Linux 實現OpenSSL 服務器端客戶端通信

本博文是博主學習多位大佬的經驗後記錄的。

1.OpenSSL安裝

詳情參考博文：https://blog.csdn.net/qq_39521181/article/details/96457673

2.SSL

在學習openssl編程之前，先了解一下什麼是SSL，有助於後續的學習。SSL 是一個縮寫，代表的是 Secure Sockets Layer。它是支持在 Internet 上進行安全通信的標準，並且將數據密碼術集成到了協議之中。數據在離開您的計算機之前就已經被加密，然後只有到達它預定的目標後才被解密。證書和密碼學算法支持了這一切的運轉，使用 OpenSSL，您將有機會切身體會它們。

理論上，如果加密的數據在到達目標之前被截取或竊聽，那些數據是不可能被破解的。不過，由於計算機的變化一年比一年快，而且密碼翻譯方法有了新的發展，因此，SSL 中使用的加密協議被破解的可能性也在增大。可以將 SSL 和安全連接用於 Internet 上任何類型的協議，不管是 HTTP、POP3，還是 FTP。還可以用 SSL 來保護 Telnet 會話。雖然可以用 SSL 保護任何連接，但是不必對每一類連接都使用 SSL。如果連接傳輸敏感信息，則應使用 SSL。

3.openssl
OpenSSL 不僅僅是 SSL。它可以實現消息摘要、文件的加密和解密、數字證書、數字簽名和隨機數字。關於 OpenSSL 庫的內容非常多，遠不是一篇文章可以容納的。OpenSSL 不只是 API，它還是一個命令行工具。命令行工具可以完成與 API 同樣的工作，而且更進一步，可以測試 SSL 服務器和客戶機。

4.基本功能
OpenSSL整個軟件包大概可以分成三個主要的功能部分：SSL協議庫、應用程序以及密碼算法庫。OpenSSL的目錄結構自然也是圍繞這三個功能部分進行規劃的。
作爲一個基於密碼學的安全開發包，OpenSSL提供的功能相當強大和全面，囊括了主要的密碼算法、常用的密鑰和證書封裝管理功能以及SSL協議，並提供了豐富的應用程序供測試或其它目的使用。
輔助功能
BIO機制是OpenSSL提供的一種高層IO接口，該接口封裝了幾乎所有類型的IO接口，如內存訪問、文件訪問以及Socket等。這使得代碼的重用性大幅度提高，OpenSSL提供API的複雜性也降低了很多。
OpenSSL對於隨機數的生成和管理也提供了一整套的解決方法和支持API函數。隨機數的好壞是決定一個密鑰是否安全的重要前提。
OpenSSL還提供了其它的一些輔助功能，如從口令生成密鑰的API，證書籤發和管理中的配置文件機制等等。如果你有足夠的耐心，將會在深入使用OpenSSL的過程慢慢發現很多這樣的小功能，讓你不斷有新的驚喜。

5.實現通信實例

 

服務器端：

//server.c 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
 
#define MAXBUF 1024
 
int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, new_fd;
    socklen_t len;
    struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
    unsigned int myport, lisnum;
    char buf[MAXBUF + 1];
    SSL_CTX *ctx;
 
    if (argv[1])
        myport = atoi(argv[1]);
    else
        myport = 7788;
 
    if (argv[2])
        lisnum = atoi(argv[2]);
    else
        lisnum = 2;
 
    /* SSL 庫初始化 */
    SSL_library_init();
    /* 載入所有 SSL 算法 */
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    /* 載入所有 SSL 錯誤消息 */
    SSL_load_error_strings();
    /* 以 SSL V2 和 V3 標準兼容方式產生一個 SSL_CTX ，即 SSL Content Text */
    ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
    /* 也可以用 SSLv2_server_method() 或 SSLv3_server_method() 單獨表示 V2 或 V3標準 */
    if (ctx == NULL) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    /* 載入用戶的數字證書， 此證書用來發送給客戶端。 證書裏包含有公鑰 */
    if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    /* 載入用戶私鑰 */
    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    /* 檢查用戶私鑰是否正確 */
    if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
 
    /* 開啓一個 socket 監聽 */
    if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket");
        exit(1);
    } else
        printf("socket created\n");
 
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
    my_addr.sin_family = PF_INET;
    my_addr.sin_port = htons(myport);
    my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
 
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr))
        == -1) {
        perror("bind");
        exit(1);
    } else
        printf("binded\n");
 
    if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
        perror("listen");
        exit(1);
    } else
        printf("begin listen\n");
 
    while (1) {
        SSL *ssl;
        len = sizeof(struct sockaddr);
        /* 等待客戶端連上來 */
        if ((new_fd =
             accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr,
                    &len)) == -1) {
            perror("accept");
            exit(errno);
        } else
            printf("server: got connection from %s, port %d, socket %d\n",
                   inet_ntoa(their_addr.sin_addr),
                   ntohs(their_addr.sin_port), new_fd);
 
        /* 基於 ctx 產生一個新的 SSL */
        ssl = SSL_new(ctx);
        /* 將連接用戶的 socket 加入到 SSL */
        SSL_set_fd(ssl, new_fd);
        /* 建立 SSL 連接 */
        if (SSL_accept(ssl) == -1) {
            perror("accept");
            close(new_fd);
            break;
        }
 
        /* 開始處理每個新連接上的數據收發 */
        bzero(buf, MAXBUF + 1);
        strcpy(buf, "server->client");
        /* 發消息給客戶端 */
        len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));
 
        if (len <= 0) {
            printf
                ("消息'%s'發送失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n",
                 buf, errno, strerror(errno));
            goto finish;
        } else
            printf("消息'%s'發送成功，共發送了%d個字節！\n",
                   buf, len);
 
        bzero(buf, MAXBUF + 1);
        /* 接收客戶端的消息 */
        len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
        if (len > 0)
            printf("接收消息成功:'%s'，共%d個字節的數據\n",
                   buf, len);
        else
            printf
                ("消息接收失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n",
                 errno, strerror(errno));
        /* 處理每個新連接上的數據收發結束 */
      finish:
        /* 關閉 SSL 連接 */
        SSL_shutdown(ssl);
        /* 釋放 SSL */
        SSL_free(ssl);
        /* 關閉 socket */
        close(new_fd);
    }
    /* 關閉監聽的 socket */
    close(sockfd);
    /* 釋放 CTX */
    SSL_CTX_free(ctx);
    return 0;
}

 

客戶端：

//client.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <resolv.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
 
#define MAXBUF 1024
 
void ShowCerts(SSL * ssl)
{
    X509 *cert;
    char *line;
 
    cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
    if (cert != NULL) {
        printf("數字證書信息:\n");
        line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);
        printf("證書: %s\n", line);
        free(line);
        line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
        printf("頒發者: %s\n", line);
        free(line);
       X509_free(cert);
    } else
        printf("無證書信息！\n");
}
 
int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, len;
    struct sockaddr_in dest;
    char buffer[MAXBUF + 1];
    SSL_CTX *ctx;
    SSL *ssl;
 
    if (argc != 3) {
        printf("參數格式錯誤！正確用法如下：\n\t\t%s IP地址 端口\n\t比如:\t%s 127.0.0.1 80\n此程序用來從某個"
             "IP 地址的服務器某個端口接收最多 MAXBUF 個字節的消息",
             argv[0], argv[0]);
        exit(0);
    }
 
    /* SSL 庫初始化 */
    SSL_library_init();
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    SSL_load_error_strings();
    ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
    if (ctx == NULL) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
 
    /* 創建一個 socket 用於 tcp 通信 */
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket");
        exit(errno);
    }
    printf("socket created\n");
 
    /* 初始化服務器端（對方）的地址和端口信息 */
    bzero(&dest, sizeof(dest));
    dest.sin_family = AF_INET;
    dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) {
        perror(argv[1]);
        exit(errno);
    }
    printf("address created\n");
 
    /* 連接服務器 */
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {
        perror("Connect ");
        exit(errno);
    }
    printf("server connected\n");
 
    /* 基於 ctx 產生一個新的 SSL */
    ssl = SSL_new(ctx);
    SSL_set_fd(ssl, sockfd);
    /* 建立 SSL 連接 */
    if (SSL_connect(ssl) == -1)
        ERR_print_errors_fp(stderr);
    else {
        printf("Connected with %s encryption\n", SSL_get_cipher(ssl));
        ShowCerts(ssl);
    }
 
    /* 接收對方發過來的消息，最多接收 MAXBUF 個字節 */
    bzero(buffer, MAXBUF + 1);
    /* 接收服務器來的消息 */
    len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
    if (len > 0)
        printf("接收消息成功:'%s'，共%d個字節的數據\n",
               buffer, len);
    else {
        printf
            ("消息接收失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n",
             errno, strerror(errno));
        goto finish;
    }
    bzero(buffer, MAXBUF + 1);
    strcpy(buffer, "from client->server");
    /* 發消息給服務器 */
    len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer));
    if (len < 0)
        printf
            ("消息'%s'發送失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n",
             buffer, errno, strerror(errno));
    else
        printf("消息'%s'發送成功，共發送了%d個字節！\n",
               buffer, len);
 
  finish:
    /* 關閉連接 */
    SSL_shutdown(ssl);
    SSL_free(ssl);
    close(sockfd);
    SSL_CTX_free(ctx);
    return 0;
}

 

6.編譯

gcc -o client client.c -Wall -g -lssl -lcrypto        //客戶端
gcc -o server server.c -Wall -g -lssl -lcrypto     //服務端

說明：切記ssl和crypto庫要加上，否則編譯失敗。

 

7.程序運行:

./server 7788 1 CAcert.pem fkey.pem
./client 127.0.0.1 7788