VC++网络安全编程范例（10）-SSL网络通信

SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层),及其继任者传输层安全（Transport Layer Security，TLS）是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。TLS与SSL在传输层对网络连接进行加密。

　　SSL (Secure Socket Layer) 　　为Netscape所研发，用以保障在Internet上数据传输之安全，利用数据加密(Encryption)技术，可确保数据在网络上之传输过程中不会被截取及窃听。目前一般通用之规格为40 bit之安全标准，美国则已推出128 bit之更高安全标准，但限制出境。只要3.0版本以上之I.E.或Netscape浏览器即可支持SSL。 　　当前版本为3.0。它已被广泛地用于Web浏览器与服务器之间的身份认证和加密数据传输。 　

　SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。SSL协议可分为两层： SSL记录协议（SSL Record Protocol）：它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持。 SSL握手协议（SSL Handshake Protocol）：它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。 　　

SSL协议提供的服务主要有：

 　　1）认证用户和服务器，确保数据发送到正确的客户机和服务器； 　

　2）加密数据以防止数据中途被窃取； 　

　3）维护数据的完整性，确保数据在传输过程中不被改变。 　　

SSL协议的工作流程： 　

　服务器认证阶段：

1）客户端向服务器发送一个开始信息“Hello”以便开始一个新的会话连接；

2）服务器根据客户的信息确定是否需要生成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含生成主密钥所需的信息；

3）客户根据收到的服务器响应信息，产生一个主密钥，并用服务器的公开密钥加密后传给服务器；

4）服务器恢复该主密钥，并返回给客户一个用主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器。 　　

用户认证阶段：在此之前，服务器已经通过了客户认证，这一阶段主要完成对客户的认证。经认证的服务器发送一个提问给客户，客户则返回（数字）签名后的提问和其公开密钥，从而向服务器提供认证。 　

　从SSL 协议所提供的服务及其工作流程可以看出，SSL协议运行的基础是商家对消费者信息保密的承诺，这就有利于商家而不利于消费者。在电子商务初级阶段，由于运作电子商务的企业大多是信誉较高的大公司，因此这问题还没有充分暴露出来。但随着电子商务的发展，各中小型公司也参与进来，这样在电子支付过程中的单一认证问题就越来越突出。虽然在SSL3.0中通过数字签名和数字证书可实现浏览器和Web服务器双方的身份验证，但是SSL协议仍存在一些问题，比如，只能提供交易中客户与服务器间的双方认证，在涉及多方的电子交易中，SSL协议并不能协调各方间的安全传输和信任关系。在这种情况下，Visa和 MasterCard两大信用卡公组织制定了SET协议，为网上信用卡支付提供了全球性的标准。

 

我们来亲自实现SSL网络通信

客户端代码实现如下，请见注释分析

[cpp]  view plain  copy

1. #include "commonlib.h"  
2.   
3. #define CLNTCERT DATA_DIR"\\client.pem"  
4.   
5. SSL_CTX *setup_client_ctx(void)  
6. {  
7.     //生成支持SSL2.0或SSL3.0的上下文对象  
8.     SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_method());  
9.     //载入证书链  
10.     if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx, CLNTCERT) != 1)  
11.         int_error("从文件中载入证书时发生错误");  
12.     return ctx;  
13. }  
14.   
15. int do_client_task(SSL *ssl)  
16. {  
17.     int outlen;  
18.     int leftlen;  
19.     char buf[80];  
20.     printf("请输入字符串发送给服务器:\n");  
21.     if ( !fgets(buf, sizeof(buf), stdin) ) return 0;  
22.     printf("\n");  
23.     leftlen=(int)strlen(buf);  
24.     while(leftlen>0)  
25.     {  
26.         //通过ssl通道发送数据到服务器  
27.         outlen = SSL_write(ssl, buf + strlen(buf)-leftlen, leftlen);  
28.         if (outlen < 0) return 0;//出错  
29.         if (outlen == 0) break;//发送完毕  
30.         leftlen -=outlen;  
31.     }  
32.     return 1;  
33. }  
34.   
35. int main(int argc, char *argv[])  
36. {  
37.     BIO *bio_con;  
38.     SSL_CTX *ctx;  
39.     SSL *ssl;  
40.   
41.     init_OpenSSL();//初始化OPENSSL库  
42.     seed_prng();//初始化随机数源  
43.   
44.     ctx = setup_client_ctx();  
45.     //建立到服务器指定端口的连接BIO  
46.     bio_con = BIO_new_connect(SERVER ":" PORT);  
47.     if (!bio_con)  
48.     {  
49.         int_error("创建BIO时出错");  
50.     }  
51.   
52.     if (BIO_do_connect(bio_con) <= 0)  
53.     {  
54.         int_error("连接服务器时出错");  
55.     }  
56.   
57.     if (!(ssl = SSL_new(ctx)))  
58.     {  
59.         int_error("创建SSL对象时出错");  
60.     }  
61.     //将ssl对象关联到连接BIO中  
62.     SSL_set_bio(ssl, bio_con, bio_con);  
63.   
64.     if (SSL_connect(ssl) <= 0) // ssl握手  
65.     {  
66.         int_error("SSL握手时出错");  
67.     }  
68.   
69.     fprintf(stderr, "SSL连接已经打开\n");  
70.     if (do_client_task(ssl))  
71.     {  
72.         SSL_shutdown(ssl);//  
73.     }  
74.     else  
75.     {  
76.         SSL_clear(ssl);  
77.     }  
78.     fprintf(stderr, "SSL连接已经关闭\n");  
79.   
80.     SSL_free(ssl);//释放ssl对象  
81.     SSL_CTX_free(ctx);//释放ssl上下文对象  
82.     return 0;  
83. }  

服务端代码实现如下，请见注释分析

 

[cpp]  view plain  copy

1. #include "commonlib.h"  
2.   
3. #define SRVCERT DATA_DIR"\\server.pem"  
4.   
5. SSL_CTX *setup_server_ctx(void)  
6. {  
7.     //生成支持SSL2.0或SSL3.0的上下文对象  
8.     SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_method());  
9.     if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx,SRVCERT) != 1)  
10.         int_error("从文件中载入证书时出错");  
11.     //从证书载入私钥  
12.     if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx,SRVCERT,SSL_FILETYPE_PEM) != 1)  
13.         int_error("从文件中载入私钥时出错");  
14.     return ctx;  
15. }  
16.   
17. int do_server_task(SSL* ssl)  
18. {  
19.     int inlen, nread;  
20.     char buf[80];  
21.     printf("从客户端接收到:\n");  
22.     for ( nread = 0; nread < sizeof(buf); nread += inlen )  
23.     {  
24.         //通过BIO连接读入数据，读满缓冲区或者对方关闭返回  
25.         inlen = SSL_read(ssl, buf+nread,sizeof(buf)-nread);  
26.         if ( inlen <=0 ) break;//出错或客户端无数据  
27.         fwrite(buf+nread, 1,inlen, stdout);//将接收到的信息打印到标准输出  
28.     }  
29.     return (SSL_get_shutdown(ssl) & SSL_RECEIVED_SHUTDOWN) ? 1:0;  
30. }  
31.   
32. void _cdecl server_thread(void *arg)  
33. {  
34.     SSL *ssl = (SSL *)arg;  
35.     if (SSL_accept(ssl) <= 0)  
36.     {  
37.         int_error("接受SSL连接时出错");  
38.     }  
39.     printf("SSL连接已经打开\n");  
40.   
41.     if (do_server_task(ssl))  
42.     {  
43.         SSL_shutdown(ssl);  
44.     }  
45.     else  
46.     {  
47.         SSL_clear(ssl);  
48.     }  
49.     printf("SSL连接已经关闭\n");  
50.     SSL_free(ssl);  
51.     ERR_remove_state(0);  
52.     _endthread();  
53. }  
54.   
55.  int main(int argc, char *argv[])  
56.  {  
57.      BIO *bio_acc, *bio_clnt;  
58.      DWORD tid;//线程id  
59.      SSL *ssl;  
60.      SSL_CTX *ctx;  
61.   
62.      init_OpenSSL();//初始化OPENSSL库  
63.   
64.      seed_prng();//初始化随机数源  
65.   
66.      ctx = setup_server_ctx();  
67.   
68.      bio_acc = BIO_new_accept(PORT);  
69.      if (NULL==bio_acc)  
70.      {  
71.          int_error("创建服务器端套接字时出错");  
72.      }  
73.   
74.      if (BIO_do_accept(bio_acc) <= 0)  
75.      {  
76.          int_error("绑定到服务器端套接字时出错");  
77.      }  
78.      for (;;)  
79.      {  
80.          if (BIO_do_accept(bio_acc) <= 0)  
81.          {  
82.              int_error("接受连接时出错");  
83.          }  
84.          //取出当前连接  
85.          bio_clnt = BIO_pop(bio_acc);  
86.          if (!(ssl = SSL_new(ctx)))  
87.          {  
88.              int_error("创建SSL对象时出错");  
89.          }  
90.          //建立子线程处理该连接，并将ssl连接作为参数传入该子线程  
91.          SSL_set_bio(ssl, bio_clnt, bio_clnt);  
92.          THREAD_CREATE(tid, server_thread, ssl);  
93.      }  
94.   
95.      SSL_CTX_free(ctx);//释放ssl上下文对象  
96.      BIO_free(bio_acc);//释放服务器套节字  
97.      return 0;  
98.  }