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 printf int 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】
