在libuv中使用openssl建立ssl连接
在libuv中使用openssl建立ssl连接
@(blogs) 使用openssl进行加密通信时，通常是先建立socket连接，然后使用SSL_XXX系列函数在普通socket之上建立安全连接，然后发送和接收数据。openssl的这些函数可以支持底层的socket是非阻塞模式的。但当将openssl和libuv进行结合时，会遇到一些问题： 1. openssl在进行数据读写之前，需要进行若干次“握手”。“握手”中会有若干次的数据读写。这个在普通的socket连接中是没有的，在libuv的回调函数中需要进行处理。 2. 由于openssl需要对数据进行加密和解密，当openssl读数据的时候，有可能会出现虽然加密的数据已经全部接收到本地了，但仍需要和远端进行通信来进一步确认如何解密数据。（会不会出现这个过程不太确定。。。网上有文章说可能会出现，我也没有仔细研究过openssl的实现细节，所有宁可信其有，不可信其无吧。。。）
解决这两个问题的思路是一样的，将openssl看做是一个数据过滤器，可参考这篇文章。
在和libuv结合时，openssl不能直接对socket进行读写，因为对socket的读写操作已经被libuv完全封装了。不过openssl可以通过BIO进行读写数据。也就是说，需要准备两个BIO，一个用于存储openssl加密好的数据，一个用于存储接收到的加密数据以备openssl解密。这个操作直接调用下面这个函数即可完成：
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void SSL_set_bio(SSL *ssl, BIO *rbio, BIO *wbio); |
对于写数据到socket，直接将数据丢给libuv就可以了。但读数据的时候会略微麻烦一些。在创建安全连接的时候openssl需要多次“握手”操作，也就是需要朝socket读写几次数据。这个过程需要在libuv的read_cb函数里处理。也就是说在libuv的read_cb函数需要区分要读的数据是“握手”时的数据还是真正通信读取的数据。这个判断通过
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int SSL_is_init_finished(SSL *ssl); |
函数实现，也就是判断openssl是否完成了安全连接的初始化。
对于前面提到的第二个问题，openssl提供了解决这个问题的机制。SSL_XXX系列函数的返回值可以通过
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int SSL_get_error(const
SSL *ssl, int
ret); |
来获取其具体的含义，其中两个重要的返回结果是SSLERRORWANTREAD和SSLERRORWANTWRITE。在调用SSL_connect，SSL_read和SSL_write时，openssl可能需要读取更多的数据或者发送数据，这两个返回值表明openssl的意图。注意：这三个函数都有可能返回这两个值。也就是说在读数据的时候可能需要写数据，在写数据的时候可能需要读数据。
啰啰嗦嗦说了这么多，上代码才是王道。以下代码只是示意，并不能直接编译运行^v^。首先，声明变量：
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SSL *ssl;SSL_ctx *ssl_ctx;BIO *read_bio;BIO *write_bio;uv_tcp_t *con |
在libuv的on_connect_cb函数中初始化openssl并开始“握手”。
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void
on_connect_cb(uv_connect_t *req, int
status){ //设置数据读取的回调函数<br> uv_read_start((uv_stream_t*)con, on_alloc_cb, on_read_cb); ssl = SSL_new(ssl_ctx); read_bio = BIO_new(BIO_s_mem()); write_bio = BIO_new(BIO_s_mem()); SSL_set_bio(ssl, read_bio, write_bio); SSL_set_connect_state(ssl); // 这是个客户端连接 int
ret = SSL_connect(ssl); // 开始握手。这个函数仅仅是将数据写如了BIO缓存，并没有发送到socket上。 write_bio_to_socket(); // 如果有，将wirte BIO中的数据写入socket。（具体定义见后面代码） if
(ret != 1) { // connect出错了，看看具体什么问题。 int
err = SSL_get_error(ssl, ret); if
(err == SSL_ERROR_WANT_READ) { // 在read回调函数中读取数据 } else
if (err == SSL_ERROR_WANT_WRITE) { write_bio_to_socket(); // 将write BIO中的数据发送出去 } }} |
真正的重头戏是在on_read_cb中。
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void
read_cb(uv_stream_t* stream, ssize_t nread, const
uv_buf_t *buf){ if
(nread == UV_EOF) { // 已经读完了所有的数据 read_data_after_handshake(); return; } else
{ // 读取数据到BIO中。buf中的数据是加密数据，将其放到BIO中，让openssl将其解码。 BIO_write(read_bio, buf -> base, nread); if
(!SSL_is_init_finished(ssl)) { // 我们还没有完成ssl的初始化，继续进行握手。 int
ret = SSL_connect(ssl); write_bio_to_socket(); if
(ret != 1) { int
err = SSL_get_error(ssl, ret); if
(err == SSL_ERROR_WANT_READ) { // 在read回调函数中读取数据 } else
if (err == SSL_ERROR_WANT_WRITE) { write_bio_to_socket(); } } else
{ // 握手完成，发送数据。 send_data_after_handshake(); } } else
{ // ssl已经初始化好了, 我们可以从BIO中读取已经解密的数据。 read_data_after_handshake(); } } free(buf -> base);} |
下面来看看write_bio_to_socket()的实现，这个函数很简单，就是将write_bio中的数据丢给libuv进行发送。
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void write_bio_to_socket(){ char
buf[1024]; int
hasread = BIO_read(write_bio, buf, sizeof(buf)); if
(hasread <= 0) { // 无数据可写。 return; } uv_write_t *wreq = (uv_write_t*)malloc(sizeof(uv_write_t)); char
*tmp = malloc(hasread); memcpy(tmp, buf, hasread); uv_buf_t *bufs = (uv_buf_t*)malloc(sizeof(uv_buf_t) * 1); bufs[0].base = tmp; bufs[0].len = hasread; uv_write(wreq, (uv_stream_t*)con, bufs, 1, on_write_cb); // 记得在on_write_cb中释放这里分配的内存。} |
send_data_after_handshake函数也很简单，就是将需要发送的数据写入wirte_bio中然后丢给libuv发送，还需要处理有数据要读取的情况。
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void send_data_after_handshake(){ int
ret = SSL_write(ssl, data, data_len); // data中存放了要发送的数据 if
(ret > 0) { // 写入socket write_bio_to_socket(); } else
if (ret == 0) { // 连接关闭了？？ uv_close((uv_handle_t*)con, on_close_cb); } else
{ // 需要读取或写入数据。 int
err = SSL_get_error(client -> ssl, ret); if
(err == SSL_ERROR_WANT_READ) { // 在read回调中处理（其实如果有数据要读时什么都不要，等read回调就行了。。。） } else
if (err == SSL_ERROR_WANT_WRITE) { write_bio_to_socket(); } }} |
最后是read_data_after_handshake，这个函数将openlls解密好的数据读取出来，同时还需要处理在读取数据的时候需要写入数据的问题。
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void read_data_after_handshake(){ char
buf[1024]; memset(buf, ‘\0‘, sizeof(buf)); int
ret = SSL_read(ssl, buf, sizeof(buf)); if
(ret < 0) { int
err = SSL_get_error(client -> ssl, ret); if
(err == SSL_ERROR_WANT_READ) { // 在read回调函数中读取数据 } else
if (err == SSL_ERROR_WANT_WRITE) { // 有数据要写，将write BIO中的数据发送出去 write_bio_to_socket(); } } // 解密好的数据就存放在buf中了。当然，这个地方也可能需要多次调用SSL_read来讲所有数据都读出来。} |
以上就是全部的示例代码了。
关于这个openssl和libuv结合使用的思路还没有进行严格的测试，我也只是在工程中初步测试了一下可以走通。对于一些细节的处理还不是很到位。这里只是提供了一个libuv和openssl结合的思路，如果有任何问题，欢迎指正。^v^~