Qt文档阅读笔记-DTLS client解析

此篇博文讲解了DTLS客户端的编写

注意：DTLS客户端需要结合DTLS服务端一起跑才有效果。

这里使用DTLS客户端使用少量的连接可以和一个或多个DTLS服务端进行通信。DtlsAssociation是DTLS客户端连接类。这个类使用了QudpSocket去进行数据报的读写，使用QDtls进行数据报的加密：

  class DtlsAssociation : public QObject{Q_OBJECTpublic:DtlsAssociation(const QHostAddress &address, quint16 port,const QString &connectionName);~DtlsAssociation();void startHandshake();signals:void errorMessage(const QString &message);void warningMessage(const QString &message);void infoMessage(const QString &message);void serverResponse(const QString &clientInfo, const QByteArray &datagraam,const QByteArray &plainText);private slots:void udpSocketConnected();void readyRead();void handshakeTimeout();void pskRequired(QSslPreSharedKeyAuthenticator *auth);void pingTimeout();private:QString name;QUdpSocket socket;QDtls crypto;QTimer pingTimer;unsigned ping = 0;Q_DISABLE_COPY(DtlsAssociation)};

构造函数中最小化配置了TLS，用于DTLS连接的创建，以及配置了IP地址和端口：

      ...auto configuration = QSslConfiguration::defaultDtlsConfiguration();configuration.setPeerVerifyMode(QSslSocket::VerifyNone);crypto.setPeer(address, port);crypto.setDtlsConfiguration(configuration);...

QDtls::handshakeTimeout()信号与handleTimeout()槽函数相关联，处理有问题的数据报，和握手时出现问题时数据的重发：

      ...connect(&crypto, &QDtls::handshakeTimeout, this, &DtlsAssociation::handshakeTimeout);...

使用UDPSocket连接到服务端：

      ...socket.connectToHost(address.toString(), port);...

QUdpSocket::readyRead()信号与readyRead()槽函数相关联

      ...connect(&socket, &QUdpSocket::readyRead, this, &DtlsAssociation::readyRead);...

当一条加密的连接创建后，DtlsAssociation对象会发送一条简短的ping消息到服务端：

  pingTimer.setInterval(5000);connect(&pingTimer, &QTimer::timeout, this, &DtlsAssociation::pingTimeout);

startHandshake()函数用于与服务端的握手：

  void DtlsAssociation::startHandshake(){if (socket.state() != QAbstractSocket::ConnectedState) {emit infoMessage(tr("%1: connecting UDP socket first ...").arg(name));connect(&socket, &QAbstractSocket::connected, this, &DtlsAssociation::udpSocketConnected);return;}if (!crypto.doHandshake(&socket))emit errorMessage(tr("%1: failed to start a handshake - %2").arg(name, crypto.dtlsErrorString()));elseemit infoMessage(tr("%1: starting a handshake").arg(name));}

readyRead()槽函数读取服务端传输过来的数据：

  QByteArray dgram(socket.pendingDatagramSize(), Qt::Uninitialized);const qint64 bytesRead = socket.readDatagram(dgram.data(), dgram.size());if (bytesRead <= 0) {emit warningMessage(tr("%1: spurious read notification?").arg(name));return;}dgram.resize(bytesRead);

如果握手已经完成，随后就是数据的加密了：

  if (crypto.isConnectionEncrypted()) {const QByteArray plainText = crypto.decryptDatagram(&socket, dgram);if (plainText.size()) {emit serverResponse(name, dgram, plainText);return;}if (crypto.dtlsError() == QDtlsError::RemoteClosedConnectionError) {emit errorMessage(tr("%1: shutdown alert received").arg(name));socket.close();pingTimer.stop();return;}emit warningMessage(tr("%1: zero-length datagram received?").arg(name));} else {

如果出现错误，就继续进行握手：

      if (!crypto.doHandshake(&socket, dgram)) {emit errorMessage(tr("%1: handshake error - %2").arg(name, crypto.dtlsErrorString()));return;}

当握手完成，就发送第一个ping消息：

      if (crypto.isConnectionEncrypted()) {emit infoMessage(tr("%1: encrypted connection established!").arg(name));pingTimer.start();pingTimeout();} else {

pskRequired()槽函数在握手期间提供了Pre-Shared Key（PSK）

  void DtlsAssociation::pskRequired(QSslPreSharedKeyAuthenticator *auth){Q_ASSERT(auth);emit infoMessage(tr("%1: providing pre-shared key ...").arg(name));auth->setIdentity(name.toLatin1());auth->setPreSharedKey(QByteArrayLiteral("\x1a\x2b\x3c\x4d\x5e\x6f"));}

上面的代码是比较简洁的，QSslPreSharedKeyAuthenticator类讲解了如何正确的设置PSK及证书相关的设置。

pingTimeout()向服务端发送机密数据：

  void DtlsAssociation::pingTimeout(){static const QString message = QStringLiteral("I am %1, please, accept our ping %2");const qint64 written = crypto.writeDatagramEncrypted(&socket, message.arg(name).arg(ping).toLatin1());if (written <= 0) {emit errorMessage(tr("%1: failed to send a ping - %2").arg(name, crypto.dtlsErrorString()));pingTimer.stop();return;}++ping;}

在握手期间，客户端需要处理超时丢包的现象，这里使用handshakeTimeout()进行处理：

  void DtlsAssociation::handshakeTimeout(){emit warningMessage(tr("%1: handshake timeout, trying to re-transmit").arg(name));if (!crypto.handleTimeout(&socket))emit errorMessage(tr("%1: failed to re-transmit - %2").arg(name, crypto.dtlsErrorString()));}

析构函数中销毁DTLS的连接：

  DtlsAssociation::~DtlsAssociation(){if (crypto.isConnectionEncrypted())crypto.shutdown(&socket);}

错误消息，提示消息，收到服务端的返回值都展示到UI界面上了：

  const QString colorizer(QStringLiteral("<font color=\"%1\">%2</font><br>"));void MainWindow::addErrorMessage(const QString &message){ui->clientMessages->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("Crimson"), message));}void MainWindow::addWarningMessage(const QString &message){ui->clientMessages->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("DarkOrange"), message));}void MainWindow::addInfoMessage(const QString &message){ui->clientMessages->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("DarkBlue"), message));}void MainWindow::addServerResponse(const QString &clientInfo, const QByteArray &datagram,const QByteArray &plainText){static const QString messageColor = QStringLiteral("DarkMagenta");static const QString formatter = QStringLiteral("<br>---------------""<br>%1 received a DTLS datagram:<br> %2""<br>As plain text:<br> %3");const QString html = formatter.arg(clientInfo, QString::fromUtf8(datagram.toHex(' ')),QString::fromUtf8(plainText));ui->serverMessages->insertHtml(colorizer.arg(messageColor, html));}

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