基于C++和OpenSSL实现的SSL网络通信

一、实验内容

• 安装openSSL

• 编写一个服务器的程序，服务器端的功能是建立SSL网络服务，接受客户端的SSL连接，收发SSL消息

• 编写一个客户端的程序，客户端的功能是通过SSL协议连接服务器，收发SSL消息

• 生成SSL证书

• 撰写试验报告，包括了服务器端和客户端运行结果截图，以及生成的SSL证书

二、实验框架

程序分为两部分，客户端和服务器端，我们的目的是利用SSL/TLS的特性保证通信双方能够互相验证对方身份(真实性)，并保证数据的完整性， 私密性。

服务器认证阶段

• 客户端向服务器发送一个开始信息“Hello”以便开始一个新的会话连接

• 服务器根据客户的信息确定是否需要生成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含生成主密钥所需的信息

• 客户根据收到的服务器响应信息，产生一个主密钥，并用服务器的公开密钥加密后传给服务器

• 服务器恢复该主密钥，并返回给客户一个用主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器

用户认证阶段

在此之前，服务器已经通过了客户认证，这一阶段主要完成对客户的认证。经认证的服务器发送一个提问给客户，客户则返回（数字）签名后的提问和其公开密钥，从而向服务器提供认证。

流程图如下：

客户端以及服务器端的框架如下：

三、实验步骤

3.1 安装openSSL

下载openSSL的exe文件，在 https://slproweb.com/products/Win32OpenSSL.html 网站上下载合适的安装包。

下载完后打开安装，选择安装位置，64位和32位不要安装在同一个目录下。

选择把dll复制到OpenSSL目录下。

安装完成后，如果有捐款意向的可以捐款，没有意向则取消掉钩，然后点“Finish” 。

3.2 VS2017搭建openssl环境

新建空项目，然后配置项目属性（包含目录添加进openssl的include文件夹；库目录添加openssl的lib文件夹）。

将OpenSSL安装目录下bin文件夹中的“libeay32.dll”和“ssleay32.dll”（名字后面的版本号可能因更新而不同）复制到工程目录下。

3.3 生成证书

首先要生成服务器端的私钥（key文件）

openssl genrsa -des3 -out server.key 1024

运行时会提示输入密码,此密码用于加密key文件（参数des3便是指加密算法,当然也可以选用其他你认为安全的算法），以后每当需读取此文件（通过openssl提供的命令或API）都需输入口令。如果觉得不方便，也可以去除这个口令，但一定要采取其他的保护措施！

去除key文件口令的命令：

openssl rsa -in server.key -out server.key

openssl req -new -key server.key -out server.csr

生成Certificate Signing Request（CSR），生成的csr文件交给CA签名后形成服务端自己的证书。屏幕上将有提示，依照其指示一步一步输入要 求的个人信息即可。

对客户端也作同样的命令生成key及csr文件。

openssl genrsa -des3 -out client.key 1024
openssl req -new -key client.key -out client.csr

首先生成CA的key文件，再生成CA自签名的证书。

首先生成CA的key文件：

openssl genrsa-des3 -out ca.key 1024

再生成CA自签名的证书：

openssl req -new -x509 -key ca.key -out ca.crt

用生成的CA的证书为刚才生成的server.csr，client.csr文件签名。

openssl中还附带了一个叫CA.pl的文件，可用其生成文件。

3.4 服务器和客户端程序编写

3.4.1 客户端编写框架

/*生成一个SSL结构*/
meth = SSLv23_client_method();
ctx = SSL_CTX_new (meth); 
ssl = SSL_new(ctx);

/*下面是正常的socket过程*/
fd = socket();
connect();

/*把建立好的socket和SSL结构联系起来*/
SSL_set_fd(ssl,fd);

/*SSL的握手过程*/
SSL_connect(ssl);

/*接下来用SSL_write(), SSL_read()代替原有的write(),read()即可*/
SSL_write(ssl,"我是客户端",strlen("我是客户端"));

3.4.2 服务器编写框架

/*生成一个SSL结构*/
meth = SSLv23_server_method();
ctx = SSL_CTX_new (meth); 
ssl = SSL_new(ctx);

/*下面是正常的socket过程*/
fd = socket();
bind();
listen();
accept();

/*把建立好的socket和SSL结构联系起来*/
SSL_set_fd(ssl,fd);

/*SSL的握手过程*/
SSL_connect(ssl);

/*接下来用SSL_write(), SSL_read()代替原有的write(),read()即可*/
SSL_read (ssl, buf, sizeof(buf));

四、实验结果截图

服务器（server）运行截图和客户端（client1）运行截图，证书信息也在截图中。

经过三次握手，数据交互，服务器收到了客户端传来的“我是客户端消息”，客户端收到了服务器传来的“服务器收到了”数据。