【转】证书的应用之一 —— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）

原文链接

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。

—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">

1
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);

—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">

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。

—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">

生成session
key

1
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）">

—— 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session
key

1
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。

对原文使用hash算法，并使用自己的证明对hash进行签名，签名是使用的private
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）">

—— 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

1
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

byte[]
temp
=
ms.ToArray();
12

memoryStream.Write(BitConverter.GetBytes(temp.Length),

4);

13

memoryStream.Write(temp,
0,
temp.Length);
14

//
hash

16

MD5CryptoServiceProvider md5
=
new
MD5CryptoServiceProvider();
17

byte[]
hash
=
md5.ComputeHash(so.sentData);
18

//
sign

20

RSACryptoServiceProvider rsa
=
(RSACryptoServiceProvider) so.localCert.PrivateKey;
21

byte[]
sign
=
rsa.SignHash(hash, CryptoConfig.MapNameToOID("MD5"));

22

memoryStream.Write(BitConverter.GetBytes(sign.Length),

4);

24

memoryStream.Write(sign,
0,
sign.Length);
25

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）">

—— 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

1
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

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

//
hash

28

MD5CryptoServiceProvider md5
=
new
MD5CryptoServiceProvider();
29

byte[]
hash
=
md5.ComputeHash(so.recvData);
30

//
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）">

运行结果

—— 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）">

—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">

1
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
Version:
3

9
Valid Date:
7/7/2010

11:25:28

AM
10

Expiry Date:
1/1/2040

7:59:59

AM
11

Thumbprint: D9AE7CF97A254FCA05EB7B704DDC90878FC56B0C
12

Serial Number: 2500552056343D874C0B714A71CB047B
13

Friendly Name: RSA
14

Public Key Format:
30
81
89
02
81
81
00
9f 6f
17
84
0f
03
a0 8c b7
86
45
49
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37
c9
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24
32
b5 dc
90
31
e4 d6
15

ea
83
45
1f c8 2d dd 2f
81
3e da
09
44
7f 2a cf bb
18
9a
92
28
d3
79
f0
33
b8
04
f2 1a 1d f8 e0 b6 f9 cc da
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16
2b e3
16

8b 8d
82
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53
4f
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10
dc b9
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71
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76
65
8c
37
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88
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0e
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64
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dc
90
cf
19
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58
59
d6 bd 4e 3f a4
15
30
5b
36
75
2f
02
03
01
00
01

18

Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

19

============================================

20

cert
21

============================================

22

Subject: CN=MySslServer

23

Issuer: CN=MySslServer

24

Version:
3

25

Valid Date:
7/7/2010

11:25:32

AM
26

Expiry Date:
1/1/2040

7:59:59

AM
27

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28

Serial Number: 907E95210C949144FD68342B32FD07
29

Friendly Name: RSA
30

Public Key Format:
30
81
89
02
81
81
00
a4
97
38
0d dd c7 fa 6b b3 e6
23
17
df cd bf
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c7
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b5
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c9 6d b0 fc
16
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ee
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c7 e6 f0
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11
ce eb cb 5e fe
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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.

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—— TCP&SSL通信实例及协议分析(下）">

1
C:\D\BACKUP\Projects\TestProject\MySSLClient\bin\Debug>MySSLClient.exe

10.175.13.77

2
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

3
============================================

4
cert

5
============================================

6
Subject: CN=MySslClient

7
Issuer: CN=MySslClient

8
Version:
3

9
Valid Date:
7/7/2010

11:25:28

AM
10

Expiry Date:
1/1/2040

7:59:59

AM
11

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12

Serial Number: 2500552056343D874C0B714A71CB047B
13

Friendly Name: RSA
14

Public Key Format:
30
81
89
02
81
81
00
9f 6f
17
84
0f
03
a0 8c b7
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c9
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b5 dc
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31
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ea
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45
1f c8 2d dd 2f
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3e da
09
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7f 2a cf bb
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9a
92
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f2 1a 1d f8 e0 b6 f9 cc da
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16
2b e3
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8b 8d
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5f 9c
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6a
79
54
53
4f
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10
dc b9
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f1 c8 d4 bd 3d c4
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1d db a2
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8c
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a3 cd
88
0d a0
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dc
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cf
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d6 bd 4e 3f a4
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30
5b
36
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2f
02
03
01
00
01

18

Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<

19

============================================

20

cert
21

============================================

22

Subject: CN=MySslServer

23

Issuer: CN=MySslServer

24

Version:
3

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Valid Date:
7/7/2010

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AM
26

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1/1/2040

7:59:59

AM
27

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Friendly Name: RSA
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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

============================================

43

Session Key:
44
97
AC
07
5E
41
27
0B[8]

44

Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

45

============================================

46

data
47

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It's
just a text.

49

Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<

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data
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