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openssl实现双向认证教程(服务端代码+客户端代码+证书生成)

2018-07-30 18:30 1116 查看

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。

 

1.2 解决办法

1.2.1 openssl具体生成证书解决办法

参考https://www.geek-share.com/detail/2721367788.html再加其他一些文章总结而成

 

1.2.2 openssl实现双向认证解决办法

使用https://www.geek-share.com/detail/2632200879.html代码实SSL,在其基础上实现双向认证。

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 <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: %s\n", line);
free(line);
line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
printf("颁发者: %s\n", 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:\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 created\n");

/* 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 created\n");

/* 连接服务器 */
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {
perror("Connect ");
exit(errno);
}
printf("server connected\n");

/* 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 encryption\n", 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;
}
View Code

 

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)

 

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

 

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:

客户端:

 

参考:

https://www.geek-share.com/detail/2721367788.html

https://www.geek-share.com/detail/2632200879.html

https://www.geek-share.com/detail/2625061403.html

https://www.openssl.org/docs/man1.1.1/man3/

https://www.geek-share.com/detail/2548073062.html

https://www.geek-share.com/detail/2688486320.html

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