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使用Go实现TLS 服务器和客户端
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2016-06-16 09:19:36
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传输层安全协议(Transport Layer Security,缩写:TLS),及其前身安全套接层(Secure Sockets Layer,缩写:SSL)是一种安全协议,目的是为互联网通信提供安全及数据完整性保障。 SSL包含记录层(Record Layer)和传输层,记录层协议确定了传输层数据的封装格式。传输层安全协议使用X.509认证,之后利用非对称加密演算来对通信方做身份认证,之后交换对称密钥作为会谈密钥(Session key)。这个会谈密钥是用来将通信两方交换的数据做加密,保证两个应用间通信的保密性和可靠性,使客户与服务器应用之间的通信不被攻击者窃听。 本文并没有提供一个TLS的深度教程,而是提供了两个Go应用TLS的简单例子,用来演示使用Go语言快速开发安全网络传输的程序。 # TLS历史 > * 1994年早期,NetScape公司设计了SSL协议(Secure Sockets Layer)的1.0版,但是未发布。 * 1994年11月,NetScape公司发布SSL 2.0版,很快发现有严重漏洞。 * 1996年11月,SSL 3.0版问世,得到大规模应用。 * 1999年1月,互联网标准化组织ISOC接替NetScape公司,发布了SSL的升级版TLS 1.0版。 * 2006年4月和2008年8月,TLS进行了两次升级,分别为TLS 1.1版和TLS 1.2版。最新的变动是2011年TLS 1.2的修订版。 * 现在正在制定 tls 1.3。 # 证书生成 首先我们创建私钥和证书。 ### *服务器端的证书生成* 使用了"服务端证书"可以确保服务器不是假冒的。 1、 生成服务器端的私钥 ```shell openssl genrsa -out server.key 2048 ``` 2、 生成服务器端证书 ```shell openssl req -new -x509 -key server.key -out server.pem -days 2048 ``` ### *客户端的证书生成* 除了"服务端证书",在某些场合中还会涉及到"客户端证书"。所谓的"客户端证书"就是用来证明客户端访问者的身份。 比如在某些金融公司的内网,你的电脑上必须部署"客户端证书",才能打开重要服务器的页面。 我会在后面的例子中演示"客户端证书"的使用。 3、 生成客户端的私钥 ```shell openssl genrsa -out client.key 2048 ``` 4、 生成客户端的证书 ```shell openssl req -new -x509 -key client.key -out client.pem -days 2048 ``` 或者使用下面的脚本: ```shell #!/bin/bash # call this script with an email address (valid or not). # like: # ./makecert.sh demo@random.com mkdir certs echo "make server cert" openssl req -new -nodes -x509 -out certs/server.pem -keyout certs/server.key -days 2048 -subj "/C=DE/ST=NRW/L=Earth/O=Random Company/OU=IT/CN=www.random.com/emailAddress=$1" echo "make client cert" openssl req -new -nodes -x509 -out certs/client.pem -keyout certs/client.key -days 2048 -subj "/C=DE/ST=NRW/L=Earth/O=Random Company/OU=IT/CN=www.random.com/emailAddress=$1" ``` # Golang 例子 Go `Package tls`部分实现了 tls 1.2的功能,可以满足我们日常的应用。`Package crypto/x509`提供了证书管理的相关操作。 ### *服务器证书的使用* 本节代码提供了服务器使用证书的例子。 下面的代码是服务器的例子: ```shell package main import ( "bufio" "crypto/tls" "log" "net" ) func main() { cert, err := tls.LoadX509KeyPair("server.pem", "server.key") if err != nil { log.Println(err) return } config := &tls.Config{Certificates: []tls.Certificate{cert}} ln, err := tls.Listen("tcp", ":443", config) if err != nil { log.Println(err) return } defer ln.Close() for { conn, err := ln.Accept() if err != nil { log.Println(err) continue } go handleConn(conn) } } func handleConn(conn net.Conn) { defer conn.Close() r := bufio.NewReader(conn) for { msg, err := r.ReadString('\n') if err != nil { log.Println(err) return } println(msg) n, err := conn.Write([]byte("world\n")) if err != nil { log.Println(n, err) return } } } ``` 首先从上面我们创建的服务器私钥和pem文件中得到证书`cert`,并且生成一个tls.Config对象。这个对象有多个字段可以设置,本例中我们使用它的默认值。 然后用`tls.Listen`开始监听客户端的连接,accept后得到一个net.Conn,后续处理和普通的TCP程序一样。 然后,我们看看客户端是如何实现的: ```shell package main import ( "crypto/tls" "log" ) func main() { conf := &tls.Config{ InsecureSkipVerify: true, } conn, err := tls.Dial("tcp", "127.0.0.1:443", conf) if err != nil { log.Println(err) return } defer conn.Close() n, err := conn.Write([]byte("hello\n")) if err != nil { log.Println(n, err) return } buf := make([]byte, 100) n, err = conn.Read(buf) if err != nil { log.Println(n, err) return } println(string(buf[:n])) } ``` `InsecureSkipVerify`用来控制客户端是否证书和服务器主机名。如果设置为true,则不会校验证书以及证书中的主机名和服务器主机名是否一致。 因为在我们的例子中使用自签名的证书,所以设置它为true,仅仅用于测试目的。 可以看到,整个的程序编写和普通的TCP程序的编写差不太多,只不过初始需要做一些TLS的配置。 你可以`go run server.go`和`go run client.go`测试这个例子。 ### *客户端证书的使用* 在有的情况下,需要双向认证,服务器也需要验证客户端的真实性。在这种情况下,我们需要服务器和客户端进行一点额外的配置。 服务器端: ```shell package main import ( "bufio" "crypto/tls" "crypto/x509" "io/ioutil" "log" "net" ) func main() { cert, err := tls.LoadX509KeyPair("server.pem", "server.key") if err != nil { log.Println(err) return } certBytes, err := ioutil.ReadFile("client.pem") if err != nil { panic("Unable to read cert.pem") } clientCertPool := x509.NewCertPool() ok := clientCertPool.AppendCertsFromPEM(certBytes) if !ok { panic("failed to parse root certificate") } config := &tls.Config{ Certificates: []tls.Certificate{cert}, ClientAuth: tls.RequireAndVerifyClientCert, ClientCAs: clientCertPool, } ln, err := tls.Listen("tcp", ":443", config) if err != nil { log.Println(err) return } defer ln.Close() for { conn, err := ln.Accept() if err != nil { log.Println(err) continue } go handleConn(conn) } } func handleConn(conn net.Conn) { defer conn.Close() r := bufio.NewReader(conn) for { msg, err := r.ReadString('\n') if err != nil { log.Println(err) return } println(msg) n, err := conn.Write([]byte("world\n")) if err != nil { log.Println(n, err) return } } } ``` 因为需要验证客户端,我们需要额外配置下面两个字段: ``` ClientAuth: tls.RequireAndVerifyClientCert, ClientCAs: clientCertPool, ``` 然后客户端也配置这个clientCertPool: ```shell package main import ( "crypto/tls" "crypto/x509" "io/ioutil" "log" ) func main() { cert, err := tls.LoadX509KeyPair("client.pem", "client.key") if err != nil { log.Println(err) return } certBytes, err := ioutil.ReadFile("client.pem") if err != nil { panic("Unable to read cert.pem") } clientCertPool := x509.NewCertPool() ok := clientCertPool.AppendCertsFromPEM(certBytes) if !ok { panic("failed to parse root certificate") } conf := &tls.Config{ RootCAs: clientCertPool, Certificates: []tls.Certificate{cert}, InsecureSkipVerify: true, } conn, err := tls.Dial("tcp", "127.0.0.1:443", conf) if err != nil { log.Println(err) return } defer conn.Close() n, err := conn.Write([]byte("hello\n")) if err != nil { log.Println(n, err) return } buf := make([]byte, 100) n, err = conn.Read(buf) if err != nil { log.Println(n, err) return } println(string(buf[:n])) } ``` 运行这两个代码go run server2.go和go run client2.go,可以看到两者可以正常的通讯,如果用前面的客户端go run client.go,不能正常通讯,因为前面的客户端并没有提供客户端证书。 # 参考文档和代码 > 1. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%82%B3%E8%BC%B8%E5%B1%A4%E5%AE%89%E5%85%A8%E5%8D%94%E8%AD%B0 2. http://drops.wooyun.org/tips/6002 3. http://www.levigross.com/2015/11/21/mutual-tls-authentication-in-go/ 4. https://github.com/nareix/blog/blob/master/posts/golang-tls-guide.md 5. http://www.ruanyifeng.com/blog/2014/02/ssl_tls.html 6. https://gist.github.com/spikebike/2232102 7. https://github.com/nareix/tls-example 8. http://seanlook.com/2015/01/07/tls-ssl/ 9. https://golang.org/pkg/crypto/tls/
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