简单认识一下mbedTLS
认识mbedTLS
认识mbedTLS是在code里面一个文件夹的名字,好奇这个是什么。
mbedTLS(前身 PolarSSL)是一个由 ARM 公司开源和维护的 SSL/TLS 算法库。其使用 C 编程语言以最小的编码占用空间实现了 SSL/TLS 功能及各种加密算法,易于理解、使用、集成和扩展,方便开发人员轻松地在嵌入式产品中使用 SSL/TLS 功能。
mbedTLS主要是面向小型嵌入式设备,代码紧凑,最小完整的TLS堆栈需要60KB的程序空间和64KB的RAM空间,而且执行效率高,可以说是行业内最小巧的SSL加密算法库。
另外,mbedTLS是高度模块化的设计:每个组件,如加密函数,可以独立于框架的其余部分使用。mbedTLS完全是由C语言编写的,没有外部依赖,因此,mbedTLS是应用于嵌入式系统最理想的TLS加密算法库。更重要的一点是,mbedTSL是完全OpenSource的,支持Apache 2.0 license 或者GPL 2.0 license双重许可,可以自由应用于商业项目中。
mbedTLS 软件包提供了如下的能力:
- 完整的 SSL v3、TLS v1.0、TLS v1.1 和 TLS v1.2 协议实现
- X.509 证书处理
- 基于 TCP 的 TLS 传输加密+
- 基于 UDP 的 DTLS(Datagram TLS)传输加密
- 其它加解密库实现
二、安全通信连接应用工作原理
mbedTLS 建立安全通信连接需要经过以下几个步骤:
- 初始化 SSL/TLS 上下文
- 建立 SSL/TLS 握手
- 发送、接收数据
- 交互完成,关闭连接
其中,最关键的步骤就是 SSL/TLS 握手 连接的建立,这里需要进行证书校验。
1-SSL/TLS 握手流程
2-DTLS 握手流程
为了避免拒绝服务攻击,DTLS采用和IKE一样的无状态 cookie 技术。当客户端发送 client hello 消息后,服务器发送 HelloVerifyRequest 消息,这个消息包含了无状态 cookie。客户端收到之后必须重传添加上了 cookie 的 clienthello。
DTLS 握手流程如下图所示:
三、mbedTLS常用结构体
1. 公钥算法类型mbedtls_pk_type_t
/** \brief Public key types*/
typedef enum {MBEDTLS_PK_NONE=0,MBEDTLS_PK_RSA,MBEDTLS_PK_ECKEY,MBEDTLS_PK_ECKEY_DH,MBEDTLS_PK_ECDSA,MBEDTLS_PK_RSA_ALT,MBEDTLS_PK_RSASSA_PSS,MBEDTLS_PK_SM2,
} mbedtls_pk_type_t;
2. 摘要算法类型mbedtls_md_type_t
typedef enum {MBEDTLS_MD_NONE=0,MBEDTLS_MD_MD2,MBEDTLS_MD_MD4,MBEDTLS_MD_MD5,MBEDTLS_MD_SHA1,MBEDTLS_MD_SHA224,MBEDTLS_MD_SHA256,MBEDTLS_MD_SHA384,MBEDTLS_MD_SHA512,MBEDTLS_MD_RIPEMD160,MBEDTLS_MD_SM3,
} mbedtls_md_type_t;
3. 公钥上下文mbedtls_pk_context
/*** \brief Public key container*/
typedef struct
{const mbedtls_pk_info_t * pk_info; /**< Public key informations 公钥信息 */void * pk_ctx; /**< Underlying public key context 底层公钥上下文*/
} mbedtls_pk_context;
4. 解析证书得到的mbedtls_pk_info_t
struct mbedtls_pk_info_t //解析证书得到的
{/** Public key type */mbedtls_pk_type_t type;/** Type name */const char *name;/** Get key size in bits */size_t (*get_bitlen)( const void * );/** Tell if the context implements this type (e.g. ECKEY can do ECDSA) */int (*can_do)( mbedtls_pk_type_t type );/** Verify signature *///验证签名,证书,秘钥交换时服务器签名(如果有的话)int (*verify_func)( void *ctx, mbedtls_md_type_t md_alg,const unsigned char *hash, size_t hash_len,const unsigned char *sig, size_t sig_len );/** Make signature *///用秘钥来加密int (*sign_func)( void *ctx, mbedtls_md_type_t md_alg,const unsigned char *hash, size_t hash_len,unsigned char *sig, size_t *sig_len,int (*f_rng)(void *, unsigned char *, size_t),void *p_rng );/** Decrypt message *///秘钥交换,服务器解密使用int (*decrypt_func)( void *ctx, const unsigned char *input, size_t ilen,unsigned char *output, size_t *olen, size_t osize,int (*f_rng)(void *, unsigned char *, size_t),void *p_rng );/** Encrypt message */ //秘钥交换时加密秘钥用int (*encrypt_func)( void *ctx, const unsigned char *input, size_t ilen,unsigned char *output, size_t *olen, size_t osize,int (*f_rng)(void *, unsigned char *, size_t),void *p_rng );/** Check public-private key pair */int (*check_pair_func)( const void *pub, const void *prv );/** Allocate a new context */void * (*ctx_alloc_func)( void );/** Free the given context */void (*ctx_free_func)( void *ctx );/** Interface with the debug module */void (*debug_func)( const void *ctx, mbedtls_pk_debug_item *items );
};
四、mbedTLS使用事例
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。
五、mbedTLS_API分析
应用层 API 是提供给用户在 App 中直接使用的 API,这部分 API 屏蔽了 mbedtls 内部具体的操作步骤,简化了用户使用。
这里分享 【ARM mbedtls API】 手册给大家。
六、mbedtls安装与入门
如果你实在忍不住你的手,想自己实际操作一下,可以参考前辈的这篇blog:【mbedtls安装与入门】
https://blog.csdn.net/HORHEART/article/details/119973660
https://www.cnblogs.com/god-of-death/p/14365980.html
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