【转】证书的应用之一 —— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）
前面两部分分别讲解了如何在.net程序中使用SSL实现安全通信以及SSL的通信过程，并通过抓包工具具体分析了ssl的握手过程，本文通过一个demo来模拟ssl协议，在TCP之上实现自己的安全通信。
创建证书
为了实现安全的通信，必须使用证书对传输的数据进行加密，有两种方法可以得到证书，一是安装CA服务器，使用CA来发放证书，二是通过makecert.exe工具自己创建。
创建服务器证书：
cmd>makecert.exe -r -pe -n "CN=MySslServer" -sky Exchange -ss
My
创建客户端证书
cmd>makecert.exe -r -pe -n "CN=MySslClient" -sky Exchange -ss
My
关于makecert.exe的更多信息可以操作这里。
建立TCP连接
使用普通的Socket类来建立TCP连接即可。后续的握手，传输数据都是在TCP之上的，在这里，定义每条信息的第一个字节是类型，0x01是整数，0x02是session
key，0x03是应用层数据，0x04是错误信息，未使用。
我们知道TCP通信是stream的，消息没有边界，有可能发送方发送的数据，在接收方两次才能接收完，或者发送方连续发送两次数据，接收方一次就全部接受，这就要求应用层自己对消息的边界进行区分，常用的有3种方法，一是固定长度，所有消息长度一样，不够就填充，显然不够实用而且浪费带宽；二是定义消息边界，每条消息以固定字节流结尾如，如果传输的数据刚好含有这样的字节流，就必须进行转义；三是消息的起始处使用固定字节来描述本消息的长度。本文为方便起见，没有进行消息边界处理，每两次发送有个间隔。
交换证书
在TCP连接建立之后，开始进行握手过程，主要是交换证书，交换session key。
server与client各自将自己的证书发送给对方，证书被export成.cer格式，只含有public
key。证书的作用一是交换session key，二是发送数据时签名。
byte[]
certBytes
=
so.localCert.Export(X509ContentType.Cert);
2
byte[]
sentBytes
=
AddType(certBytes, type);
3
so.workSocket.Send(sentBytes,
0,
sentBytes.Length, SocketFlags.None);
4
Console.WriteLine("Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
5
PrintCert(so.localCert);
6
。。。。。。
7
byte[]
data
=
RemoveType(so.buffer, read);
8
so.remoteCert
=
new
X509Certificate2(data);
9
Console.WriteLine("Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<");
10
PrintCert(so.remoteCert);
交换session
key
本demo使用DES对称算法来加密，必须在发送应用层数据之前交换算法的key，使用双方约定固定的IV。
其中一方生成随机的key，用对方的证书加密，调用RSA的Encrypt方法，会使用Public
key，将加密后的数据发送给对方，由于只有对方才有证书的private
key，所以也只有对方才能解密出key，第三方即使中途截获了数据也不能破解出key。
生成session
key
RSACryptoServiceProvider rsa
=
(RSACryptoServiceProvider)so.remoteCert.PublicKey.Key;
2
byte[]
encrypedSessionKey
=
rsa.Encrypt(so.localSessionKey,
false);
3
byte[]
sentBytes
=
AddType(encrypedSessionKey, type);
4
so.workSocket.Send(sentBytes,
0,
sentBytes.Length, SocketFlags.None);
5
Console.WriteLine("Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
6
PrintSessionKey(so.localSessionKey);
—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）" title="【转】证书的应用之一 —— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">解析sessionkey
byte[]
data
=
RemoveType(so.buffer, read);
2
RSACryptoServiceProvider rsa
=
(RSACryptoServiceProvider)so.localCert.PrivateKey;
3
so.remoteSessionKey
=
rsa.Decrypt(data,
false);
4
Console.WriteLine("Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<");
5
PrintSessionKey(so.remoteSessionKey);
发送加密和签名数据
发送数据使用DES算法加密，防止被第三方截获；同时对发送的数据签名，让对方确认数据没有被篡改并且确认数据是自己发送的。
数据格式:
|
0x03 |
密文长度 |
密文 |
签名长度 |
签名 |
密文使用DES算法机密得到。
key，接收方收到数据后，用DES解密出原文，对原文计算hash，然后对收到的签名使用对方的证书的public
key还原，比较与hash是否一致。
—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）" title="【转】证书的应用之一 —— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">加密数据并签名
MemoryStream memoryStream
=
new
MemoryStream();
2
3
//
encrypt
4
DESCryptoServiceProvider des
=
new
DESCryptoServiceProvider();
5
ICryptoTransform cTransform
=
des.CreateEncryptor(so.remoteSessionKey,
new
byte[8]);
6
MemoryStream ms
=
new
MemoryStream();
7
CryptoStream encStream
=
new
CryptoStream(ms, cTransform, CryptoStreamMode.Write);
8
encStream.Write(so.sentData,
0,
so.sentData.Length);
9
encStream.FlushFinalBlock();
10
11
byte[]
temp
=
ms.ToArray();
12
memoryStream.Write(BitConverter.GetBytes(temp.Length),
0,
4);
13
memoryStream.Write(temp,
0,
temp.Length);
14
15
//
hash
16
MD5CryptoServiceProvider md5
=
new
MD5CryptoServiceProvider();
17
byte[]
hash
=
md5.ComputeHash(so.sentData);
18
19
//
sign
20
RSACryptoServiceProvider rsa
=
(RSACryptoServiceProvider) so.localCert.PrivateKey;
21
byte[]
sign
=
rsa.SignHash(hash, CryptoConfig.MapNameToOID("MD5"));
22
23
memoryStream.Write(BitConverter.GetBytes(sign.Length),
0,
4);
24
memoryStream.Write(sign,
0,
sign.Length);
25
26
byte[]
sentBytes
=
AddType(memoryStream.ToArray(), type);
27
so.workSocket.Send(sentBytes,
0,
sentBytes.Length, SocketFlags.None);
28
Console.WriteLine("Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
29
PrintData(so.sentData);
—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）" title="【转】证书的应用之一 —— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">解密数据并验证
byte[]
data
=
RemoveType(so.buffer, read);
2
3
//
Decrypt
4
DESCryptoServiceProvider des
=
new
DESCryptoServiceProvider();
5
ICryptoTransform cTransform
=
des.CreateDecryptor(so.localSessionKey,
new
byte[8]);
6
int
len
=
BitConverter.ToInt32(data,
0);
7
byte[]
cipherText
=
new
byte[len];
8
Array.Copy(data,
4,
cipherText,
0,
len);
9
MemoryStream ms2
=
new
MemoryStream(cipherText);
10
CryptoStream decStream
=
new
CryptoStream(ms2, cTransform, CryptoStreamMode.Read);
11
12
Byte[] tempBuffer
=
new
Byte[1024];
13
Byte[] outputBytes
=
new
byte[0];
14
int
nRead
=
decStream.Read(tempBuffer,
0,
tempBuffer.Length);
15
int
nLength
=
0;
16
while
(0
!=
nRead)
17
{
18
nLength
=
outputBytes.Length;
19
Array.Resize(ref
outputBytes, nLength
+
nRead);
20
Array.Copy(tempBuffer,
0,
outputBytes, nLength, nRead);
21
nRead
=
decStream.Read(tempBuffer,
0,
tempBuffer.Length);
22
}
23
so.recvData
=
outputBytes;
24
Console.WriteLine("Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<");
25
PrintData(so.recvData);
26
27
//
hash
28
MD5CryptoServiceProvider md5
=
new
MD5CryptoServiceProvider();
29
byte[]
hash
=
md5.ComputeHash(so.recvData);
30
31
//
verify
32
int
signlen
=
BitConverter.ToInt32(data, len
+
4);
33
byte[]
sign
=
new
byte[signlen];
34
Array.Copy(data,
4+len+4,sign,
0,
signlen);
35
RSACryptoServiceProvider rsa
=
(RSACryptoServiceProvider)so.remoteCert.PublicKey.Key;
36
try
37
{
38
bool
verify
=
rsa.VerifyHash(hash, CryptoConfig.MapNameToOID("MD5"),
sign);
39
if
(verify)
40
{
41
Console.WriteLine("verify
correct!");
42
}
43
else
44
{
45
Console.WriteLine("verify
error!");
46
}
47
}
48
catch
49
{
50
Console.WriteLine("verify
error!");
51
return
PackageType.Error;
52
}
—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）" title="【转】证书的应用之一 —— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">
C:\D\BACKUP\Projects\TestProject\MySSLServer\bin\Debug>MySSLServer.exe
2
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
3
============================================
4
cert
5
============================================
6
Subject: CN=MySslClient
7
Issuer: CN=MySslClient
8
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3
9
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7/7/2010
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10
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1/1/2040
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13
Friendly Name: RSA
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81
89
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81
81
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9f 6f
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c9
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b5 dc
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f2 1a 1d f8 e0 b6 f9 cc da
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2b e3
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dc
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cf
19
3f f7
58
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d6 bd 4e 3f a4
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5b
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2f
02
03
01
00
01
18
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
19
============================================
20
cert
21
============================================
22
Subject: CN=MySslServer
23
Issuer: CN=MySslServer
24
Version:
3
25
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7/7/2010
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26
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1/1/2040
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28
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29
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30
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df cd bf
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c7
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b5
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c9 6d b0 fc
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ce e8
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be ae
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ee
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ce eb cb 5e fe
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ef e0
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fa df 9e ed 8b 2d e0 ed bf
03
02
03
01
00
01
34
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
35
============================================
36
session key
37
============================================
38
Session Key:
44
97
AC
07
5E
41
27
0B[8]
39
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
40
============================================
41
session key
42
============================================
43
Session Key: BD
28
62
18
04
90
C9
57[8]
44
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
45
============================================
46
data
47
============================================
48
It's
just a text.
49
verify
correct!
50
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
51
============================================
52
data
53
============================================
54
Response to client.
—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）" title="【转】证书的应用之一 —— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">
C:\D\BACKUP\Projects\TestProject\MySSLClient\bin\Debug>MySSLClient.exe
10.175.13.77
2
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
3
============================================
4
cert
5
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6
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7
Issuer: CN=MySslClient
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b5 dc
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16
2b e3
16
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5f 9c
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6a
79
54
53
4f
08
10
dc b9
53
f1 c8 d4 bd 3d c4
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1d db a2
76
65
8c
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a3 cd
88
0d a0
72
0e
93
3a
17
64
62
dc
90
cf
19
3f f7
58
59
d6 bd 4e 3f a4
15
30
5b
36
75
2f
02
03
01
00
01
18
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
19
============================================
20
cert
21
============================================
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Issuer: CN=MySslServer
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6a
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fa df 9e ed 8b 2d e0 ed bf
03
02
03
01
00
01
34
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
35
============================================
36
session key
37
============================================
38
Session Key: BD
28
62
18
04
90
C9
57[8]
39
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
40
============================================
41
session key
42
============================================
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Session Key:
44
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44
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
45
============================================
46
data
47
============================================
48
It's
just a text.
49
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
50
============================================
51
data
52
============================================
53
Response to client.
54
verify correct!
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