MINA、Netty、Twisted一起学(十一):SSL/TLS

释放双眼,带上耳机,听听看~!

什么是SSL/TLS

不使用SSL/TLS的网络通信,一般都是明文传输,网络传输内容在传输过程中很容易被窃听甚至篡改,非常不安全。SSL/TLS协议就是为了解决这些安全问题而设计的。SSL/TLS协议位于TCP/IP协议之上,各个应用层协议之下,使网络传输的内容通过加密算法加密,并且只有服务器和客户端可以加密解密,中间人即使抓到数据包也无法解密获取传输的内容,从而避免安全问题。例如广泛使用的HTTPS协议即是在TCP协议和HTTP协议之间加了一层SSL/TLS协议。

相关术语

在学习SSL/TLS协议之前,首先要了解一些相关概念:

  • 对称加密:加密和解密都采用同一个密钥,常用的算法有DES、3DES、AES,相对于非对称加密算法更简单速度更快。
  • 非对称加密:和对称加密算法不同,非对称加密算法会有两个密钥:公钥(可以公开的)和私钥(私有的),例如客户端如果使用公钥加密,那么即时其他人有公钥也无法解密,只能通过服务器私有的私钥解密。RSA算法即是典型的非对称加密算法。
  • 数字证书:数字证书是一个包含公钥并且通过权威机构发行的一串数据,数字证书很多需要付费购买,也有免费的,另外也可以自己生成数字证书,本文中将会采用自签名的方式生成数字证书。

SSL/TLS流程

使用SSL/TLS协议的服务器和客户端开始通信之前,会先进行一个握手阶段:

  1. 客户端发出请求:这一步客户端会生成一个随机数传给服务器;
  2. 服务器回应:这一步服务器会返回给客户端一个服务器数字证书(证书中包含用于加密的公钥),另外服务器也会生成一个随机数给客户端;
  3. 客户端回应:这一步客户端首先会校验数字证书的合法性,然后会再生成一个随机数,这个随机数会使用第2步中的公钥采用非对称加密算法(例如RSA算法)进行加密后传给服务器,密文只能通过服务器的私钥来解密。
  4. 服务器最后回应:握手结束。

握手结束后,客户端和服务器都有上面握手阶段的三个随机数。客户端和服务器都通过这三个随机生成一个密钥,接下来所有的通信内容都使用这个密钥通过对称加密算法加密传输,服务器和客户端才开始进行安全的通信。

如果看到这里还是一脸懵逼,可以参考SSL/TLS协议运行机制的概述更深入地了解SSL/TLS流程,本文不再过多介绍。

生成私钥和证书

使用openssl来生成私钥和证书:

运行以上命令后,会在当前目录下生成一个私钥文件(private.pem)和一个证书文件(cert.crt)。

生成的私钥和证书Twisted、Netty可以直接使用,然而MINA对私钥文件的格式的要求,要将pem格式转换成der格式,实际上就是将文本文件私钥转成二进制文件私钥。openssl将private.pem转成private.der私钥文件:

SSL/TLS服务器

接下来在http://xxgblog.com/2014/08/21/mina-netty-twisted-2/一文的基础上,加上SSL/TLS层。

MINA

MINA可以通过SslFilter来实现SSL/TLS,初始化SslFilter的代码比较繁琐:

Netty

Netty通过添加一个SslHandler来实现SSL/TLS,相对MINA来说代码就比较简洁:

Twisted

Twisted实现SSL/TLS也是非常简单的,将reactor.listenTCP替换为reactor.listenSSL即可

SSL/TLS客户端

这里还是使用Java来写一个SSL/TLS客户端,用来测试以上三个服务器程序。需要注意的是,在上面SSL/TLS流程的介绍中,SSL/TLS握手阶段的第2步服务器会将证书传给客户端,第3步客户端会校验证书的合法性,所以下面的代码首先会让客户端信任openssl生成的证书,才能正确的完成SSL/TLS握手。

MINA、Netty、Twisted一起学系列

MINA、Netty、Twisted一起学(一):实现简单的TCP服务器

MINA、Netty、Twisted一起学(二):TCP消息边界问题及按行分割消息

MINA、Netty、Twisted一起学(三):TCP消息固定大小的前缀(Header)

MINA、Netty、Twisted一起学(四):定制自己的协议

MINA、Netty、Twisted一起学(五):整合protobuf

MINA、Netty、Twisted一起学(六):session

MINA、Netty、Twisted一起学(七):发布/订阅(Publish/Subscribe)

MINA、Netty、Twisted一起学(八):HTTP服务器

MINA、Netty、Twisted一起学(九):异步IO和回调函数

MINA、Netty、Twisted一起学(十):线程模型

MINA、Netty、Twisted一起学(十一):SSL/TLS

MINA、Netty、Twisted一起学(十二):HTTPS

源码

https://github.com/wucao/mina-netty-twisted

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