Jan Kończak

Ta strona jest tylko do odczytu. Możesz wyświetlić źródła tej strony ale nie możesz ich zmienić.
===== Generowanie kluczy i certyfikatów co ćwiczeń, TLS z powłoki =====

==== Klucze i certyfikaty ====

Do wygenerowania klucza prywatnego CA i certyfikatu CA oraz klucza prywatnego
serwera i podpisanego przez wcześniej wygenerowane CA certyfikatu serwera użyj
{{make_simple_certs.sh|tego skryptu}}.

~~Zadanie.#~~
Wygeneruj potrzebne pliki za pomocą powyższego skryptu.
Wyświetl informacje o certyfikatach komendą: \\
''openssl x509 -noout -text -certopt no_sigdump,no_pubkey -in <scieżka do certyfikatu>'' 

==== Gotowe narzędzia do tworzenia prostych połączeń TLS w powłoce ====

Podobną rolę jak program ''nc'' / ''netcat'' dla połączeń szyfrowanych spełniają
narzędzia ''openssl s_client'' i ''openssl s_server''.
\\
Również program ''socat'' pozwala na tworzenie połączeń szyfrowanych.

=== Klient SSL - openssl s_client / socat ===

''**openssl s_client** [-verifyCAfile //ca.crt//] [-crlf] [-quiet|-brief] [-connect] //put.poznan.pl//://443//''
\\
np: ''openssl s_client -brief mail.put.poznan.pl:imaps''
\\
<small>
''-verifyCAfile <CA cert>'' dodaje plik CA jako zaufany do sprawdzania certyfikatu serwera
\\
''-crlf'' zamienia w danych odczytanych ze standardowego wejścia ''\n'' na ''\r\n''
\\
''-quiet'' wyłącza zupełnie komunikaty diagnostyczne,
''-brief'' skraca komunikaty diagnostyczne; bez tych przełączników są pokazywane
długie komunkaty
\\
''[-connect] <host>:<port>'' wskazuje gdzie się połączyć; słowo kluczowe
''-connect'' można pominąć jeśli ''<host>:<port>'' jest na końcu komendy
</small>

''**socat** [open]ssl://put.poznan.pl//://443//,verify=0[,crlf] stdio''
\\
np. ''socat ssl:mail.put.poznan.pl:imaps,verify=0 stdio''
\\
<small>
''verify=0'' wyłącza sprawdzanie certyfikatu serwera
\\
''crlf'' zamienia w wysyłanych danych ''\n'' na ''\r\n''
</small>

~~Zadanie.#~~
Połącz się z serwerem stron internetowych i otrzymaj od niego odpowiedź.
\\
Kto podpisał certyfikat tego serwera? Czy certyfikat został zweryfikowany poprawnie?

=== Serwer SSL - openssl s_server / socat ===

Pamiętaj że do stworzenia prostego serwera połączeń szyfrowanych potrzebujesz((Istnieją
też rozwiązania SSL/TLS używające anonimowej wymiany DH, ale nie są one wykorzystywane
z powodu nieodporności na ataki man-in-the-middle.)) klucza prywatnego i certyfikatu.

''**openssl s_server** [-cert_chain //chain.pem//] -cert //s.crt// -key //s.key// [-quiet|-brief] [-naccept 1] -port //4000//''
\\
<small>
''-key <key>'' podaje ścieżkę do klucza prywatnego
\\
''-cert <cert>'' podaje ścieżkę do certyfikatu serwera
\\
''-cert_chain <chain>'' podaje ścieżkę do łańcucha certyfikatów które podpisały certyfikat serwera
\\
''-naccept <num>'' podaje po ilu połączeniach (obsługiwanych sekwencyjnie) serwer ma się zakończyć 
</small>

''**socat** openssl-listen://4000//,key=//server.key//,cert=//chain.pem//,reuseaddr,verify=0[,fork] stdio''
\\
<small>
''key=<key>'' podaje ścieżkę do klucza prywatnego
\\
''cert=<chain>'' podaje ścieżkę do (łańcucha) certyfikatów które podpisały certyfikat serwera
\\
''fork'' nakazuje socatowi się sklonować po nawiązaniu połączenia; jeden proces
będzie obsługiwał nawiązane połączenie, drugi czekał na nowe;
__uwaga:__ przy łączeniu drugiego końca z ''stdio'' wszystkie procesy obsługujące
połączenia będą czytać z tego samego deskryptora (dane trafią niedeterministycznie
do jednego z nich)
</small>

~~Zadanie.#~~
Uruchom prosty serwer TLS używając wygenerowanych przez siebie certyfikatów. \\
Połącz się do niego klientem z konsoli.

~~Zadanie.#~~
Połącz się do prostego serwera TLS z przeglądarki internetowej. \\
Dlaczego przeglądarka uważa połączenie za niebezpieczne? \\
<small>Możesz albo uruchomić serwer (z uprawnieniami administratora) na porcie
443 i w przeglądarce podać ''%%https://<nazwa domenowa>/%%'', lub uruchomić na
wybranym porcie i podać ''%%https://<nazwa domenowa>:<numer portu>/%%''</small>

<small>
~~Zadanie.#~~
Zainstaluj certyfikat swojego CA w przeglądarce. Następnie połącz się podając
jako nazwę domenową ''localhost'' oraz ''lab-net-▒▒''. \\
Czy przeglądarka teraz ufa serwerowi?
</small>

===== Intefejs programistyczny biblioteki OpenSSL =====

==== Wstęp do API ====

Biblioteki OpenSSL są oparte o abstrakcję wejścia/wyjścia
[[https://docs.openssl.org/master/man7/bio/|BIO]].
\\
Tworząc kod używający biblioteki OpenSSL do szyfrowanych połączeń sieciowych TLS
([[https://docs.openssl.org/master/man7/ossl-guide-tls-introduction/#important-objects-for-an-openssl-tls-application|libssl]])
programista musi najpierw stworzyć zwykłe połączenie TCP. Może do tego użyć
albo abstrakcji BIO ([[https://docs.openssl.org/master/man3/BIO_s_connect/#examples|klient]],
[[https://docs.openssl.org/master/man3/BIO_s_accept/#examples|serwer]]),
albo zwykłego interfejsu gniazd.
\\
<small>
Uwaga: tutaj jest opisana ta druga opcja. Często kod przykładowych programów
używa do obsługi gniazd TCP abstrakcji OpenSSL – zwracaj na to uwagę.
</small>
\\
Następnie programista musi na już nawiązanym połączeniu TCP ustanowić połączenie TLS.
W tym celu najpierw należy stworzyć "obiekt" SSL, następnie powiązać go z
istniejącym połączeniem TCP (dla zwykłego interfejsu gniazd metodą
''[[https://docs.openssl.org/master/man3/SSL_set_fd|SSL_set_fd]]'').
\\
Dalszy sposób użycia "obiektu" ''SSL'' do nawiązania bądź przyjęcia połączenia
TLS jest opisany w materiałach z wykładów.

OpenSSL nie wspiera równoległego wykonywania operacji na tym samym "obiekcie"
z wielu wątków (por.
[[https://docs.openssl.org/master/man7/openssl-threads/|man openssl-threads]]).
\\
W szczególności nie wolno wykonywać równolegle SSL_read i SSL_write na tym samym
"obiekcie" SSL (<small>i deweloperzy nie są chętni tego zmieniać, bo wymagałoby
to dużych zmian w bibliotece – patrz
[[https://github.com/openssl/openssl/issues/20622|ten issue]]</small>).

<small>Nie należy też zmieniać ustawień "obiektu" SSL_CTX po jego pierwszym
użyciu do stworzenia "obiektu" SSL.</small>

==== Linkowanie programu z biblioteką  ====

Do połączenia skompilowanego kodu używającego OpenSSL do połączeń TLS
trzeba linkować do bibliotek ''libssl'' oraz ''libcrypto'', np:
\\
''c%%++%% //prog.cpp// -o //prog// **-lssl -lcrypto**''

Przy użyciu CMake należy dodać do pliku ''CMakeLists.txt'' wyszukanie biblioteki
OpenSSL oraz linkowanie wybranego celu do niej:
<html><div style="margin-top:-1.2em"></div></html>
<code cmake>
find_package ( OpenSSL 1.1 REQUIRED )
target_link_libraries ( prog  OpenSSL::SSL )
</code>
<html><div style="margin-top:-1.2em"></div></html>
<small>(Bez tego na etapie linkowania zaczną pojawiać się błędy
''undefined reference to…'' z nazwami funkcji bibliotecznych OpenSSL.)</small>

==== Przykładowe programy z wykładów ====

== Klient ==

<code c kod_z_wykladow__klient.c>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>

#include <openssl/ssl.h>

int main(int argc, char **argv) {
    SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(TLS_client_method());
    SSL *ssl = SSL_new(ctx);
    
    struct hostent *he = gethostbyname(argv[1]);
    
    struct sockaddr_in sa;
    sa.sin_family = AF_INET;
    sa.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    memcpy(&sa.sin_addr.s_addr, he->h_addr, he->h_length);
    
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    connect(fd, (struct sockaddr *)&sa, sizeof(sa));
    
    SSL_set_fd(ssl, fd);
    SSL_connect(ssl);
    
    SSL_write(ssl, "Hello, Server!\n", 15);
    
    char buf[1024];
    int count = SSL_read(ssl, buf, sizeof(buf));
    write(1, buf, count);
    
    SSL_shutdown(ssl);
    close(fd);
    
    SSL_free(ssl);
    SSL_CTX_free(ctx);
    
    return 0;
}
</code>

~~Zadanie.#~~
Skompiluj powyższy kod. Uruchom klienta łącząc się do serwera uruchomionego
przy użyciu ''openssl s_server …'' lub ''socat openssl-listen:…''.

== Serwer ==

<code c kod_z_wykladow__serwer.c>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

#include <openssl/ssl.h>

int main(int argc, char **argv) {
    SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(TLS_server_method());
    
    SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx, "chain.pem")                        == 1 || fprintf(stderr, "problem with chain.pem\n");
    //SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, "server.crt", SSL_FILETYPE_PEM)         == 1 || fprintf(stderr, "problem with server.crt\n");
    SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "server.key", SSL_FILETYPE_PEM)            == 1 || fprintf(stderr, "problem with server.key\n");
    
    struct sockaddr_in sa = {0};
    sa.sin_family = AF_INET;
    sa.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    sa.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    bind(sfd, (struct sockaddr *)&sa, sizeof(sa))                               == 0 || fprintf(stderr, "problem with bind\n");
    listen(sfd, 10);
    
    while (1) {
        int cfd = accept(sfd, NULL, NULL);
        
        SSL *ssl = SSL_new(ctx);
        SSL_set_fd(ssl, cfd);
        
        SSL_accept(ssl);
        
        char buf[1024];
        SSL_read(ssl, buf, sizeof(buf));
        
        SSL_write(ssl, "Welcome to the SSL/TLS server!\n", 31);
        
        SSL_shutdown(ssl);
        SSL_free(ssl);
        close(cfd);
    }
}
</code>

~~Zadanie.#~~
Skompiluj powyższy kod i uruchom serwer. Upewnij się że wszystkie klucze
i certyfikaty zostały poprawnie załadowane i serwer rozpoczął nasłuchiwanie
na właściwym porcie.
\\
Następnie połącz się klientem uruchomionym z terminala oraz przeglądarką
internetową.

==== Kolejne przykładowe programy ====

=== Iteracyjny serwer z minimalną obsługą błędów ===


__Uwaga__: kompiluj  poniższy kod ze standardem %%C++20%% lub nowszym (opcja ''--std=c%%++%%20'')
<code cpp daytime_tls_server.cpp>
#include <cstdio>
#include <netinet/in.h>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

#include <openssl/ssl.h>

void die(const char *format, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, format);
    vfprintf(stderr, format, args);
    va_end(args);
    exit(1);
}

std::string craftHttpAnswer();

int main(int argc, char **argv) {
    if (argc != 2)
        die("Usage: %s <port>\n", argv[0]);

    // Wybiera konfigurację dla serwera
    SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(TLS_server_method());
    SSL_CTX_set_mode(ctx, SSL_MODE_AUTO_RETRY);

    // Ładuje klucz prywatny serwera
    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "server.key", SSL_FILETYPE_PEM) != 1)
        die("Loading Private Key from \"server.key\" failed\n");
    // Ładuje certyfikaty
    if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ctx, "chain.pem") != 1)
        die("Loading certs from \"chain.pem\" failed\n");

    // Tworzy gniazdo i rozpoczyna nasłuchiwanie - zwykły kod z API gniazd
    int serv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    const int one = 1;
    setsockopt(serv, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof(one));
    sockaddr_in sa = {};
    sa.sin_family = AF_INET;
    sa.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    if (bind(serv, (sockaddr *)&sa, sizeof(sa)) != 0)
        die("bind failed: %s\n", strerror(errno));
    listen(serv, 1);

    while (1) {
        // przyjmuje nowe połączenie
        int cli = accept(serv, 0, 0);

        // tworzy warstwę szyfrującą i wykonuje handshake
        SSL *encryption_layer = SSL_new(ctx);
        SSL_set_fd(encryption_layer, cli);
        if (SSL_accept(encryption_layer) != 1) {
            fprintf(stderr, "TLS handshake failed!\n");
            continue;
        }

        std::string answer = craftHttpAnswer();

        // przesyła odpowiedź
        if (SSL_write(encryption_layer, answer.c_str(), answer.length()) <= 0) {
            fprintf(stderr, "Problems with write!\n");
            continue;
        }

        // zamyka warstwę szyfrującą
        SSL_shutdown(encryption_layer);

        // zamyka gniazdo
        shutdown(cli, SHUT_RDWR);
        close(cli);
        
        SSL_free(encryption_layer);
    }
}

#include <chrono>
#include <format>
std::string craftHttpAnswer(void) {
    std::string content = std::format(
        "{:%Y.%m.%d %H:%M:%S}\r\n",
        std::chrono::system_clock::now());
    return std::format(
        "HTTP/1.1 200 Ok\r\n"
        "content-type: text/plain\r\n"
        "content-length: {}\r\n"
        "\r\n"
        "{}",
        content.length(), content);
}
</code>

~~Zadanie.#~~ Powtórz poprzednie zadanie używając kodu tego serwera.

=== Klient z obsługą błędów ===

Poniższy kod klienta:
  * obsługuje błędy, wyświetlając adekwatne komunikaty
  * weryfikuje poprawność certyfikatu przedstawionego przez serwer
  * odczytuje naraz dane ze standardowego wejścia i z połączenia TLS używając zdarzeń
  * obsługuje przypadki brzegowe wartości zwracanych przez funkcje ''SSL_…''

<code cpp tls_client.cpp>
#include <cstdio>
#include <fcntl.h>
#include <netdb.h>
#include <poll.h>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
    
#include <openssl/err.h>
#include <openssl/ssl.h>
    
void die(const char *format, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, format);
    vfprintf(stderr, format, args);
    va_end(args);
    exit(1);
}
    
int main(int argc, char **argv) {
    if (argc != 3)
        die("Usage: %s <ip> <port>\n", argv[0]);
    
    // tworzy gniazdo i nawiązuje połączenie TCP
    addrinfo *res;
    if (getaddrinfo(argv[1], argv[2], 0, &res))
        die("getaddrinfo failed\n");
    int cli = socket(res->ai_family, SOCK_STREAM, 0);
    if (connect(cli, res->ai_addr, res->ai_addrlen) != 0)
        die("connect failed\n");
    freeaddrinfo(res);
    
    /* ───────────────────────────────────────────────────────────────────── */
    
    // wybiera konfigurację warstwy szyfrującej
    SSL_CTX *ctx = SSL_CTX_new(TLS_client_method()); // podstawowe ustawienia dla klienta TLS
    SSL_CTX_set_default_verify_paths(ctx); // nakazuje użyć systemowych certyfikatów CA
    
    // żeby przetestować weryfikację certyfikatu bez instalowania certyfikatu CA w systemie:
    // ustaw zmienną środowiskową MY_ROGUE_CA ma ścieżkę do własnego certyfikatu CA
    if (getenv("MY_ROGUE_CA"))
        SSL_CTX_load_verify_file(ctx, getenv("MY_ROGUE_CA"));
    
    /* ───────────────────────────────────────────────────────────────────── */
    
    // tworzy obiekt reprezentujący warstwę szyfrującą i nakazuje mu czytać/pisać do pliku gniazda
    SSL *encryption_layer = SSL_new(ctx);
    SSL_set_fd(encryption_layer, cli);
    
    // informuje bibliotekę jakiej nazwie powinien odpowiadać certyfikat
    SSL_set1_host(encryption_layer, argv[1]);
    
    // ustanawia komunikację szyfrowaną TLS (na wskazanym połączeniu TCP) wykonując handshake
    if (SSL_connect(encryption_layer) != 1)
        die("TLS handshake failed!\n");
    
    // odbiera wyniki weryfikacji poprawności otrzymanego od serwera certyfikatu
    long serverCertStatus = SSL_get_verify_result(encryption_layer);
    if (serverCertStatus != X509_V_OK)
        fprintf(stderr, "[Warning: server certificate verification failed - %s!]\n",
                X509_verify_cert_error_string(serverCertStatus));
    
    /* ───────────────────────────────────────────────────────────────────── */
    
    // fragment switcha sprawdzającego kody błędów, wspólna cześć dla read i write
    #define MY_ERROR_HANDLING_SWITCH_MISC                          \
    case SSL_ERROR_ZERO_RETURN:                                    \
        fprintf(stderr, "[Server terminated encryption layer]\n"); \
        goto close_connection;                                     \
    default:                                                       \
        fprintf(stderr, "[Some fatal error]\n");                   \
        ERR_print_errors_fp(stderr);                               \
        goto close_connection;
    
    pollfd pfds[2]{
        {.fd = 0,   .events = POLLIN},
        {.fd = cli, .events = POLLIN},
    };
    
    // zdarzenia które są potrzebne do odczytania i zapisu danych przez warstwę szyfrującą
    short int readNeeds = POLLIN; // uwaga: TLS może potrzebować zrobić zapis do gniazda żeby odebrać dane
    short int writeNeeds = 0;     // uwaga: TLS może potrzebować zrobić odczyt do gniazda żeby wysłać dane
    short int mask;
    
    // bufor na odbierane dane
    char recvBuffer[255];
    // bufory na wysłane dane
    std::string dataBeingWritten;
    std::string dataWaitingToBeWritten;
    // uwaga: jeśli nieblokujące SSL_write się nie powiodło bo musiałoby czekać,
    //        trzeba je powtórzyć z identycznymi argumentami; stąd dwa bufory
    
    // ustawia gniazdo w tryb nieblokujący (!)
    fcntl(cli, F_SETFL, fcntl(cli, F_GETFL) | O_NONBLOCK);
    // funkcje SSL_read i SSL_write mogą wielokrotnie wywoływać send i recv na
    // gnieździe, co przy blokującym trybie i użyciu zdarzeń mogłoby zablokować
    // program na obsłudze któregoś zdarzenia; stąd tryb nieblokujący
    
    while (1) {
        poll(pfds, 2, -1);
    
        if (pfds[0].revents) {
            char buf[256];
            int c = read(0, buf, 255);
            if (c > 0) {
                buf[c] = 0;
                dataWaitingToBeWritten += buf;
                writeNeeds |= POLLOUT;
                // dane będą wysłane dopiero w następnej iteracji pętli zdarzeń (to upraszcza kod)
            } else {
                // koniec pliku lub błąd na standardowym wejściu
                if (dataBeingWritten.empty() && dataWaitingToBeWritten.empty()) {
                    fcntl(cli, F_SETFL, fcntl(cli, F_GETFL) & ~O_NONBLOCK);
                    SSL_shutdown(encryption_layer);
                    // SSL_shutdown zamyka tylko wysyłanie danych; dane można
                    // odbierać aż druga strona nie zrobi SSL_shutdown
                    fcntl(cli, F_SETFL, fcntl(cli, F_GETFL) | O_NONBLOCK);
                    pfds[0].fd = -1;
                } else 
                    usleep(10000);
                // aktywne czekanie (powtarzana próba odczytu z zamkniętego standardowego
                // wejścia) na wepchnięcie do bufora nadawczego TCP zaszyfrowanych danych
                // przed włożeniem tam wiadomości zamknięcia warstwy szyfrującej jest tutaj
                // pozostawione dla uproszczenia kodu
            }
        }
    
        /* ───────────────────────────────────────────────────────────────────── */
        
        mask = 0;
        if (pfds[1].revents & writeNeeds) {
            writeNeeds = 0;
    
            if (dataBeingWritten.empty())
                std::swap(dataBeingWritten, dataWaitingToBeWritten);
    
            int result = SSL_write(encryption_layer, dataBeingWritten.c_str(), dataBeingWritten.length());
    
            // obsługa niepowodzenia funkcji SSL_write
            switch (SSL_get_error(encryption_layer, result)) {
                case SSL_ERROR_NONE:
                    break;
                case SSL_ERROR_WANT_READ:
                    writeNeeds = POLLIN;
                    break;
                case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
                    writeNeeds = POLLOUT;
                    // jeżeli SSL_write zwrócił WANT_WRITE, nie można wywołać
                    // innych I/O przed kolejnym SSL_write
                    pfds[1].revents = 0;
                    mask = POLLIN;
                    break;
                MY_ERROR_HANDLING_SWITCH_MISC
            }
            ERR_clear_error();
    
            // obsługa jeśli udało się wysłać dane
            if (result > 0) {
                // domyślnie SSL_write kończy się sukcesem dopiero jeśli wysłano
                // wszystkie dane, nawet jeśli gniazdo jest w trybie nieblokującym
                dataBeingWritten.clear();
                if (!dataWaitingToBeWritten.empty())
                    writeNeeds = POLLOUT;
            }
            
            // przypadek brzegowy: jeżeli SSL_read chciał zapisu ale równocześnie
            // pojawiły się dane do wysłania i SSL_write wysłał te dane, to SSL_read
            // może już nie potrzebować zapisu, tylko odczyt
            if (readNeeds == POLLOUT)
                readNeeds &= POLLIN;
        }
    
        /* ───────────────────────────────────────────────────────────────────── */
    
        if (pfds[1].revents & readNeeds) {
            readNeeds = POLLIN;
    
            int result = SSL_read(encryption_layer, recvBuffer, 255);
            if (result > 0) {
                // odczyt się powiódł == SSL odczytał blok danych; rozmiar bloku
                // może być mniejszy bądź większy niż bufor w SSL_read.
                write(1, recvBuffer, result);
                // Jeżeli blok był większy niż bufor, to reszta danych czeka
                // w buforach warstwy szyfrującej - funkcja SSL_read może zwrócić
                // kolejną porcję danych bez wywoływania recv na gnieździe
                while (int remaining = SSL_pending(encryption_layer)) {
                    result = SSL_read(encryption_layer, recvBuffer, remaining < 255 ? remaining : 255);
                    write(1, recvBuffer, result);
                }
            } else {
                // obsługa niepowodzenia funkcji SSL_read
                switch (SSL_get_error(encryption_layer, result)) {
                case SSL_ERROR_NONE:
                case SSL_ERROR_WANT_READ:
                    break;
                case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
                    readNeeds = POLLOUT;
                    break;
                    MY_ERROR_HANDLING_SWITCH_MISC
                }
                ERR_clear_error();
            }
        }
    
        /* ───────────────────────────────────────────────────────────────────── */
    
        pfds[1].events = readNeeds | writeNeeds;
        pfds[1].events &= ~mask;
    }
    
close_connection:
    shutdown(cli, SHUT_RDWR);
    close(cli);
    return 0;
}
</code>

~~Zadanie.#~~ Przeczytaj kod klienta.
Zwróć szczególnie uwagę na komentarze – przybliżają działanie API biblioteki
OpenSSL. Przetestuj kod.

=== [ekstra] przykład użycia BIO w kliencie TLS ===

<code cpp ssl_client_bio.cpp>
#include <cstdio>

#include <openssl/ssl.h>

// Uwaga - kod dla uproszczenia jest pozbawiony obsługi błędów!

int main(int argc, char **argv) {
    // przygotowuje obiekt SSL ustawia do użycia w połączeniu klienta TLS
    SSL_CTX *ssl_ctx = SSL_CTX_new(TLS_client_method());
    SSL_CTX_set_default_verify_paths(ssl_ctx);
    SSL *ssl = SSL_new (ssl_ctx);
    SSL_set_connect_state(ssl);
    
    // tworzy obiekt 'Basic Input/Output' typu połączenie sieciowe
    BIO* tcp_connection = BIO_new_connect(argv[1]);
    // łączy się do podanego adresu (jako "host:port")
    BIO_do_connect(tcp_connection);
    
    // tworzy obiekt 'Basic Input/Output' typu filtr TLS na istniejącym BIO
    BIO *tls_connection = BIO_new(BIO_f_ssl());
    // wiąże ten obiekt ze wskazanym, wcześniej skonfigurowanym obiektem SSL
    BIO_set_ssl (tls_connection, ssl, BIO_NOCLOSE);
    // podkłada pod spód tego filtra obiekt połączenia TCP
    BIO_push(tls_connection, tcp_connection);
    
    // wykonuje połączenie TLS
    BIO_do_handshake(tls_connection);
    
    // sprawdza stan certyfikatu serwera
    if(long err = SSL_get_verify_result(ssl))
        fprintf(stderr, "[cert error: %s]\n", X509_verify_cert_error_string(err));
    
    // wymienia dane po połączeniu TLS
    BIO_puts(tls_connection, "Hello World!\n");
    char buf[1024];
    BIO_get_line(tls_connection, buf, 1024);
    printf("%s", buf);
    
    // zamyka połączenie TLS
    BIO_ssl_shutdown(tls_connection);
    BIO_free(tls_connection);
    
    // połączenie TCP można tutaj dalej używać do przesyłania (nieszyfrowanych)
    // danych - w BIO_set_ssl podano żeby nie zamykać gniazda TCP (BIO_NOCLOSE)
    
    // zamyka połączenie TCP
    BIO_free(tcp_connection);
    return 0;
}
</code>

==== Zadania ====

~~Zadanie.#~~ Poniżej znajduje się program realizujący prostą sieciową
[[https://en.wikipedia.org/wiki/Key%E2%80%93value_database|bazę klucz-wartość]]
obsługujący sekwencyjnie klientów. Program przyjmuje od klientów dwa rodzaje
żądań: ustawienie klucza (format żądania: ''klucz wartość'') i pobranie
poprzednio ustawionej wartości (format żądania: ''klucz'').
\\
Przerób program tak, by używał połączeń TLS.

<code cpp key-value_database.cpp>
#include <cstdio>
#include <netdb.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <unordered_map>

#include <openssl/ssl.h>

std::unordered_map<std::string, std::string> key_value_database;

int main(int argc, char **argv) {
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <port>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    int serv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    const int one = 1;
    setsockopt(serv, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof(one));

    sockaddr_in sa = {};
    sa.sin_family = AF_INET;
    sa.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if (bind(serv, (sockaddr *)&sa, sizeof(sa))) {
        perror("bind failed");
        return 1;
    }

    listen(serv, 1);

    while (1) {
        sockaddr_in ca;
        socklen_t l = sizeof(ca);
        int cli = accept(serv, (sockaddr *)&ca, &l);

        char clientName[NI_MAXHOST], clientPort[NI_MAXSERV];
        getnameinfo((sockaddr *)&ca, l, clientName, NI_MAXHOST, clientPort, NI_MAXSERV, 0);
        printf("New client [%s:%s]\n", clientName, clientPort);

        while (1) {
            char request[1025]{};
            int count = read(cli, request, 1024);
            if (count <= 0)
                break;
            if (request[count - 1] == '\n')
                request[count - 1] = '\0';
            if (!strlen(request))
                continue;

            char *firstSpace = strchr(request, ' ');
            if (firstSpace != nullptr) {
                *firstSpace = '\0';
                char *key = request;
                char *value = firstSpace + 1;
                key_value_database[key] = value;
                printf("[%s:%s] assigned to '%s' value '%s'\n", clientName, clientPort, key, value);
            } else {
                char *key = request;
                std::string value;
                if (key_value_database.count(key))
                    value = key_value_database[key];
                else
                    value = "(null)";
                std::string response = std::string("[") + key + "] " + value + "\n";
                write(cli, response.data(), response.length());
                printf("[%s:%s] read from '%s' value '%s'\n", clientName, clientPort, key, value.data());
            }
        }

        printf("Client [%s:%s] gone\n", clientName, clientPort);

        shutdown(cli, SHUT_RDWR);
        close(cli);
    }
}
</code>

~~Zadanie.#~~ Zmień program z poprzedniego zadania tak, żeby program obsługiwał
wielu klientów naraz używając zdarzeń. Załóż że po zgłoszeniu odpowiedniego
zdarzenia przez select/pool/epoll_wait wszystkie funkcje ''SSL_…'' kończą się
bez czekania (sukcesem lub błędem uniemożliwiającym dalszą komunikację).

<small>
~~Zadanie.#~~ Zmień program z poprzedniego zadania tak, by działał bez
założenia o natychmiastowym zakończeniu funkcji ''SSL_…'' po zgłoszeniu
odpowiedniego zdarzenia.
Zauważ że w tym zadaniu musisz używać gniazd w trybie nieblokującym
i analizować błędy na stosie błędów biblioteki OpensSSL (patrz przykładowy
kod klienta wyżej).
</small>

==== [ekstra] SSLKEYLOGFILE ====

Biblioteki do szyfrowanych połączeń potrafią przekazać
programiście klucze użyte do szyfrowania danych w
[[https://tlswg.org/sslkeylogfile/draft-ietf-tls-keylogfile.html|(już de facto) standardowym formacie]].
Część aplikacji/bibliotek odczytuje zmienną środowiskową ''SSLKEYLOGFILE''
i tworzy plik pod wskazaną tam nazwą, do którego wpisuje klucze wszystkich
szyfrowanych połączeń. Pozwala to np. 
[[https://wiki.wireshark.org/TLS#tls-decryption|odszyfrować komunikację w programie wireshark]].

Żeby zaimplementować takie zapisywanie kluczy do pliku w OpenSSL, należy
zarejestrować funkcję która będzie wywoływana ilekroć OpenSSL wygenruje klucz
do szyfrowania, i która dostanie gotową linię do wpisania do pliku.
\\
Przykładowy prosty kod realizujący takie zachowanie jest zaprezentowany poniżej:
<html><div style=margin-top:-1.4em></div></html>
<code cpp>
…
int keylogFd;
…
int main() {
    …
    SSL_CTX *ctx = …;
    …
    if (getenv("SSLKEYLOGFILE")) {
        keylogFd = open(getenv("SSLKEYLOGFILE"), O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND, 0666);
        if (keylogFd == -1)
            die("SSLKEYLOGFILE file opening failed with: %s", strerror(errno));
        SSL_CTX_set_keylog_callback(ctx, [](const SSL *ssl, const char *line) {
            write(keylogFd, line, strlen(line));
            write(keylogFd, "\n", 1);
        });
    }
    …
</code>
Jan Kończak

Narzędzia użytkownika

Narzędzia witryny

Narzędzia strony
