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，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，但发现有两个问题。
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。
第二个是虽然自己实现代码也行，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；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://blog.csdn.net/gengxiaoming7/article/details/78505107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://blog.csdn.net/sardden/article/details/42705897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 <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: %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, 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 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 %d\n", 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: %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; }
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/[email protected]" # 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/[email protected]" # 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/[email protected]" # 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/[email protected]" # 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/[email protected]" # 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/[email protected]" # 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://blog.csdn.net/gengxiaoming7/article/details/78505107
https://blog.csdn.net/sardden/article/details/42705897
https://blog.csdn.net/Junkie0901/article/details/40402003
https://www.openssl.org/docs/man1.1.1/man3/