mbedtls入门和使用

1.mbedtls简介

ARM mbedtls使开发人员可以非常轻松地在（嵌入式产品中加入加密和 SSL/TLS 功能。它提供了具有直观的 API 和可读源代码的 SSL 库。该工具即开即用，可以在大部分系统上直接构建它，也可以手动选择和配置各项功能。

mbedtls 库提供了一组可单独使用和编译的加密组件，还可以使用单个配置头文件加入或排除这些组件。
从功能角度来看，该mbedtls分为三个主要部分：

- SSL/TLS 协议实施。
- 一个加密库。
- 一个 X.509 证书处理库。

2.mbedtls安装

下面介绍如何在 Ubuntu/Debian/raspbian环境下正确安装mbedtls。

2.1克隆源代码

前往github克隆最新版的mbedtls源代码。获取最新版源代码之前需要在Ubuntu/Debian中正确安装git工具

 git clone https://github.com/ARMmbed/mbedtls.git

2.2切换分支（可选）

切换到某个release分支，此处选择mbedtls-2.4。

git checkout -b mbedtls-2.4 origin/mbedtls-2.4

通过git checkout可检出具体分支

- checkout 切换分支
- -b mbedtls-2.4 创建本地分支
- origin/mbedtls-2.4 切换到远程分支mbedtls-2.4

2.3查看分支

通过git branch查看分支，确认已经切换到mbedtls-2.4分支

git branch development
* mbedtls-2.4

2.4安装

mbedtls支持make、cmake等多种安装方式。下面介绍make方式和cmake方式编译源代码，并在目标主机中安装mbedtls动态链接库和头文件。本文推荐使用cmake工具安装mbedtls。

make方式

make SHARED=1
sudo make install

使用make时默认情况下并不会生成动态链接库
SHARED=1 生成动态链接库

cmake方式（推荐）
cmake方式比make方式的步骤要多一些，如果目标主机并没有安装cmake工具，可通过apt-get工具安装cmake

1.# 更新软件源
2.sudo apt-get update
3.# 通过软件源安装cmake
4.sudo apt-get install cmake
5.# 生成makefile文件，启用生成动态链接库选项
6.cmake -DUSE_SHARED_MBEDTLS_LIBRARY=On .
7.# 以下步骤和make方式相同
8.make
9.sudo make install

-DUSE_SHARED_MBEDTLS_LIBRARY=On 生成动态链接库
使用cmake时，不要忘记之后cmake指令之后的 . ，该点表示当前目录

2.5修改mbedtls配置

mbedtls也可以通过修改配置文件的方式进行裁剪，mbedtls提供了几个参考模板，具体的config.h文件可参考mbedtls/configs目录，该目录中包括config-ccm-psk-tls1_2.h, config-mini-tls1_1.h等文件。和mbedtls安装方法相似，可通过make方法和cmake方法修改具体配置。

make方法

1.# 设置MBEDTLS_CONFIG_FILE宏，指向config-ccm-psk-tls1_2.h
2.CFLAGS="-I$PWD/configs -DMBEDTLS_CONFIG_FILE='<config-ccm-psk-tls1_2.h>'"
3.# 重新编译
4.make

cmake方法

1.# 删除之前cmake相关中间文件，但是不包括CMakeLists.txt文件
2.find . -iname '*cmake*' -not -name CMakeLists.txt -exec rm -rf {} +
3.# 指定配置文件为 config-ccm-psk-tls1_2.h，重新编译
4.CFLAGS="-I$PWD/configs -DMBEDTLS_CONFIG_FILE='<config-ccm-psk-tls1_2.h>'" cmake .

2.6安装总结

默认情况下动态链接库安装至 /usr/local/lib 包括libmbedtls.so libmbedcrypto.so libmbedx509.so
默认情况下头文件安装至 /usr/local/include/mbedtls
默认情况下 mbedtls的相关工具将安装只 /usr/local/bin目录下，例如gen_key等

3.基础示例

示例代码
下面我们通过一个示例来说明如何使用mbedtls。这个示例通过介绍如何使用HMAC算法生成一个消息认证码。hmac-test.c代码如下：

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include "mbedtls/md.h"#define mbedtls_printf     printfint main(void)
{int ret;unsigned char secret[] = "a secret";unsigned char buffer[] = "some data to hash";unsigned char digest[32];mbedtls_md_context_t sha_ctx;mbedtls_md_init(&sha_ctx);memset(digest, 0x00, sizeof(digest));ret = mbedtls_md_setup(&sha_ctx, mbedtls_md_info_from_type(MBEDTLS_MD_SHA256), 1);if (ret != 0){mbedtls_printf("  ! mbedtls_md_setup() returned -0x%04x\n", -ret);goto exit;}mbedtls_md_hmac_starts(&sha_ctx, secret, sizeof(secret) - 1);mbedtls_md_hmac_update(&sha_ctx, buffer, sizeof(buffer) - 1);mbedtls_md_hmac_finish(&sha_ctx, digest );mbedtls_printf("HMAC: ");for (int i = 0; i < sizeof(digest); i++)mbedtls_printf("%02X", digest[i]);mbedtls_printf("\n");exit:mbedtls_md_free( &sha_ctx );return ret;
}

hmac算法需要两个参数，一个称为秘钥，此处为secret，另一个称为消息，此处为buffer
消息认证码保留在 digest 数组中
此处hmac算法选择sha256算法作为单向散列函数，所以hmac的计算结果一定为32字节。
在mbedtls中，消息认证码的生成分为三个步骤

mbedtls_md_hmac_starts 设置密钥
mbedtls_md_hmac_update 填充消息，本示例仅填充了一次
mbedtls_md_hmac_finish 生成消息认证码，结果保存至digest中

最后把digest使用HEX格式打印至控制台

cmake
在hmac-test.c同目录中新建一个名为Cmakelists.txt的文件，文件内容如下

cmake_minimum_required(VERSION 2.6)
# 定义工程名称
project("hmac-test")# 定义依赖动态链接库
set(libsmbedtlsmbedcrypto mbedx509
)set(targetshmac-test
)add_executable(hmac-test hmac-test.c)
target_link_libraries(hmac-test ${libs})

验证测试

# 生成makefile文件
cmake .
# 执行makefile，生成可执行文件hmac-test
make
# 运行可执行文件hmac-test
./hmac-test
# 控制台输出运行结果
HMAC: 7FD04DF92F636FD450BC841C9418E5825C17F33AD9C87C518115A45971F7F77E