参考：深入探索 OpenSSL：概念、原理、开发步骤、使用方法、使用场景及代码示例
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当涉及到网络通信和数据传输的安全性时，OpenSSL 是一个非常重要的工具和库。它是一个开源软件包，提供了广泛的加密和安全功能。在本博客中，我们将详细介绍 OpenSSL 的概念、原理、开发步骤、使用方法、使用场景，并结合代码示例进行说明。
1. OpenSSL 概念
OpenSSL 是一个用于实现安全通信的软件包，它由一组密码学函数库组成。它的主要目标是通过使用公开的密码学算法来保护数据的机密性、完整性和身份验证。它支持对称加密、非对称加密、数字签名、证书管理等功能。
2. OpenSSL 原理
OpenSSL 采用了多种密码学算法和协议来实现其安全功能。它支持各种对称密码算法，如 AES、DES 和 Blowfish，用于加密和解密数据。此外，它还支持非对称密码算法，如 RSA 和 DSA，用于生成公钥和私钥，并进行数字签名和验证。OpenSSL 还支持 SSL/TLS 协议，用于在网络通信中建立安全连接。
3. OpenSSL 开发步骤
使用 OpenSSL 进行开发可以分为以下几个步骤：
步骤 1: 安装 OpenSSL
首先，您需要从 OpenSSL 官方网站上下载（免费提供）并安装 OpenSSL 软件包。根据您的操作系统和环境，选择相应的版本进行安装。
步骤 2: 包含头文件
在代码中包含 OpenSSL 的头文件，以便能够使用其中的函数和数据结构。例如，在 C 语言中，可以使用以下语句进行包含：
#include <openssl/ssl.h>
步骤 3: 初始化 OpenSSL
在使用 OpenSSL 之前，需要进行初始化设置。通过调用 SSL_library_init() 函数来初始化 SSL 库。
SSL_library_init();
步骤 4: 创建 SSL 上下文
要建立一个安全连接，需要创建一个 SSL 上下文对象，该对象将存储有关加密和身份验证等设置。您可以使用以下代码片段创建一个 SSL 上下文：
SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
步骤 5: 加载证书和私钥
如果您要在服务器端使用 OpenSSL，您需要加载服务器的数字证书和私钥。可以使用以下代码片段进行加载：
SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, "server.crt", SSL_FILETYPE_PEM);
SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "server.key", SSL_FILETYPE_PEM);
步骤 6: 建立安全连接
使用 SSL 上下文对象，可以建立与另一端的安全连接。对于服务器端，可以使用以下代码片段：
SSL *ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, sockfd);
SSL_accept(ssl);
对于客户端，可以使用以下代码片段：
SSL *ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, sockfd);
SSL_connect(ssl);
步骤 7: 数据传输和处理
一旦安全连接建立成功，就可以在连接上进行数据传输和处理。您可以使用 SSL_read() 和 SSL_write() 函数来读取和写入数据。
char buf[1024];
int len = SSL_read(ssl, buf, sizeof(buf));
步骤 8: 关闭连接
最后，在完成数据传输后，应该关闭 SSL 连接并释放资源。可以使用以下代码片段：
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
SSL_CTX_free(ctx);
4. OpenSSL 使用方法
使用 OpenSSL，您可以执行许多加密和安全操作。以下是一些常见的 OpenSSL 使用方法的示例：
对称加密：使用 OpenSSL 命令行工具，您可以加密和解密文件。例如，可以使用以下命令使用 AES 加密一个文件： openssl enc -aes-256-cbc -salt -in <input_file> -out <output_file>
非对称加密：您可以使用 OpenSSL 生成 RSA 密钥对，并使用公钥加密数据，私钥解密数据。例如，可以使用以下命令生成 RSA 密钥对：openssl genpkey -algorithm RSA -out private.pem ，然后使用以下命令加密数据：openssl rsautl -encrypt -pubin -inkey public.pem -in <input_file> -out <output_file>
数字签名：您可以使用 OpenSSL 生成数字签名，并验证签名的有效性。例如，可以使用以下命令生成签名：openssl dgst -sign private.pem -out signature <data_file> ，然后使用以下命令验证签名：openssl dgst -verify public.pem -signature signature <data_file>
5. OpenSSL 应用场景
OpenSSL 在许多领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：
网络安全：OpenSSL 被广泛用于实现 SSL/TLS 协议，以确保在互联网上的数据传输的安全性。它可以用于创建安全的网站、虚拟专用网络（VPN）以及安全电子邮件通信。
证书管理：OpenSSL 可以生成和管理数字证书，用于身份验证和安全通信。它可以用于签署和验证数字证书，并用于创建自签名证书和受信任的证书颁发机构（CA）。
加密工具：OpenSSL 提供了各种加密和解密算法，可以用于保护敏感数据。它可以用于加密文件、密码生成器以及实现端到端的加密通信。
总结：OpenSSL 是一个功能强大的开源软件包，提供了广泛的加密和安全功能。它的概念、原理、开发步骤、使用方法和应用场景都非常丰富。通过使用 OpenSSL，您可以保护您的数据和通信，确保其机密性、完整性和身份验证。无论是在网络通信还是数据安全方面，OpenSSL 都是一个重要的工具和库。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <openssl/ssl.h>
int main() {
// 初始化 OpenSSL
SSL_library_init();
// 创建 SSL 上下文
SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
if (ctx == NULL) {
printf("Failed to create SSL context.\n");
return 1;
}
// 加载服务器证书
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, "server.crt", SSL_FILETYPE_PEM) != 1) {
printf("Failed to load server certificate.\n");
SSL_CTX_free(ctx);
return 1;
}
// 加载服务器私钥
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "server.key", SSL_FILETYPE_PEM) != 1) {
printf("Failed to load server private key.\n");
SSL_CTX_free(ctx);
return 1;
}
// 创建 SSL 对象
SSL *ssl = SSL_new(ctx);
if (ssl == NULL) {
printf("Failed to create SSL object.\n");
SSL_CTX_free(ctx);
return 1;
}
// 设置连接套接字
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0) {
printf("Failed to create socket.\n");
SSL_free(ssl);
SSL_CTX_free(ctx);
return 1;
}
// 连接服务器
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(443);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
printf("Failed to connect to server.\n");
SSL_free(ssl);
SSL_CTX_free(ctx);
return 1;
}
// 将 SSL 对象绑定到连接套接字
SSL_set_fd(ssl, sockfd);
// 建立 SSL 连接
if (SSL_connect(ssl) <= 0) {
printf("Failed to establish SSL connection.\n");
SSL_free(ssl);
SSL_CTX_free(ctx);
return 1;
}
// 发送数据
char message[] = "Hello, server!";
SSL_write(ssl, message, strlen(message));
// 接收数据
char buffer[1024];
SSL_read(ssl, buffer, sizeof(buffer));
printf("Received: %s\n", buffer);
// 关闭 SSL 连接
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
上面的示例演示了如何使用 OpenSSL 在客户端建立一个安全连接。首先，我们需要初始化 OpenSSL 和创建 SSL 上下文对象。然后，加载服务器的证书和私钥。接下来，我们创建一个 SSL 对象并将其绑定到连接套接字。通过调用SSL_connect() 建立与服务器的安全连接。然后，我们可以使用 SSL_write() 发送数据，使用 SSL_read() 接收数据。最后，我们关闭 SSL 连接并释放资源。
注：这只是一个简单的示例，实际的使用场景可能会更复杂。具体的开发步骤和代码实现可能因应用场景而异。在实际开发过程中，建议参考 OpenSSL 的官方文档和相关资料以获取更详细的信息和指导。
pdf 教程代码
/*************服务端代码**************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h>
#include <errno.h>
#ifndef _WIN32
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <unistd.h>
#else
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#endif
#include "pthread.h"
#include <openssl/rsa.h>
#include <openssl/crypto.h>
#include <openssl/x509.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
#define CERTF "certs/sslservercert.pem"
#define KEYF "certs/sslserverkey.pem"
#define CAFILE "certs/cacert.pem"
pthread_mutex_t mlock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_mutex_t *lock_cs;
static long *lock_count;
#define CHK_NULL(x) \
if ((x) == NULL) \
{
\
printf("null\n"); \
}
#define CHK_ERR(err, s) \
if ((err) == -1) \
{
\
printf(" -1 \n"); \
}
#define CHK_SSL(err) \
if ((err) == -1) \
{
\
printf(" -1 \n"); \
}
#define CAFILE "certs/cacert.pem"
int verify_callback_server(int ok, X509_STORE_CTX *ctx)
{
printf("verify_callback_server \n");
return ok;
}
int SSL_CTX_use_PrivateKey_file_pass(SSL_CTX *ctx, char *filename, char *pass)
{
EVP_PKEY *pkey = NULL;
BIO *key = NULL;
key = BIO_new(BIO_s_file());
BIO_read_filename(key, filename);
pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(key, NULL, NULL, pass);
if (pkey == NULL)
{
printf("PEM_read_bio_PrivateKey err");
return -1;
}
if (SSL_CTX_use_PrivateKey(ctx, pkey) <= 0)
{
printf("SSL_CTX_use_PrivateKey err\n");
return -1;
}
BIO_free(key);
return 1;
}
static int s_server_verify = SSL_VERIFY_NONE;
void *thread_main(void *arg)
{
SOCKET s, AcceptSocket;
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
struct sockaddr_in service;
int err;
size_t client_len;
SSL_CTX *ctx;
SSL *ssl;
X509 *client_cert;
char *str;
char buf[1024];
SSL_METHOD *meth;
ssl = (SSL *)arg;
s = SSL_get_fd(ssl); // SSL_get_fd
err = SSL_accept(ssl); // SSL_accept
if (err < 0)
{
printf("ssl accerr\n");
return;
}
printf("SSL connection using %s\n", SSL_get_cipher(ssl));
client_cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
if (client_cert != NULL)
{
printf("Client certificate:\n");
str = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(client_cert), 0, 0);
CHK_NULL(str);
printf("\t subject: %s\n", str);
OPENSSL_free(str);
str = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(client_cert), 0, 0);
CHK_NULL(str);
printf("\t issuer: %s\n", str);
OPENSSL_free(str);
X509_free(client_cert);
}
else
{
printf("Client does not have certificate.\n");
}
memset(buf, 0, 1024);
err = SSL_read(ssl, buf, sizeof(buf) - 1); // SSL_read
if (err < 0)
{
printf("ssl read err\n");
closesocket(s);
return;
}
printf("get : %s\n", buf);
#if 0
buf[err] = '\0'; // SSL_write
err = SSL_write (ssl, "I hear you.", strlen("I hear you.")); CHK_SSL(err);
#endif
SSL_free(ssl);
closesocket(s);
}
pthread_t pthreads_thread_id(void)
{
pthread_t ret;
ret = pthread_self();
return (ret);
}
void pthreads_locking_callback(int mode, int type, char *file,
int line)
{
if (mode & CRYPTO_LOCK)
{
pthread_mutex_lock(&(lock_cs[type]));
lock_count[type]++;
}
else
{
pthread_mutex_unlock(&(lock_cs[type]));
}
}
/*
SSL_CTX：数据结构主要用于SSL 握手前的环境准备,设置CA 文件和目录、设置SSL 握手中的证书文件和私钥、设置协议版本以及其他一些SSL 握手时的选项;
SSL：数据结构主要用于SSL 握手以及传送应用数据;
SSL_SESSION：中保存了主密钥、session id、读写加解密钥、读写MAC 密钥等信息;
SSL_CTX 中缓存了所有SSL_SESSION 信息,SSL 中包含SSL_CTX。
*/
int main()
{
int err;
int i;
SOCKET s, AcceptSocket;
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
struct sockaddr_in service;
pthread_t pid;
size_t client_len;
SSL_CTX *ctx;
SSL *ssl;
X509 *client_cert;
char *str;
char buf[1024];
SSL_METHOD *meth;
SSL_load_error_strings();
SSLeay_add_ssl_algorithms();
meth = SSLv3_server_method();
ctx = SSL_CTX_new(meth);
if (!ctx)
{
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(2);
}
if ((!SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, CAFILE, NULL)) ||
(!SSL_CTX_set_default_verify_paths(ctx)))
{
printf("err\n");
exit(1);
}
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, CERTF, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)
{
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(3);
}
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file_pass(ctx, KEYF, "123456") <= 0)
{
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(4);
}
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx))
{
fprintf(stderr, "Private key does not match the certificate public key\n");
exit(5);
}
s_server_verify = SSL_VERIFY_PEER | SSL_VERIFY_FAIL_IF_NO_PEER_CERT |
SSL_VERIFY_CLIENT_ONCE;
SSL_CTX_set_verify(ctx, s_server_verify, verify_callback_server);
SSL_CTX_set_client_CA_list(ctx, SSL_load_client_CA_file(CAFILE));
wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);
err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
if (err != 0)
{
printf("err\n");
return -1;
}
s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); // socket，第一步
if (s < 0)
{
return -1;
}
service.sin_family = AF_INET;
service.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
service.sin_port = htons(1111);
if (bind(s, (SOCKADDR *)&service, sizeof(service)) == SOCKET_ERROR) // bind
{
printf("bind() failed.\n");
closesocket(s);
return -1;
}
if (listen(s, 1) == SOCKET_ERROR) // listen
{
printf("Error listening on socket.\n");
}
printf("recv .....\n");
lock_cs = OPENSSL_malloc(CRYPTO_num_locks() * sizeof(pthread_mutex_t));
lock_count = OPENSSL_malloc(CRYPTO_num_locks() * sizeof(long));
for (i = 0; i < CRYPTO_num_locks(); i++)
{
lock_count[i] = 0;
pthread_mutex_init(&(lock_cs[i]), NULL);
}
// 多线程需要设置的两个回调函数
CRYPTO_set_id_callback((unsigned long (*)())pthreads_thread_id);
CRYPTO_set_locking_callback((void (*)())pthreads_locking_callback);
while (1)
{
struct timeval tv;
fd_set fdset;
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 0;
FD_ZERO(&fdset);
FD_SET(s, &fdset);
select(s + 1, &fdset, NULL, NULL, (struct timeval *)&tv);
if (FD_ISSET(s, &fdset))
{
AcceptSocket = accept(s, NULL, NULL); // accept
ssl = SSL_new(ctx); // SSL_new
CHK_NULL(ssl);
err = SSL_set_fd(ssl, AcceptSocket); // SSL_set_fd
if (err > 0)
{
err = pthread_create(&pid, NULL, &thread_main, (void *)ssl);
pthread_detach(pid);
}
else
continue;
}
}
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
/**************客户端代码**************/
#include <stdio.h>
#include <memory.h>
#include <errno.h>
#ifndef _WIN32
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <unistd.h>
#else
#include <windows.h>
#endif
#include "pthread.h"
#include <openssl/crypto.h>
#include <openssl/x509.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
#define MAX_T 1000
#define CLIENTCERT "certs/sslclientcert.pem"
#define CLIENTKEY "certs/sslclientkey.pem"
#define CAFILE "certs/cacert.pem"
static pthread_mutex_t *lock_cs;
static long *lock_count;
pthread_t pthreads_thread_id(void)
{
pthread_t ret;
ret = pthread_self();
return (ret);
}
void pthreads_locking_callback(int mode, int type, char *file,
int line)
{
if (mode & CRYPTO_LOCK)
{
pthread_mutex_lock(&(lock_cs[type]));
lock_count[type]++;
}
else
{
pthread_mutex_unlock(&(lock_cs[type]));
}
}
int verify_callback(int ok, X509_STORE_CTX *ctx)
{
printf("verify_callback\n");
return ok;
}
int SSL_CTX_use_PrivateKey_file_pass(SSL_CTX *ctx, char *filename, char *pass)
{
EVP_PKEY *pkey = NULL;
BIO *key = NULL;
key = BIO_new(BIO_s_file());
BIO_read_filename(key, filename);
pkey = PEM_read_bio_PrivateKey(key, NULL, NULL, pass);
if (pkey == NULL)
{
printf("PEM_read_bio_PrivateKey err");
return -1;
}
if (SSL_CTX_use_PrivateKey(ctx, pkey) <= 0)
{
printf("SSL_CTX_use_PrivateKey err\n");
return -1;
}
BIO_free(key);
return 1;
}
void *thread_main(void *arg)
{
int err, buflen, read;
int sd;
SSL_CTX *ctx = (SSL_CTX *)arg;
struct sockaddr_in dest_sin;
SOCKET sock;
PHOSTENT phe;
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
SSL *ssl;
X509 *server_cert;
char *str;
char buf[1024];
SSL_METHOD *meth;
FILE *fp;
wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);
err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
if (err != 0)
{
printf("WSAStartup err\n");
return -1;
}
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // socket，第一步
dest_sin.sin_family = AF_INET;
dest_sin.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
dest_sin.sin_port = htons(1111);
again:
err = connect(sock, (PSOCKADDR)&dest_sin, sizeof(dest_sin)); // connect
if (err < 0)
{
Sleep(1);
goto again;
}
ssl = SSL_new(ctx); // SSL_new
if (ssl == NULL)
{
printf("ss new err\n");
return;
}
SSL_set_fd(ssl, sock); //SSL_connect
err = SSL_connect(ssl);
if (err < 0)
{
printf("SSL_connect err\n");
return;
}
printf("SSL connection using %s\n", SSL_get_cipher(ssl));
server_cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
printf("Server certificate:\n");
str = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(server_cert), 0, 0);
printf("\t subject: %s\n", str);
OPENSSL_free(str);
str = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(server_cert), 0, 0);
printf("\t issuer: %s\n", str);
OPENSSL_free(str);
X509_free(server_cert);
err = SSL_write(ssl, "Hello World!", strlen("Hello World!")); // SSL_write
if (err < 0)
{
printf("ssl write err\n");
return;
}
#if 0
memset(buf,0,ONE_BUF_SIZE);
err = SSL_read (ssl, buf, sizeof(buf) - 1); // SSL_read
if(err<0)
{
printf("ssl read err\n");
return ;
}
buf[err] = '\0';
printf ("Got %d chars:'%s'\n", err, buf);
#endif
SSL_shutdown(ssl); /* send SSL/TLS close_notify */
SSL_free(ssl);
closesocket(sock);
}
int main()
{
int err, buflen, read;
int sd;
struct sockaddr_in dest_sin;
SOCKET sock;
PHOSTENT phe;
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
SSL_CTX *ctx;
SSL *ssl;
X509 *server_cert;
char *str;
char buf[1024];
SSL_METHOD *meth;
int i;
pthread_t pid[MAX_T];
SSLeay_add_ssl_algorithms();
meth = SSLv3_client_method();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(meth);
if (ctx == NULL)
{
printf("ssl ctx new eer\n");
return -1;
}
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, CLIENTCERT, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)
{
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(3);
}
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file_pass(ctx, CLIENTKEY, "123456") <= 0)
{
ERR_print_errors_fp(stderr);
exit(4);
}
lock_cs = OPENSSL_malloc(CRYPTO_num_locks() * sizeof(pthread_mutex_t));
lock_count = OPENSSL_malloc(CRYPTO_num_locks() * sizeof(long));
for (i = 0; i < CRYPTO_num_locks(); i++)
{
lock_count[i] = 0;
pthread_mutex_init(&(lock_cs[i]), NULL);
}
// 多线程需要设置的两个回调函数
CRYPTO_set_id_callback((unsigned long (*)())pthreads_thread_id);
CRYPTO_set_locking_callback((void (*)())pthreads_locking_callback);
for (i = 0; i < MAX_T; i++)
{
err = pthread_create(&(pid[i]), NULL, &thread_main, (void *)ctx);
if (err != 0)
{
printf("pthread_create err\n");
continue;
}
}
for (i = 0; i < MAX_T; i++)
{
pthread_join(pid[i], NULL);
}
SSL_CTX_free(ctx);
printf("test ok\n");
return 0;
}
