mbedtls入門和使用

1.mbedtls簡介

        ARM mbedtls使開發人員可以非常輕鬆地在（嵌入式產品中加入加密和 SSL/TLS 功能。它提供了具有直觀的 API 和可讀源代碼的 SSL 庫。該工具即開即用，可以在大部分系統上直接構建它，也可以手動選擇和配置各項功能。

       mbedtls 庫提供了一組可單獨使用和編譯的加密組件，還可以使用單個配置頭文件加入或排除這些組件。 
從功能角度來看，該mbedtls分爲三個主要部分： 

• - SSL/TLS 協議實施。 
• - 一個加密庫。 
• - 一個 X.509 證書處理庫。

2.mbedtls安裝

下面介紹如何在 Ubuntu/Debian/raspbian環境下正確安裝mbedtls。

2.1克隆源代碼

前往github克隆最新版的mbedtls源代碼。獲取最新版源代碼之前需要在Ubuntu/Debian中正確安裝git工具

 git clone https://github.com/ARMmbed/mbedtls.git

2.2切換分支（可選）

切換到某個release分支，此處選擇mbedtls-2.4。

git checkout -b mbedtls-2.4 origin/mbedtls-2.4

通過git checkout可檢出具體分支 

• - checkout 切換分支 
• - -b mbedtls-2.4 創建本地分支 
• - origin/mbedtls-2.4 切換到遠程分支mbedtls-2.4

2.3查看分支

 通過git branch查看分支，確認已經切換到mbedtls-2.4分支

git branch 
  development
* mbedtls-2.4

2.4安裝

        mbedtls支持make、cmake等多種安裝方式。下面介紹make方式和cmake方式編譯源代碼，並在目標主機中安裝mbedtls動態鏈接庫和頭文件。本文推薦使用cmake工具安裝mbedtls。

make方式

make SHARED=1
sudo make install

 

• 使用make時默認情況下並不會生成動態鏈接庫
• SHARED=1 生成動態鏈接庫

cmake方式（推薦）
cmake方式比make方式的步驟要多一些，如果目標主機並沒有安裝cmake工具，可通過apt-get工具安裝cmake

1.# 更新軟件源
2.sudo apt-get update
3.# 通過軟件源安裝cmake
4.sudo apt-get install cmake
5.# 生成makefile文件，啓用生成動態鏈接庫選項
6.cmake -DUSE_SHARED_MBEDTLS_LIBRARY=On .
7.# 以下步驟和make方式相同
8.make
9.sudo make install

• -DUSE_SHARED_MBEDTLS_LIBRARY=On 生成動態鏈接庫
• 使用cmake時，不要忘記之後cmake指令之後的 . ，該點表示當前目錄

2.5修改mbedtls配置

        mbedtls也可以通過修改配置文件的方式進行裁剪，mbedtls提供了幾個參考模板，具體的config.h文件可參考mbedtls/configs目錄，該目錄中包括config-ccm-psk-tls1_2.h, config-mini-tls1_1.h等文件。和mbedtls安裝方法相似，可通過make方法和cmake方法修改具體配置。

make方法

1.# 設置MBEDTLS_CONFIG_FILE宏，指向config-ccm-psk-tls1_2.h
2.CFLAGS="-I$PWD/configs -DMBEDTLS_CONFIG_FILE='<config-ccm-psk-tls1_2.h>'" 
3.# 重新編譯
4.make

cmake方法

1.# 刪除之前cmake相關中間文件，但是不包括CMakeLists.txt文件
2.find . -iname '*cmake*' -not -name CMakeLists.txt -exec rm -rf {} +
3.# 指定配置文件爲 config-ccm-psk-tls1_2.h，重新編譯
4.CFLAGS="-I$PWD/configs -DMBEDTLS_CONFIG_FILE='<config-ccm-psk-tls1_2.h>'" cmake .

2.6安裝總結

• 默認情況下 動態鏈接庫安裝至 /usr/local/lib 包括libmbedtls.so libmbedcrypto.so libmbedx509.so
• 默認情況下 頭文件安裝至 /usr/local/include/mbedtls
• 默認情況下 mbedtls的相關工具將安裝只 /usr/local/bin目錄下，例如gen_key等

3.基礎示例

示例代碼
下面我們通過一個示例來說明如何使用mbedtls。這個示例通過介紹如何使用HMAC算法生成一個消息認證碼。hmac-test.c代碼如下：

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include "mbedtls/md.h"

#define mbedtls_printf     printf

int main(void)
{
    int ret;
    unsigned char secret[] = "a secret";
    unsigned char buffer[] = "some data to hash";
    unsigned char digest[32];
    mbedtls_md_context_t sha_ctx;

    mbedtls_md_init(&sha_ctx);
    memset(digest, 0x00, sizeof(digest));

    ret = mbedtls_md_setup(&sha_ctx, mbedtls_md_info_from_type(MBEDTLS_MD_SHA256), 1);
    if (ret != 0)
    {
        mbedtls_printf("  ! mbedtls_md_setup() returned -0x%04x\n", -ret);
        goto exit;
    }

    mbedtls_md_hmac_starts(&sha_ctx, secret, sizeof(secret) - 1);
    mbedtls_md_hmac_update(&sha_ctx, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    mbedtls_md_hmac_finish(&sha_ctx, digest );

    mbedtls_printf("HMAC: ");
    for (int i = 0; i < sizeof(digest); i++)
        mbedtls_printf("%02X", digest[i]);
    mbedtls_printf("\n");

exit:
    mbedtls_md_free( &sha_ctx );

    return ret;
}

 

• hmac算法需要兩個參數，一個稱爲祕鑰，此處爲secret，另一個稱爲消息，此處爲buffer
• 消息認證碼保留在 digest 數組中
• 此處hmac算法選擇sha256算法作爲單向散列函數，所以hmac的計算結果一定爲32字節。
• 在mbedtls中，消息認證碼的生成分爲三個步驟 

1. mbedtls_md_hmac_starts 設置密鑰
2. mbedtls_md_hmac_update 填充消息，本示例僅填充了一次
3. mbedtls_md_hmac_finish 生成消息認證碼，結果保存至digest中

• 最後把digest使用HEX格式打印至控制檯

cmake
在hmac-test.c同目錄中新建一個名爲Cmakelists.txt的文件，文件內容如下

cmake_minimum_required(VERSION 2.6)
# 定義工程名稱
project("hmac-test")

# 定義依賴動態鏈接庫
set(libs
    mbedtls
    mbedcrypto 
    mbedx509
)

set(targets
    hmac-test
)

add_executable(hmac-test hmac-test.c)
target_link_libraries(hmac-test ${libs})

驗證測試
 

# 生成makefile文件
cmake .
# 執行makefile，生成可執行文件hmac-test
make
# 運行可執行文件hmac-test
./hmac-test
# 控制檯輸出運行結果
HMAC: 7FD04DF92F636FD450BC841C9418E5825C17F33AD9C87C518115A45971F7F77E

更多角度驗證

如果不確定mbedtls的運算結果，也可以編寫一個node.js腳本，使用相同參數的情況下兩者的計算結果應該完全相同。

const crypto = require('crypto');
const hmac = crypto.createHmac('sha256', 'a secret');

hmac.update('some data to hash');
console.log(hmac.digest('hex'));
// Prints:
// 7fd04df92f636fd450bc841c9418e5825c17f33ad9c87c518115a45971f7f77e

總結

1. 安裝mbedtls可使用make方法和cmake方法，兩種方式均可正確安裝mbedtls
2. mbedtls提供三個重要動態鏈接庫——libmbedtls.so libmbedcrypto.so libmbedx509.so
3. 通過cmake方式可更方便的編寫mbedtls應用

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作者：xukai871105 
來源：CSDN 
原文：https://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/72795126 
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