Openssl實(shí)現(xiàn)雙向認(rèn)證教程(附服務(wù)端客戶端代碼)
一、背景說明
1.1 面臨問題
最近一份產(chǎn)品檢測報(bào)告建議使用基于pki的認(rèn)證方式,由于產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)https,商量之下認(rèn)為其意思是使用雙向認(rèn)證以處理中間人形式攻擊。
《信息安全工程》中接觸過雙向認(rèn)證,但有兩個(gè)問題。
第一個(gè)是當(dāng)時(shí)最終的課程設(shè)計(jì)客戶端是瀏覽器,服務(wù)端是tomcat雙向認(rèn)證只需要對兩者進(jìn)行配置并不需要自己真的實(shí)現(xiàn)代碼。
第二個(gè)是雖然課程也有接近雙向認(rèn)證的實(shí)現(xiàn)代碼,但當(dāng)時(shí)是Java+JCE環(huán)境現(xiàn)在要用C+++OpenSSL環(huán)境,總體意思確實(shí)還是差不多但具體函數(shù)和參數(shù)差別還是不少。
所以眼下有的是:證書生成的思想+雙向認(rèn)證實(shí)現(xiàn)的思想。對讀者而言,即要假定已對證書、SSL/TSL、socket編程等幾個(gè)概念有基本的了解,本文不做詳細(xì)介紹。
基于此本文要解決的問題是:openssl具體如何生成證書+openssl如何實(shí)現(xiàn)雙向認(rèn)證。
雙向認(rèn)證的關(guān)鍵點(diǎn)在以下幾個(gè)函數(shù)(服務(wù)端和客戶端都一樣),其他就不細(xì)說參看代碼注釋:
SSL_CTX_set_verify----配置啟用雙向認(rèn)證
SSL_CTX_load_verify_locations----加載信任的根證書
SSL_CTX_use_certificate_file----加載自己的證書
SSL_CTX_use_PrivateKey_file----加載自己的私鑰
SSL_get_verify_result----真正進(jìn)行驗(yàn)證,一定要調(diào)用這個(gè)函數(shù)不然前面四個(gè)光配置而已并不會(huì)進(jìn)行雙向驗(yàn)證
二、雙向認(rèn)證程序?qū)崿F(xiàn)
2.1 安裝openssl及開發(fā)api
apt-get install libssl-dev
2.2 服務(wù)端代碼
#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 void ShowCerts(SSL * ssl) { X509 *cert; char *line; cert = SSL_get_peer_certificate(ssl); // SSL_get_verify_result()是重點(diǎn),SSL_CTX_set_verify()只是配置啟不啟用并沒有執(zhí)行認(rèn)證,調(diào)用該函數(shù)才會(huì)真證進(jìn)行證書認(rèn)證 // 如果驗(yàn)證不通過,那么程序拋出異常中止連接 if(SSL_get_verify_result(ssl) == X509_V_OK){ printf("證書驗(yàn)證通過\n"); } if (cert != NULL) { printf("數(shù)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(fā)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, 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 = 7838; 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(cuò)誤消息 */ SSL_load_error_strings(); /* 以 SSL V2 和 V3 標(biāo)準(zhǔn)兼容方式產(chǎn)生一個(gè) 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(dú)表示 V2 或 V3標(biāo)準(zhǔn) */ if (ctx == NULL) { ERR_print_errors_fp(stdout); exit(1); } // 雙向驗(yàn)證 // SSL_VERIFY_PEER---要求對證書進(jìn)行認(rèn)證,沒有證書也會(huì)放行 // SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT---要求客戶端需要提供證書,但驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)單獨(dú)使用沒有證書也會(huì)放行 SSL_CTX_set_verify(ctx, SSL_VERIFY_PEER|SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT, NULL); // 設(shè)置信任根證書 if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, "ca.crt",NULL)<=0){ ERR_print_errors_fp(stdout); exit(1); } /* 載入用戶的數(shù)字證書, 此證書用來發(fā)送給客戶端。 證書里包含有公鑰 */ 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); } /* 開啟一個(gè) socket 監(jiān)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); /* 基于 ctx 產(chǎn)生一個(gè)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; } ShowCerts(ssl); /* 開始處理每個(gè)新連接上的數(shù)據(jù)收發(fā) */ bzero(buf, MAXBUF + 1); strcpy(buf, "server->clie
2.3 客戶端代碼
#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); // SSL_get_verify_result()是重點(diǎn),SSL_CTX_set_verify()只是配置啟不啟用并沒有執(zhí)行認(rèn)證,調(diào)用該函數(shù)才會(huì)真證進(jìn)行證書認(rèn)證 // 如果驗(yàn)證不通過,那么程序拋出異常中止連接 if(SSL_get_verify_result(ssl) == X509_V_OK){ printf("證書驗(yàn)證通過\n"); } if (cert != NULL) { printf("數(shù)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(fā)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 != 5) { printf("參數(shù)格式錯(cuò)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(gè)" "IP 地址的服務(wù)器某個(gè)端口接收最多 MAXBUF 個(gè)字節(jié)的消息", argv[0], argv[0]); exit(0); } /* SSL 庫初始化,參看 ssl-server.c 代碼 */ 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); } // 雙向驗(yàn)證 // SSL_VERIFY_PEER---要求對證書進(jìn)行認(rèn)證,沒有證書也會(huì)放行 // SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT---要求客戶端需要提供證書,但驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)單獨(dú)使用沒有證書也會(huì)放行 SSL_CTX_set_verify(ctx, SSL_VERIFY_PEER|SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT, NULL); // 設(shè)置信任根證書 if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, "ca.crt",NULL)<=0){ ERR_print_errors_fp(stdout); exit(1); } /* 載入用戶的數(shù)字證書, 此證書用來發(fā)送給客戶端。 證書里包含有公鑰 */ 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); } /* 創(chuàng)建一個(gè) socket 用于 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(wù)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(wù)器 */ if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) { perror("Connect "); exit(errno); } printf("server connected\n"); /* 基于 ctx 產(chǎn)生一個(gè)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(fā)過來的消息,最多接收 MAXBUF 個(gè)字節(jié) */ bzero(buffer, MAXBUF + 1); /* 接收服務(wù)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(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)\n", buffer, len); else { printf ("消息接收失??!錯(cuò)誤代碼是%d,錯(cuò)誤信息是'%s'\n", errno, strerror(errno)); goto finish; } bzero(buffer, MAXBUF + 1); strcpy(buffer, "from client->server"); /* 發(fā)消息給服務(wù)器 */ len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer)); if (len < 0) printf ("消息'%s'發(fā)送失??!錯(cuò)誤代碼是%d,錯(cuò)誤信息是'%s'\n", buffer, errno, strerror(errno)); else printf("消息'%s'發(fā)送成功,共發(fā)送了%d個(gè)字節(jié)!\n", buffer, len); finish: /* 關(guān)閉連接 */ SSL_shutdown(ssl); SSL_free(ssl); close(sockfd); SSL_CTX_free(ctx); return 0; }
2.4 證書生成
注意三點(diǎn)
第一點(diǎn),注意將其中的私鑰加密密碼(-passout參數(shù))修改成自己的密碼;下邊都是以帶-passout參數(shù)生成私鑰,如果使用-nodes參數(shù),則最后一步“將加密的RSA密鑰轉(zhuǎn)成未加密的RSA密鑰”不需要執(zhí)行。
第二點(diǎn),證書和密鑰給出了直接一步生成和分步生成兩種形式,兩種形式是等價(jià)的,這里使用直接生成形式(分步生成形式被注釋)
第三點(diǎn),注意將其中的證書信息改成自己的組織信息的。其中證數(shù)各參數(shù)含義如下:
C-----國家(Country Name)
ST----省份(State or Province Name)
L----城市(Locality Name)
O----公司(Organization Name)
OU----部門(Organizational Unit Name)
CN----產(chǎn)品名(Common Name)
emailAddress----郵箱(Email Address)
# CA證書及密鑰生成方法一----直接生成CA密鑰及其自簽名證書 # 如果想以后讀取私鑰文件ca_rsa_private.pem時(shí)不需要輸入密碼,亦即不對私鑰進(jìn)行加密存儲(chǔ),那么將-passout pass:123456替換成-nodes openssl req -newkey rsa:2048 -passout pass:123456 -keyout ca_rsa_private.pem -x509 -days 365 -out ca.crt -subj "/C=CN/ST=GD/L=SZ/O=COM/OU=NSP/CN=CA/emailAddress=youremail@qq.com" # CA證書及密鑰生成方法二----分步生成CA密鑰及其自簽名證書: # openssl genrsa -aes256 -passout pass:123456 -out ca_rsa_private.pem 2048 # openssl req -new -x509 -days 365 -key ca_rsa_private.pem -passin pass:123456 -out ca.crt -subj "/C=CN/ST=GD/L=SZ/O=COM/OU=NSP/CN=CA/emailAddress=youremail@qq.com" # 服務(wù)器證書及密鑰生成方法一----直接生成服務(wù)器密鑰及待簽名證書 # 如果想以后讀取私鑰文件server_rsa_private.pem時(shí)不需要輸入密碼,亦即不對私鑰進(jìn)行加密存儲(chǔ),那么將-passout pass:server替換成-nodes openssl req -newkey rsa:2048 -passout pass:server -keyout server_rsa_private.pem -out server.csr -subj "/C=CN/ST=GD/L=SZ/O=COM/OU=NSP/CN=SERVER/emailAddress=youremail@qq.com" # 服務(wù)器證書及密鑰生成方法二----分步生成服務(wù)器密鑰及待簽名證書 # openssl genrsa -aes256 -passout pass:server -out server_rsa_private.pem 2048 # openssl req -new -key server_rsa_private.pem -passin pass:server -out server.csr -subj "/C=CN/ST=GD/L=SZ/O=COM/OU=NSP/CN=SERVER/emailAddress=youremail@qq.com" # 使用CA證書及密鑰對服務(wù)器證書進(jìn)行簽名: openssl x509 -req -days 365 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca_rsa_private.pem -passin pass:123456 -CAcreateserial -out server.crt # 將加密的RSA密鑰轉(zhuǎn)成未加密的RSA密鑰,避免每次讀取都要求輸入解密密碼 # 密碼就是生成私鑰文件時(shí)設(shè)置的passout、讀取私鑰文件時(shí)要輸入的passin,比如這里要輸入“server” openssl rsa -in server_rsa_private.pem -out server_rsa_private.pem.unsecure # 客戶端證書及密鑰生成方法一----直接生成客戶端密鑰及待簽名證書 # 如果想以后讀取私鑰文件client_rsa_private.pem時(shí)不需要輸入密碼,亦即不對私鑰進(jìn)行加密存儲(chǔ),那么將-passout pass:client替換成-nodes openssl req -newkey rsa:2048 -passout pass:client -keyout client_rsa_private.pem -out client.csr -subj "/C=CN/ST=GD/L=SZ/O=COM/OU=NSP/CN=CLIENT/emailAddress=youremail@qq.com" # 客戶端證書及密鑰生成方法二----分步生成客戶端密鑰及待簽名證書: # openssl genrsa -aes256 -passout pass:client -out client_rsa_private.pem 2048 # openssl req -new -key client_rsa_private.pem -passin pass:client -out client.csr -subj "/C=CN/ST=GD/L=SZ/O=COM/OU=NSP/CN=CLIENT/emailAddress=youremail@qq.com" # 使用CA證書及密鑰對客戶端證書進(jìn)行簽名: openssl x509 -req -days 365 -in client.csr -CA ca.crt -CAkey ca_rsa_private.pem -passin pass:123456 -CAcreateserial -out client.crt # 將加密的RSA密鑰轉(zhuǎn)成未加密的RSA密鑰,避免每次讀取都要求輸入解密密碼 # 密碼就是生成私鑰文件時(shí)設(shè)置的passout、讀取私鑰文件時(shí)要輸入的passin,比如這里要輸入“client” openssl rsa -in client_rsa_private.pem -out client_rsa_private.pem.unsecure
2.5 開發(fā)環(huán)境配置
操作系統(tǒng)----kali-roaling。為了使用現(xiàn)在虛擬機(jī)而已,使用ubuntu、centos等等應(yīng)該都是沒差別的。
IDE----eclipse。直接在終端中編譯不通過沒深究,放eclipse編譯沒問題就直接使用eclipse。
2.5.1 在同一活動(dòng)目錄下建了兩個(gè)project
myclient1----建src文件夾放客戶端代碼
myserver1----建src文件夾放服務(wù)端代碼
(其他目錄要么是自動(dòng)生成的,要么是編譯后自動(dòng)生成的,不用管;如果項(xiàng)目有報(bào)錯(cuò)試試多重啟幾次eclipse甚操作系統(tǒng))
2.5.2 指定ssl和crypto
在項(xiàng)目文件夾上右鍵----Properties----指定ssl庫和crypto庫目錄不然編譯找不到ssl。兩個(gè)project都要配置
2.5.3 編譯
使用Ctrl+B快捷鍵進(jìn)行編譯,eclipse會(huì)編譯所有project
2.5.4 證書復(fù)制
將前邊生成的ca證書(ca.crt)、客戶端證書(client.crt)、客戶端未加密私鑰文件()復(fù)制到myclient1項(xiàng)目的Debug目錄下
將前邊生成的ca證書、服務(wù)端證書、服務(wù)端端未加密私鑰文件復(fù)制到myclient1項(xiàng)目的Debug目錄下
2.5.5 運(yùn)行程序
先運(yùn)行服務(wù)端后運(yùn)行客戶端
./myserver1 7838 1 server.crt server_rsa_private.pem.unsecure
./myclient1 127.0.0.1 7838 client.crt client_rsa_private.pem.unsecure
運(yùn)行結(jié)果如下,服務(wù)端:
客戶端:
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