Openssl实现双向认证教程(附服务端客户端代码)

一、背景说明

1.1 面临问题

最近一份产品检测报告建议使用基于pki的认证方式,由于产品已实现https,商量之下认为其意思是使用双向认证以处理中间人形式攻击。

《信息安全工程》中接触过双向认证,但有两个问题。

第一个是当时最终的课程设计客户端是浏览器,服务端是tomcat双向认证只需要对两者进行配置并不需要自己真的实现代码。

第二个是虽然课程也有接近双向认证的实现代码,但当时是Java+JCE环境现在要用C+++OpenSSL环境,总体意思确实还是差不多但具体函数和参数差别还是不少。

所以眼下有的是:证书生成的思想+双向认证实现的思想。对读者而言,即要假定已对证书、SSL/TSL、socket编程等几个概念有基本的了解,本文不做详细介绍。

基于此本文要解决的问题是:openssl具体如何生成证书+openssl如何实现双向认证。

双向认证的关键点在以下几个函数(服务端和客户端都一样),其他就不细说参看代码注释:

SSL_CTX_set_verify----配置启用双向认证

SSL_CTX_load_verify_locations----加载信任的根证书

SSL_CTX_use_certificate_file----加载自己的证书

SSL_CTX_use_PrivateKey_file----加载自己的私钥

SSL_get_verify_result----真正进行验证,一定要调用这个函数不然前面四个光配置而已并不会进行双向验证

二、双向认证程序实现

2.1 安装openssl及开发api

apt-get install libssl-dev

2.2 服务端代码

  #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()是重点,SSL_CTX_set_verify()只是配置启不启用并没有执行认证,调用该函数才会真证进行证书认证    // 如果验证不通过,那么程序抛出异常中止连接    if(SSL_get_verify_result(ssl) == X509_V_OK){      printf("证书验证通过n");    }    if (cert != NULL) {      printf("数字证书信息:n");      line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);      printf("证书: %sn", line);      free(line);      line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);      printf("颁发者: %sn", line);      free(line);      X509_free(cert);    } else      printf("无证书信息!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 库初始化 */    SSL_library_init();    /* 载入所有 SSL 算法 */    OpenSSL_add_all_algorithms();    /* 载入所有 SSL 错误消息 */    SSL_load_error_strings();    /* 以 SSL V2 和 V3 标准兼容方式产生一个 SSL_CTX ,即 SSL Content Text */    ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());    /* 也可以用 SSLv2_server_method() 或 SSLv3_server_method() 单独表示 V2 或 V3标准 */    if (ctx == NULL) {      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }      // 双向验证    // SSL_VERIFY_PEER---要求对证书进行认证,没有证书也会放行    // SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT---要求客户端需要提供证书,但验证发现单独使用没有证书也会放行    SSL_CTX_set_verify(ctx, SSL_VERIFY_PEER|SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT, NULL);    // 设置信任根证书    if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, "ca.crt",NULL)<=0){      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }      /* 载入用户的数字证书, 此证书用来发送给客户端。 证书里包含有公钥 */    if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }    /* 载入用户私钥 */    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }    /* 检查用户私钥是否正确 */    if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }      /* 开启一个 socket 监听 */    if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {      perror("socket");      exit(1);    } else      printf("socket createdn");      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("bindedn");      if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {      perror("listen");      exit(1);    } else      printf("begin listenn");      while (1) {      SSL *ssl;      len = sizeof(struct sockaddr);      /* 等待客户端连上来 */      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 %dn",            inet_ntoa(their_addr.sin_addr), ntohs(their_addr.sin_port),            new_fd);        /* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */      ssl = SSL_new(ctx);      /* 将连接用户的 socket 加入到 SSL */      SSL_set_fd(ssl, new_fd);      /* 建立 SSL 连接 */      if (SSL_accept(ssl) == -1) {        perror("accept");        close(new_fd);        break;      }      ShowCerts(ssl);        /* 开始处理每个新连接上的数据收发 */      bzero(buf, MAXBUF + 1);      strcpy(buf, "server->client");      /* 发消息给客户端 */      len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));        if (len <= 0) {        printf("消息'%s'发送失败!错误代码是%d,错误信息是'%s'n", buf, errno,            strerror(errno));        goto finish;      } else        printf("消息'%s'发送成功,共发送了%d个字节!n", buf, len);        bzero(buf, MAXBUF + 1);      /* 接收客户端的消息 */      len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);      if (len > 0)        printf("接收消息成功:'%s',共%d个字节的数据n", buf, len);      else        printf("消息接收失败!错误代码是%d,错误信息是'%s'n",        errno, strerror(errno));      /* 处理每个新连接上的数据收发结束 */      finish:      /* 关闭 SSL 连接 */      SSL_shutdown(ssl);      /* 释放 SSL */      SSL_free(ssl);      /* 关闭 socket */      close(new_fd);    }    /* 关闭监听的 socket */    close(sockfd);    /* 释放 CTX */    SSL_CTX_free(ctx);    return 0;  }

2.3 客户端代码

  #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()是重点,SSL_CTX_set_verify()只是配置启不启用并没有执行认证,调用该函数才会真证进行证书认证    // 如果验证不通过,那么程序抛出异常中止连接    if(SSL_get_verify_result(ssl) == X509_V_OK){      printf("证书验证通过n");    }    if (cert != NULL) {      printf("数字证书信息:n");      line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);      printf("证书: %sn", line);      free(line);      line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);      printf("颁发者: %sn", line);      free(line);      X509_free(cert);    } else      printf("无证书信息!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("参数格式错误!正确用法如下:ntt%s IP地址 端口nt比如:t%s 127.0.0.1 80n此程序用来从某个"         "IP 地址的服务器某个端口接收最多 MAXBUF 个字节的消息",         argv[0], argv[0]);      exit(0);    }      /* SSL 库初始化,参看 ssl-server.c 代码 */    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);    }      // 双向验证    // SSL_VERIFY_PEER---要求对证书进行认证,没有证书也会放行    // SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT---要求客户端需要提供证书,但验证发现单独使用没有证书也会放行    SSL_CTX_set_verify(ctx, SSL_VERIFY_PEER|SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT, NULL);    // 设置信任根证书    if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, "ca.crt",NULL)<=0){      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }      /* 载入用户的数字证书, 此证书用来发送给客户端。 证书里包含有公钥 */    if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }    /* 载入用户私钥 */    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }    /* 检查用户私钥是否正确 */    if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {      ERR_print_errors_fp(stdout);      exit(1);    }      /* 创建一个 socket 用于 tcp 通信 */    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {      perror("Socket");      exit(errno);    }    printf("socket createdn");      /* 初始化服务器端(对方)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 createdn");      /* 连接服务器 */    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {      perror("Connect ");      exit(errno);    }    printf("server connectedn");      /* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */    ssl = SSL_new(ctx);    SSL_set_fd(ssl, sockfd);    /* 建立 SSL 连接 */    if (SSL_connect(ssl) == -1)      ERR_print_errors_fp(stderr);    else {      printf("Connected with %s encryptionn", SSL_get_cipher(ssl));      ShowCerts(ssl);    }      /* 接收对方发过来的消息,最多接收 MAXBUF 个字节 */    bzero(buffer, MAXBUF + 1);    /* 接收服务器来的消息 */    len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);    if (len > 0)      printf("接收消息成功:'%s',共%d个字节的数据n",          buffer, len);    else {      printf        ("消息接收失败!错误代码是%d,错误信息是'%s'n",         errno, strerror(errno));      goto finish;    }    bzero(buffer, MAXBUF + 1);    strcpy(buffer, "from client->server");    /* 发消息给服务器 */    len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer));    if (len < 0)      printf        ("消息'%s'发送失败!错误代码是%d,错误信息是'%s'n",         buffer, errno, strerror(errno));    else      printf("消息'%s'发送成功,共发送了%d个字节!n",          buffer, len);     finish:    /* 关闭连接 */    SSL_shutdown(ssl);    SSL_free(ssl);    close(sockfd);    SSL_CTX_free(ctx);    return 0;  }

2.4 证书生成

注意三点

第一点,注意将其中的私钥加密密码(-passout参数)修改成自己的密码;下边都是以带-passout参数生成私钥,如果使用-nodes参数,则最后一步“将加密的RSA密钥转成未加密的RSA密钥”不需要执行。

第二点,证书和密钥给出了直接一步生成和分步生成两种形式,两种形式是等价的,这里使用直接生成形式(分步生成形式被注释)

第三点,注意将其中的证书信息改成自己的组织信息的。其中证数各参数含义如下:

C-----国家(Country Name)

ST----省份(State or Province Name)

L----城市(Locality Name)

O----公司(Organization Name)

OU----部门(Organizational Unit Name)

CN----产品名(Common Name)

emailAddress----邮箱(Email Address)

  # CA证书及密钥生成方法一----直接生成CA密钥及其自签名证书  # 如果想以后读取私钥文件ca_rsa_private.pem时不需要输入密码,亦即不对私钥进行加密存储,那么将-passout pass:123456替换成-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证书及密钥生成方法二----分步生成CA密钥及其自签名证书:  # 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"    # 服务器证书及密钥生成方法一----直接生成服务器密钥及待签名证书  # 如果想以后读取私钥文件server_rsa_private.pem时不需要输入密码,亦即不对私钥进行加密存储,那么将-passout pass:server替换成-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"  # 服务器证书及密钥生成方法二----分步生成服务器密钥及待签名证书  # 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证书及密钥对服务器证书进行签名:  openssl x509 -req -days 365 -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca_rsa_private.pem -passin pass:123456 -CAcreateserial -out server.crt  # 将加密的RSA密钥转成未加密的RSA密钥,避免每次读取都要求输入解密密码  # 密码就是生成私钥文件时设置的passout、读取私钥文件时要输入的passin,比如这里要输入“server”  openssl rsa -in server_rsa_private.pem -out server_rsa_private.pem.unsecure    # 客户端证书及密钥生成方法一----直接生成客户端密钥及待签名证书  # 如果想以后读取私钥文件client_rsa_private.pem时不需要输入密码,亦即不对私钥进行加密存储,那么将-passout pass:client替换成-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"  # 客户端证书及密钥生成方法二----分步生成客户端密钥及待签名证书:  # 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证书及密钥对客户端证书进行签名:  openssl x509 -req -days 365 -in client.csr -CA ca.crt -CAkey ca_rsa_private.pem -passin pass:123456 -CAcreateserial -out client.crt  # 将加密的RSA密钥转成未加密的RSA密钥,避免每次读取都要求输入解密密码  # 密码就是生成私钥文件时设置的passout、读取私钥文件时要输入的passin,比如这里要输入“client”  openssl rsa -in client_rsa_private.pem -out client_rsa_private.pem.unsecure

2.5 开发环境配置

操作系统----kali-roaling。为了使用现在虚拟机而已,使用ubuntu、centos等等应该都是没差别的。

IDE----eclipse。直接在终端中编译不通过没深究,放eclipse编译没问题就直接使用eclipse。

2.5.1 在同一活动目录下建了两个project

myclient1----建src文件夹放客户端代码

myserver1----建src文件夹放服务端代码

(其他目录要么是自动生成的,要么是编译后自动生成的,不用管;如果项目有报错试试多重启几次eclipse甚操作系统)

Openssl实现双向认证教程(附服务端客户端代码) Linux 第1张

2.5.2 指定ssl和crypto

在项目文件夹上右键----Properties----指定ssl库和crypto库目录不然编译找不到ssl。两个project都要配置

Openssl实现双向认证教程(附服务端客户端代码) Linux 第2张

2.5.3 编译

使用Ctrl+B快捷键进行编译,eclipse会编译所有project

2.5.4 证书复制

将前边生成的ca证书(ca.crt)、客户端证书(client.crt)、客户端未加密私钥文件()复制到myclient1项目的Debug目录下

将前边生成的ca证书、服务端证书、服务端端未加密私钥文件复制到myclient1项目的Debug目录下

2.5.5 运行程序

先运行服务端后运行客户端

./myserver1 7838 1 server.crt server_rsa_private.pem.unsecure
./myclient1 127.0.0.1 7838 client.crt client_rsa_private.pem.unsecure

运行结果如下,服务端:

Openssl实现双向认证教程(附服务端客户端代码) Linux 第3张

客户端:

Openssl实现双向认证教程(附服务端客户端代码) Linux 第4张

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持脚本之家。

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