ca的证书为刚才生成的server.csr,client.csr文件签名:
可以用openssl中ca系列命令,但不是很好用(也不是多难,唉,一言难尽),一篇文章中推荐用mod_ssl中的sign.sh脚本,试了一下,确实方便了不少,如果ca.csr存在的话,只需:
./sigh.sh server.csr
./sign.sh client.csr
相应的证书便生成了(后缀.crt).

现在我们所需的全部文件便生成了.

其实openssl中还附带了一个叫ca.pl的文件(在安装目录中的misc子目录下),可用其生成以上的文件,使用也比较方便,但此处就不作介绍了.



1.int ssl_ctx_set_cipher_list(ssl_ctx *,const char *str);
根据ssl/tls规范,在clienthello中,客户端会提交一份自己能够支持的加密方法的列表,由服务端选择一种方法后在serverhello中通知服务端,从而完成加密算法的协商.

可用的算法为:
edh-rsa-des-cbc3-sha
edh-dss-des-cbc3-sha
des-cbc3-sha
dhe-dss-rc4-sha
idea-cbc-sha
rc4-sha
rc4-md5
exp1024-dhe-dss-rc4-sha
exp1024-rc4-sha
exp1024-dhe-dss-des-cbc-sha
exp1024-des-cbc-sha
exp1024-rc2-cbc-md5
exp1024-rc4-md5
edh-rsa-des-cbc-sha
edh-dss-des-cbc-sha
des-cbc-sha
exp-edh-rsa-des-cbc-sha
exp-edh-dss-des-cbc-sha
exp-des-cbc-sha
exp-rc2-cbc-md5
exp-rc4-md5
这些算法按一定优先级排列,如果不作任何指定,将选用des-cbc3-sha.用ssl_ctx_set_cipher_list可以指定自己希望用的算法(实际上只是提高其优先级,是否能使用还要看对方是否支持).

我们在程序中选用了rc4做加密,md5做消息摘要(先进行md5运算,后进行rc4加密).即
ssl_ctx_set_cipher_list(ctx,"rc4-md5");

在消息传输过程中采用对称加密(比公钥加密在速度上有极大的提高),其所用秘钥(shared secret)在握手过程中中协商(每次对话过程均不同,在一次对话中都有可能有几次改变),并通过公钥加密的手段由客户端提交服务端.

2.void ssl_ctx_set_verify(ssl_ctx *ctx,int mode,int (*callback)(int, x509_store_ctx *));
缺省mode是ssl_verify_none,如果想要验证对方的话,便要将此项变成ssl_verify_peer.ssl/tls中缺省只验证server,如果没有设置ssl_verify_peer的话,客户端连证书都不会发过来.

3.int ssl_ctx_load_verify_locations(ssl_ctx *ctx, const char *cafile,const char *capath);
要验证对方的话,当然装要有ca的证书了,此函数用来便是加载ca的证书文件的.

4.int ssl_ctx_use_certificate_file(ssl_ctx *ctx, const char *file, int type);
加载自己的证书文件.

5.int ssl_ctx_use_privatekey_file(ssl_ctx *ctx, const char *file, int type);
加载自己的私钥,以用于签名.

6.int ssl_ctx_check_private_key(ssl_ctx *ctx);
调用了以上两个函数后,自己检验一下证书与私钥是否配对.

7.void rand_seed(const void *buf,int num);
在win32的环境中client程序运行时出错(ssl_connect返回-1)的一个主要机制便是与unix平台下的随机数生成机制不同(握手的时候用的到).具体描述可见mod_ssl的faq.解决办法就是调用此函数,其中buf应该为一随机的字符串,作为"seed".
还可以采用一下两个函数:
void rand_screen(void);
int rand_event(uint, wparam, lparam);
其中rand_screen()以屏幕内容作为"seed"产生随机数,rand_event可以捕获windows中的事件(event),以此为基础产生随机数.如果一直有用户干预的话,用这种办法产生的随机数能够"更加随机",但如果机器一直没人理(如总停在登录画面),则每次都将产生同样的数字.

这几个函数都只在win32环境下编译时有用,各种unix下就不必调了.
大量其他的相关函数原型,见crypto\rand\rand.h.

8.openssl_add_ssl_algorithms()或ssleay_add_ssl_algorithms()
其实都是调用int ssl_library_init(void)
进行一些必要的初始化工作,用openssl编写ssl/tls程序的话第一句便应是它.

9.void ssl_load_error_strings(void );
如果想打印出一些方便阅读的调试信息的话,便要在一开始调用此函数.

10.void err_print_errors_fp(file *fp);
如果调用了ssl_load_error_strings()后,便可以随时用err_print_errors_fp()来打印错误信息了.

11.x509 *ssl_get_peer_certificate(ssl *s);
握手完成后,便可以用此函数从ssl结构中提取出对方的证书(此时证书得到且已经验证过了)整理成x509结构.

12.x509_name *x509_get_subject_name(x509 *a);
得到证书所有者的名字,参数可用通过ssl_get_peer_certificate()得到的x509对象.

13.x509_name *x509_get_issuer_name(x509 *a)
得到证书签署者(往往是ca)的名字,参数可用通过ssl_get_peer_certificate()得到的x509对象.

14.char *x509_name_oneline(x509_name *a,char *buf,int size);
将以上两个函数得到的对象变成字符型,以便打印出来.

15.ssl_method的构造函数,包括
ssl_method *tls发表者:colorrain/***************************************************************************************
* eof - cli.cpp
***************************************************************************************/


/***************************************************************************************
*ssl/tls服务端程序win32版(以demos/server.cpp为基础)
*需要用到动态连接库libeay32.dll,ssleay.dll,
*同时在setting中加入ws2_32.lib libeay32.lib ssleay32.lib,
*以上库文件在编译openssl后可在out32dll目录下找到,
*所需证书文件请参照文章自行生成.
***************************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>

#include <winsock2.h>

#include "openssl/rsa.h"
#include "openssl/crypto.h"
#include "openssl/x509.h"
#include "openssl/pem.h"
#include "openssl/ssl.h"
#include "openssl/err.h"

/*所有需要的参数信息都在此处以#define的形式提供*/
#define certf "server.crt" /*服务端的证书(需经ca签名)*/
#define keyf "server.key" /*服务端的私钥(建议加密存储)*/
#define cacert "ca.crt" /*ca 的证书*/
#define port 1111 /*准备绑定的端口*/

#define chk_null(x) if ((x)==null) exit (1)
#define chk_err(err,s) if ((err)==-1) { perror(s); exit(1); }
#define chk_ssl(err) if ((err)==-1) { err_print_errors_fp(stderr); exit(2); }

int main ()
{
int err;
int listen_sd;
int sd;
struct sockaddr_in sa_serv;
struct sockaddr_in sa_cli;
int client_len;
ssl_ctx* ctx;
ssl* ssl;
x509* client_cert;
char* str;
char buf [4096];
ssl_method *meth;
wsadata wsadata;

if(wsastartup(makeword(2,2),&wsadata) != 0){
printf("wsastartup()fail:%d\n",getlasterror());
return -1;
}

ssl_load_error_strings(); /*为打印调试信息作准备*/
openssl_add_ssl_algorithms(); /*初始化*/
meth = tlsv1_server_method(); /*采用什么协议(sslv2/sslv3/tlsv1)在此指定*/

ctx = ssl_ctx_new (meth);
chk_null(ctx);

ssl_ctx_set_verify(ctx,ssl_verify_peer,null); /*验证与否*/
ssl_ctx_load_verify_locations(ctx,cacert,null); /*若验证,则放置ca证书*/

if (ssl_ctx_use_certificate_file(ctx, certf, ssl_filetype_pem) <= 0) {
err_print_errors_fp(stderr);
exit(3);
}
if (ssl_ctx_use_privatekey_file(ctx, keyf, ssl_filetype_pem) <= 0) {
err_print_errors_fp(stderr);
exit(4);
}

if (!ssl_ctx_check_private_key(ctx)) {
printf("private key does not match the certificate public key\n");
exit(5);
}

ssl_ctx_set_cipher_list(ctx,"rc4-md5");

/*开始正常的tcp socket过程.................................*/
printf("begin tcp socket...\n");

listen_sd = socket (af_inet, sock_stream, 0);
chk_err(listen_sd, "socket");

memset (&sa_serv, \0, sizeof(sa_serv));
sa_serv.sin_family = af_inet;
sa_serv.sin_addr.s_addr = inaddr_any;
sa_serv.sin_port = htons (port);

err = bind(listen_sd, (struct sockaddr*) &sa_serv,
sizeof (sa_serv));
chk_err(err, "bind");

/*接受tcp链接*/
err = listen (listen_sd, 5);
chk_err(err, "listen");

client_len = sizeof(sa_cli);
sd = accept (listen_sd, (struct sockaddr*) &sa_cli, &client_len);
chk_err(sd, "accept");
closesocket (listen_sd);

printf ("connection from %lx, port %x\n",
sa_cli.sin_addr.s_addr, sa_cli.sin_port);


/*tcp连接已建立,进行服务端的ssl过程. */
printf("begin server side ssl\n");

ssl = ssl_new (ctx);
chk_null(ssl);
ssl_set_fd (ssl, sd);
err = ssl_accept (ssl);
printf("ssl_accept finished\n");
chk_ssl(err);


/*打印所有加密算法的信息(可选)*/
printf ("ssl connection using %s\n", ssl_get_cipher (ssl));

/*得到服务端的证书并打印些信息(可选) */
client_cert = ssl_get_peer_certificate (ssl);
if (client_cert != null) {
printf ("client certificate:\n");

str = x509_name_oneline (x509_get_subject_name (client_cert), 0, 0);
chk_null(str);
printf ("\t subject: %s\n", str);
free (str);

str = x509_name_oneline (x509_get_issuer_name (client_cert), 0, 0);
chk_null(str);
printf ("\t issuer: %s\n", str);
free (str);


x509_free (client_cert);/*如不再需要,需将证书释放 */
}
else
printf ("client does not have certificate.\n");

/* 数据交换开始,用ssl_write,ssl_read代替write,read */
err = ssl_read (ssl, buf, sizeof(buf) - 1);
chk_ssl(err);
buf[err] = \0;
printf ("got %d chars:%s\n", err, buf);

err = ssl_write (ssl, "i hear you.", strlen("i hear you."));
chk_ssl(err);

/* 收尾工作*/
shutdown (sd,2);
ssl_free (ssl);
ssl_ctx_free (ctx);

return 0;
}
/*****************************************************************
* eof - serv.cpp
*****************************************************************/



1.ssl规范(draft302)
2.tls标准(rfc2246)
3.openssl源程序及文档
4.ssleay programmer reference
5.introducing ssl and certificates using ssleay
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