SSL

SSL 即 Secure Sockets Layer，是提高信道安全性的协议。不使用 SSL 的 HTTP 通信，是不安全的，所有信息明文传输。

注意：SSL 应用于 socket，因此理论上 UDP、UnixSocket 都可以使用 SSL 协议。是现实反正我知道 openssl 可以运用于 TCP 和 UDP。查了资料显示，DTLS 协议实现了在 UDP 协议之上的 TLS 安全层。

安全通信应该具有下列所需的特性：

机密性：对数据进行加密，仅仅只有接收方和发送方能够对数据解密，其他方就算能获取数据也看不懂。（使用对称加密算法）
报文完整性：防止他人篡改数据。（可以用 MAC 来判断）
端点鉴别：鉴别另一方确实是我想要进行通信的一方。（可以用数字签名）

几个基本概念：

不重数
对称加密
非对称加密
哈希算法
MAC 报文鉴别码

不重数解决的是，防止 SSL 握手阶段重放攻击，基本的思想来自 TCP 握手阶段的 随机序号（保证了上次建立连接发送的 SYN 包不会引起下次连接）。

对称加密，必须是双方都持有同一密钥，那么就能对数据加密与解密。

非对称加密，可以用私钥加密，公钥解密（数字签名）；也可以用公钥加密私钥解密（加密通信）。

哈希算法，把非定常数据 hash 成定长字符串，无法解密，不可逆向，运算比较耗时。

MAC，即 Message Authentication Code 报文鉴别码。发送方发送在报文末尾带 MAC 的 package。MAC = h(m, s) 其中 h 为 hash 函数，m 为报文数据，s 为鉴别密钥；接收方用鉴别密钥重新计算一遍 MAC，如果和报文末尾的一致，那么就可以保证报文的完整性。

常见加密算法以及 Hash 函数：

对称加密：AES、DES、Blowfish、CAST、IDEA、RC2、RC5

非对称加密：DH、RSA、DSA、EC

Hash 函数：MD5、SHA1、SHA2

SSL 握手、通信、挥手的整个流程

1. SSL 握手

(1) 客户端发送它支持的加密算法列表以及一个不重数。

(2) 服务器从列表中选出一个对称加密算法，一个非对称加密算法，一个 MAC 算法。它把三种算法连同自己的数字证书以及自己的不重数发给客户端。

(3) 根据 CA 给的公钥解密数字签名，得到 hash 值。验证该 hash 值是否和服务器发过来的元素经过 hash 后的值一致，来进行端点鉴别。

(4) 客户端生成一个 前主密钥 PMS（Pre-Master Secret），并用服务器给的公钥加密该 PMS，然后发给服务器。

注意：这里双方并不直接使用 PMS 对数据进行加密；而是，客户端和服务器分别通过 PMS 和自己收到的不重数，使用相同的密钥导出函数计算出自己的主密钥 MS（Master Secret），然后把 MS 切片成一个数据加密密钥 S 和一个 MAC。这样总共得到四个密钥，客户端和服务器共享这 4 个密钥。然后后面的机密性和数据完整性都由这 4 个密钥来实现。

(5) optional

(6) optional

(7) 客户端发送一个加密后 “finished” 报文表示握手阶段结束。

(8) 服务端发送一个加密后 “finished” 报文表示握手阶段结束。

注意：后续，客户端和服务器各需发送一个所有握手报文的一个 MAC 用于保证数据完整性，使握手免受篡改危害。见自顶向下p414.

(9) 用 S 进行加密通信。用 MAC 保证数据完整性。

2. SSL 挥手

不能简单的用 TCP FIN 来标识 SSL 挥手，因为这样会造成 截断攻击，即破坏者会直接发送一个 TCP FIN 过早的结束会话。具体见自顶向下p414.

使用 openssl 建立安全 TCP 信道

这是 TCP 的安全通信。

OpenSSL 的 API 很多，但并不是都会被使用到，如果需要查看某个 API 的详细使用方法可以阅读 API文档。

1.1 初始化 OpenSSL

OpenSSL 在使用之前，必须进行相应的初始化工作。在建立 SSL 连接之前，要为 Client 和 Server 分别指定本次连接采用的协议及其版本，目前能够使用的协议版本包括 SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3 和 TLSv1.0。SSL 连接若要正常建立，则要求 Client 和 Server 必须使用相互兼容的协议。

接下来是 openssl 库初始化的代码，根据 OpenSSL 的不同版本调用了不同的 API 进行初始化。

#if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x10100003L

    if (OPENSSL_init_ssl(OPENSSL_INIT_LOAD_CONFIG, NULL) == 0)
    {
        LOG_ERROR << "OPENSSL_init_ssl() failed!\n";
        return -1;
    }

    /*
     * OPENSSL_init_ssl() may leave errors in the error queue
     * while returning success
     */

    ERR_clear_error();

#else

    OPENSSL_config(NULL);

    SSL_library_init();         // 初始化SSL算法库函数( 加载要用到的算法 )，调用SSL函数之前必须调用此函数
    SSL_load_error_strings();   // 错误信息的初始化

    OpenSSL_add_all_algorithms();

#endif

1.2 创建 CTX

CTX 是 SSL 会话环境，建立连接时使用不同的协议，其 CTX 也不一样。创建 CTX 的相关 OpenSSL 函数：

//客户端、服务端都需要调用
SSL_CTX_new();                       //申请SSL会话环境

//若有验证对方证书的需求，则需调用
SSL_CTX_set_verify(SSL_CTX *ctx, int mode,
     int (*verify_callback)(int, X509_STORE_CTX *)); //指定证书验证方式
SSL_CTX_load_verify_location();      //为SSL会话环境加载本应用所信任的CA证书列表

//若有加载证书的需求，则需调用
int SSL_CTX_use_certificate_file();      //为SSL会话加载本应用的证书
int SSL_CTX_use_certificate_chain_file();//为SSL会话加载本应用的证书所属的证书链
int SSL_CTX_use_PrivateKey_file();       //为SSL会话加载本应用的私钥
int SSL_CTX_check_private_key();         //验证所加载的私钥和证书是否相匹配

1.3 创建 SSL 套接字

在创建 SSL 套接字之前要先创建 Socket 套接字，建立 TCP 连接。创建 SSL 套接字相关函数：

SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);          //创建一个SSL套接字
int SSL_set_fd(SSL *ssl, int fd);     //以读写模式绑定流套接字
int SSL_set_rfd(SSL *ssl, int fd);    //以只读模式绑定流套接字
int SSL_set_wfd(SSL *ssl, int fd);    //以只写模式绑定流套接字

1.4 完成 SSL 握手

在这一步，我们需要在普通 TCP 连接的基础上，建立 SSL 连接。与普通流套接字建立连接的过程类似：Client 使用函数SSL_connect()【类似于流套接字中用的connect()】发起握手，而 Server 使用函数 SSL_ accept()【类似于流套接字中用的accept()】对握手进行响应，从而完成握手过程。两函数原型如下：

1 2	int SSL_connect(SSL ssl); int SSL_accept(SSL ssl);

握手过程完成之后，Client 通常会要求 Server 发送证书信息，以便对 Server 进行鉴别。其实现会用到以下两个函数:

1 2	X509 SSL_get_peer_certificate(SSL ssl); //从SSL套接字中获取对方的证书信息 X509_NAME X509_get_subject_name(X509 a); //得到证书所用者的名字

1.5 数据传输

经过前面的一系列过程后，就可以进行安全的数据传输了。在数据传输阶段，需要使用 SSL_read( ) 和 SSL_write( ) 来代替普通流套接字所使用的 read( ) 和 write( ) 函数，以此完成对 SSL 套接字的读写操作,两个新函数的原型分别如下：

1 2	int SSL_read(SSL ssl,void buf,int num); //从SSL套接字读取数据 int SSL_write(SSL ssl,const void buf,int num); //向SSL套接字写入数据

1.6 会话结束

当 Client 和 Server 之间的通信过程完成后，就使用以下函数来释放前面过程中申请的 SSL 资源：

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int SSL_shutdown(SSL *ssl);       //关闭SSL套接字
void SSl_free(SSL *ssl);          //释放SSL套接字
void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx);  //释放SSL会话环境

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