OpenSSL-Async mode

OpenSSL的异步模式(Async mode)实现了硬件加速卡的异步I/O操作,通过asyyn job结构处理加密解密任务。在该模式下,CPU在job执行时可以切换上下文,用户需主动检查job状态。主要涉及的数据结构包括ASYNC_JOB和async_ctx,以及相关API如SSL_CTX_set_mode。在handshake过程中,通过ASYNC_pause_job和ASYNC_start_job管理job的运行状态,完成加密解密任务。在QAT engine中,该流程用于RSA加密解密等操作。

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一、Async mode的功能

Asyn mode是OpenSSL支持异步I/O(AIO)的模式,在这个模式下openssl把硬件加速卡等不占用cpu的操作剥离出来,单独交给一个叫asyn job的结构去做。在asyn job执行的过程中,cpu可以把当前任务暂停,切换上下文(保存/恢复栈,寄存器等,用__setjump, longjump实现)返回给user。User需要主动(或者等待硬件加速卡的事件通知)去poll这个async job的状态,是否是ASYNC_FINISHED状态。如果是,说明之前的任务已经完成,则可以继续后面的操作(取回加密/解密结果)。

二、Async相关数据结构

 

比较重要的数据结构:

ASYNC_JOB:  fibrectx用来保存和恢复栈、寄存器;waitctx指向SSL的waitctx。

async_ctx: 全局唯一,currjob指向一个ASYNC_JOB;dispatcher用来保存和恢复栈、寄存器,与ASYNC_JOB的fibrectx配合使用。

三、Async mode相关API

开启Async mode可以使用:SSL_CTX_set_mode(ctx, SSL_MODE_ASYNC)或SSL_set_mode(ssl, SSL_MODE_ASYNC)。在user调用SSL_do_handshake()(SSL_read()/SSL_write()类似)时,会调用到ssl_start_async_job():

3578 int SSL_do_handshake(SSL *s)
3579 {  
3580     int ret = 1;
3581    
3582     if (s->handshake_func == NULL) {
3583         SSLerr(SSL_F_SSL_DO_HANDSHAKE, SSL_R_CONNECTION_TYPE_NOT_SET);
3584         return -1;
3585     }
3586    
3587     ossl_statem_check_finish_init(s, -1);
3588 
3589     s->method->ssl_renegotiate_check(s, 0);
3590     
3591     if (SSL_in_init(s) || SSL_in_before(s)) {
3592         if ((s->mode & SSL_MODE_ASYNC) && ASYNC_get_current_job() == NULL) {
3593             struct ssl_async_args args;
3594    
3595             args.s = s;
3596    
3597             ret = ssl_start_async_job(s, &args, ssl_do_handshake_intern);
3598         } else {
3599             ret = s->handshake_func(s);
3600         }
3601     }  
3602     return ret;
3603 }

ASYNC_get_current_job()就是返回全局的async_ctx->currjob,如

<think>我们正在处理一个关于在C++中使用OpenSSL、ASIO和tinyxml2进行网络通信和XML解析的问题。用户希望结合这些库来实现功能。 首先,我们需要明确各个库的作用: - OpenSSL:用于安全通信,提供SSL/TLS协议支持。 - ASIO:一个跨平台的C++库,用于网络和底层I/O编程,提供异步模型。这里可能指的是Boost.Asio或独立版本的Asio。 - tinyxml2:一个轻量级的C++ XML解析库,用于解析和生成XML文档。 用户的需求是结合这三个库进行网络通信(使用OpenSSL和ASIO)和XML解析(使用tinyxml2)。 步骤: 1. 搭建网络通信层:使用ASIO建立TCP连接,并使用OpenSSL进行SSL加密。 2. 在安全通道上发送和接收数据。 3. 接收到的数据可能是XML格式,使用tinyxml2进行解析;同样,要发送的数据也可能需要构建XML,使用tinyxml2生成。 我们将按照以下结构回答: 一、环境准备 二、使用ASIO和OpenSSL建立安全连接 三、使用tinyxml2解析和生成XML 四、整合示例 注意:由于ASIO有Boost版本和独立版本,这里我们使用Boost.Asio,因为OpenSSL的支持在Boost.Asio中较为成熟。同时,tinyxml2是一个独立的头文件库。 一、环境准备 需要安装: - OpenSSL - Boost.Asio(或者独立Asio,但需要OpenSSL支持) - tinyxml2 在项目中链接这些库。例如,在CMake中: find_package(OpenSSL REQUIRED) find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system) include_directories(${OPENSSL_INCLUDE_DIR} ${Boost_INCLUDE_DIRS}) # tinyxml2 可以直接包含头文件,也可以使用find_package(如果安装的话) # 假设使用头文件方式,将tinyxml2.h和tinyxml2.cpp加入项目 二、使用ASIO和OpenSSL建立安全连接 1. 初始化OpenSSL 2. 创建SSL上下文 3. 创建ASIO的io_context 4. 创建SSL流(boost::asio::ssl::stream) 示例代码(客户端): #include <boost/asio.hpp> #include <boost/asio/ssl.hpp> using namespace boost::asio; using namespace boost::asio::ip; // 初始化 io_context io_context; ssl::context ctx(ssl::context::tlsv12_client); // 客户端使用TLSv1.2 // 设置证书(如果需要验证服务器证书) ctx.set_verify_mode(ssl::verify_peer); ctx.load_verify_file("ca.pem"); // CA证书 // 创建SSLssl::stream<tcp::socket> socket(io_context, ctx); // 连接 tcp::resolver resolver(io_context); auto endpoints = resolver.resolve("example.com", "443"); boost::asio::connect(socket.next_layer(), endpoints); socket.handshake(ssl::stream_base::client); 三、使用tinyxml2解析和生成XML 解析示例: #include "tinyxml2.h" using namespace tinyxml2; XMLDocument doc; doc.Parse(xml_string); // xml_string是接收到的XML字符串 XMLElement* root = doc.RootElement(); if (root) { const char* value = root->Attribute("attribute"); // ... 遍历子元素等 } 生成XML示例: XMLDocument doc; XMLElement* root = doc.NewElement("root"); doc.InsertFirstChild(root); root->SetAttribute("attribute", "value"); // 将文档转为字符串 XMLPrinter printer; doc.Print(&printer); std::string xml_str = printer.CStr(); 四、整合示例 我们假设一个场景:客户端通过SSL连接服务器,发送一个XML请求,并接收XML响应。 步骤: 1. 建立SSL连接(如上所示)。 2. 构建请求XML(使用tinyxml2)。 3. 将XML字符串通过SSL连接发送。 4. 读取服务器的响应(也是一个XML字符串)。 5. 解析响应XML。 发送和接收数据可以使用ASIO的读写函数。 注意:网络通信是异步的,这里为了简单使用同步方式。实际应用中可能需要异步处理。 发送数据示例: std::string request_str = ...; // 生成的XML字符串 boost::asio::write(socket, boost::asio::buffer(request_str)); 接收数据(假设我们知道响应长度,或者使用分隔符,或者先接收长度信息): // 简单起见,我们假设响应以'\0'结尾(实际中不推荐,因为XML可能包含'\0')或者读取直到连接关闭(不通用)。 // 更好的做法:在协议中定义长度前缀。 // 这里我们使用一个简单的循环读取直到遇到某个结束标志,但更可靠的方式是读取HTTP头(如果是HTTP)或者自定义协议。 // 例如,我们读取直到遇到</root>标签(不严谨,仅示例)或者使用长度前缀。 // 假设我们先接收4个字节的长度(网络字节序) char length_buf[4]; boost::asio::read(socket, boost::asio::buffer(length_buf, 4)); uint32_t length = ntohl(*reinterpret_cast<uint32_t*>(length_buf)); // 然后读取指定长度的数据 std::vector<char> data(length); boost::asio::read(socket, boost::asio::buffer(data)); std::string response_str(data.begin(), data.end()); // 然后解析response_str 注意:在实际应用中,需要处理错误和异常。 最后,我们给出一个简单的整合代码框架(同步客户端): #include <iostream> #include <boost/asio.hpp> #include <boost/asio/ssl.hpp> #include "tinyxml2.h" using namespace boost::asio; using namespace boost::asio::ip; using namespace tinyxml2; int main() { try { io_context io_context; ssl::context ctx(ssl::context::tlsv12_client); ctx.set_verify_mode(ssl::verify_peer); ctx.load_verify_file("ca.pem"); ssl::stream<tcp::socket> socket(io_context, ctx); tcp::resolver resolver(io_context); auto endpoints = resolver.resolve("example.com", "443"); connect(socket.next_layer(), endpoints); socket.handshake(ssl::stream_base::client); // 构建请求XML XMLDocument req_doc; XMLElement* root = req_doc.NewElement("Request"); req_doc.InsertFirstChild(root); XMLElement* data = req_doc.NewElement("Data"); data->SetText("Hello"); root->InsertEndChild(data); XMLPrinter printer; req_doc.Print(&printer); std::string request_str = printer.CStr(); // 发送请求(先发送长度,再发送数据) uint32_t length = htonl(request_str.size()); std::vector<boost::asio::const_buffer> buffers; buffers.push_back(boost::asio::buffer(&length, 4)); buffers.push_back(boost::asio::buffer(request_str)); boost::asio::write(socket, buffers); // 接收响应长度 char len_buf[4]; boost::asio::read(socket, boost::asio::buffer(len_buf, 4)); uint32_t resp_length = ntohl(*reinterpret_cast<uint32_t*>(len_buf)); // 接收响应数据 std::vector<char> resp_data(resp_length); boost::asio::read(socket, boost::asio::buffer(resp_data)); std::string response_str(resp_data.begin(), resp_data.end()); // 解析响应 XMLDocument resp_doc; resp_doc.Parse(response_str.c_str()); // ... 处理解析结果 } catch (std::exception& e) { std::cerr << e.what() << std::endl; } return 0; } 注意:以上代码仅作为示例,实际应用中需要更健壮的错误处理,以及考虑异步操作。 另外,如果使用HTTP协议,则不需要自己设计协议,可以直接使用HTTP的请求和响应格式,这样在发送和接收时按照HTTP格式来。但用户没有指定协议,所以我们自定义了一个简单的协议(长度前缀)。 最后,我们根据问题生成相关问题。 相关问题: 1. 如何在C++中处理SSL证书验证? 2. 如何用Boost.Asio实现异步SSL通信? 3. tinyxml2解析XML时如何处理错误? 4. 如何设计一个简单的应用层协议来传输XML数据? 5. 在C++中,除了tinyxml2,还有哪些XML解析库?它们有什么优缺点?</think>### C++ 中使用 OpenSSL、ASIO 和 tinyxml2 实现网络通信与 XML 解析 #### 一、环境准备 1. **库的安装与配置** - **OpenSSL**:提供 SSL/TLS 加密通信 ```bash sudo apt-get install libssl-dev # Debian/Ubuntu ``` - **Boost.Asio**:异步网络 I/O 框架(独立版或 Boost 集成版) ```bash sudo apt-get install libboost-system-dev libboost-asio-dev ``` - **tinyxml2**:轻量级 XML 解析库 ```cmake # CMakeLists.txt 配置 find_package(TinyXML2 REQUIRED) target_link_libraries(YourProject PRIVATE TinyXML2::TinyXML2) ``` 2. **CMake 配置示例** ```cmake cmake_minimum_required(VERSION 3.10) project(NetworkXMLDemo) find_package(OpenSSL REQUIRED) find_package(Boost REQUIRED COMPONENTS system) find_package(TinyXML2 REQUIRED) add_executable(main main.cpp) target_link_libraries(main PRIVATE OpenSSL::SSL Boost::system TinyXML2::TinyXML2 ) ``` --- #### 二、核心实现步骤 ##### 1. **SSL/TLS 通信层(ASIO + OpenSSL)** ```cpp #include <boost/asio.hpp> #include <boost/asio/ssl.hpp> namespace asio = boost::asio; using ssl_socket = asio::ssl::stream<asio::ip::tcp::socket>; // 初始化 SSL 上下文 asio::ssl::context create_ssl_context() { asio::ssl::context ctx(asio::ssl::context::tlsv13); ctx.set_default_verify_paths(); // 加载系统 CA 证书 ctx.set_verify_mode(asio::ssl::verify_peer); return ctx; } // 建立安全连接 ssl_socket connect_to_server(asio::io_context& io_ctx, asio::ssl::context& ctx, const std::string& host, int port) { ssl_socket socket(io_ctx, ctx); asio::ip::tcp::resolver resolver(io_ctx); auto endpoints = resolver.resolve(host, std::to_string(port)); asio::connect(socket.next_layer(), endpoints); socket.handshake(ssl_socket::client); // SSL 握手 return socket; } ``` ##### 2. **XML 数据解析(tinyxml2)** ```cpp #include "tinyxml2.h" // 解析接收到的 XML 数据 void parse_xml(const std::string& xml_data) { tinyxml2::XMLDocument doc; if (doc.Parse(xml_data.c_str()) != tinyxml2::XML_SUCCESS) { throw std::runtime_error("XML 解析失败"); } // 示例:读取 <response> 节点的内容 if (auto* root = doc.FirstChildElement("response")) { const char* status = root->Attribute("status"); const char* value = root->FirstChildElement("data")->GetText(); std::cout << "状态: " << status << "\n数据: " << value << std::endl; } } // 生成 XML 请求 std::string generate_xml_request() { tinyxml2::XMLDocument doc; auto* root = doc.NewElement("request"); doc.InsertFirstChild(root); auto* data = doc.NewElement("data"); data->SetText("Hello Server"); root->InsertEndChild(data); tinyxml2::XMLPrinter printer; doc.Print(&printer); return printer.CStr(); } ``` ##### 3. **整合通信与解析** ```cpp // 发送请求并接收响应 void communicate(ssl_socket& socket, const std::string& request) { // 发送 XML 请求 asio::write(socket, asio::buffer(request + "\n")); // 接收响应(带超时机制) asio::streambuf response; asio::read_until(socket, response, "\n"); std::istream is(&response); std::string xml_response(std::istreambuf_iterator<char>(is), {}); parse_xml(xml_response); // 解析 XML } // 主流程 int main() { asio::io_context io_ctx; auto ssl_ctx = create_ssl_context(); auto socket = connect_to_server(io_ctx, ssl_ctx, "example.com", 443); auto xml_request = generate_xml_request(); communicate(socket, xml_request); } ``` --- #### 三、关键注意事项 1. **SSL 证书验证** - 生产环境中需加载自定义 CA 证书: ```cpp ctx.load_verify_file("/path/to/ca_cert.pem"); ``` - 调试时可跳过验证(不推荐): ```cpp ctx.set_verify_mode(asio::ssl::verify_none); ``` 2. **异步通信优化** ```cpp // 异步读取示例 void async_read(ssl_socket& socket) { asio::streambuf buf; asio::async_read_until(socket, buf, '\n', [&](boost::system::error_code ec, size_t) { if (!ec) parse_xml(asio::buffer_cast<const char*>(buf.data())); } ); } ``` 3. **XML 安全处理** - 防御 XXE 攻击:禁用外部实体 ```cpp doc.Parse(xml_data.c_str(), tinyxml2::XML_PARSE_NOENT); ``` - 内存管理:使用 `XMLDocument` 自动释放资源。 --- #### 四、典型应用场景 1. **安全 API 交互** - 通过 HTTPS 发送 XML-RPC 或 SOAP 请求到服务器。 2. **物联网设备通信** - 设备用 SSL 加密传输传感器数据的 XML 报文。 3. **金融数据交换** - 符合 FIXML 标准的金融交易协议[^1]。 ---
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