明天面试一个小朋友，我准备问问他 SSL / TLS

不使用 SSL/TLS 的网络通信，一般都是明文传输，网络传输内容在传输过程中很容易被窃听甚至篡改，非常不安全。SSL/TLS 协议就是为了解决这些安全问题而设计的。SSL/TLS 协议位于 TCP/IP 协议之上，各个应用层协议之下，使网络传输的内容通过加密算法加密，并且只有服务器和客户端可以加密解密，中间人即使抓到数据包也无法解密获取传输的内容，从而避免安全问题。例如广泛使用的 HTTPS 协议即是在 TCP 协议和 HTTP 协议之间加了一层 SSL/TLS 协议，下一篇文章中有 HTTPS 更详细的介绍。

1. 相关术语
   在学习SSL/TLS协议之前，首先要了解一些相关概念：

对称加密：加密和解密都采用同一个密钥，常用的算法有DES、3DES、AES，相对于非对称加密算法更简单速度更快。

非对称加密：和对称加密算法不同，非对称加密算法会有两个密钥：公钥（可以公开的）和私钥（私有的），例如客户端如果使用公钥加密，那么即时其他人有公钥也无法解密，只能通过服务器私有的私钥解密。RSA算法即是典型的非对称加密算法。

数字证书：数字证书是一个包含公钥并且通过权威机构发行的一串数据，数字证书很多需要付费购买，也有免费的，另外也可以自己生成数字证书，本文中将会采用自签名的方式生成数字证书。

2. SSL/TLS流程
   使用SSL/TLS协议的服务器和客户端开始通信之前，会先进行一个握手阶段：

1）客户端发出请求：这一步客户端会生成一个随机数传给服务器。

2）服务器回应：这一步服务器会返回给客户端一个服务器数字证书（证书中包含用于加密的公钥），另外服务器也会生成一个随机数给客户端。

3）客户端回应：这一步客户端首先会校验数字证书的合法性，然后会再生成一个随机数，这个随机数会使用第2步中的公钥采用非对称加密算法（例如RSA算法）进行加密后传给服务器，密文只能通过服务器的私钥来解密。

4）服务器最后回应：握手结束。

握手结束后，客户端和服务器都有上面握手阶段的三个随机数。客户端和服务器都通过这三个随机生成一个密钥，接下来所有的通信内容都使用这个密钥通过对称加密算法加密传输，服务器和客户端才开始进行安全的通信。

3. 生成私钥和证书
   使用openssl来生成私钥和证书：

openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -nodes -days 365 -keyout private.pem -out cert.crt

运行以上命令后，会在当前目录下生成一个私钥文件（private.pem）和一个证书文件（cert.crt）。

生成的私钥和证书Twisted、Netty可以直接使用，然而MINA对私钥文件的格式的要求，要将pem格式转换成der格式，实际上就是将文本文件私钥转成二进制文件私钥。openssl将private.pem转成private.der私钥文件：

openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in private.pem -outform DER -nocrypt -out private.der

4. SSL/TLS服务器
   接下来在TCP消息边界问题及按行分割消息 一文的基础上，加上SSL/TLS层。Netty 通过添加一个 SslHandler 来实现 SSL/TLS，相对 MINA 来说代码就比较简洁：

public class NettyServer {

   public static void main(String[] args) throws InterruptedException, SSLException {

       File certificate = new File("/Users/wucao/Desktop/ssl/cert.crt");  // 证书
       File privateKey = new File("/Users/wucao/Desktop/ssl/private.pem");  // 私钥
       final SslContext sslContext = SslContextBuilder.forServer(certificate, privateKey).build();

       EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
       EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
       try {
           ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
           b.group(bossGroup, workerGroup)
                   .channel(NioServerSocketChannel.class)
                   .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                       @Override
                       public void initChannel(SocketChannel ch)
                               throws Exception {
                           ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();

                           // SslHandler要放在最前面
                           SslHandler sslHandler = sslContext.newHandler(ch.alloc());
                           pipeline.addLast(sslHandler);

                           pipeline.addLast(new LineBasedFrameDecoder(80));
                           pipeline.addLast(new StringDecoder(CharsetUtil.UTF_8));

                           pipeline.addLast(new TcpServerHandler());
                       }
                   });
           ChannelFuture f = b.bind(8080).sync();
           f.channel().closeFuture().sync();
       } finally {
           workerGroup.shutdownGracefully();
           bossGroup.shutdownGracefully();
       }
   }

}

class TcpServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

   @Override
   public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {
       String line = (String) msg;
       System.out.println("channelRead:" + line);
   }

   @Override
   public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {
       System.out.println("channelActive");
   }

   @Override
   public void channelInactive(ChannelHandlerContext ctx) {
       System.out.println("channelInactive");
   }

   @Override
   public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
       cause.printStackTrace();
       ctx.close();
   }
}

5. SSL/TLS客户端
   这里还是使用Java来写一个SSL/TLS客户端，用来测试以上三个服务器程序。需要注意的是，在上面SSL/TLS流程的介绍中，SSL/TLS握手阶段的第2步服务器会将证书传给客户端，第3步客户端会校验证书的合法性，所以下面的代码首先会让客户端信任openssl生成的证书，才能正确的完成SSL/TLS握手。

public class SSLClient {

   public static void main(String args[]) throws Exception {

       // 客户端信任改证书，将用于校验服务器传过来的证书的合法性
       String certPath = "/Users/wucao/Desktop/ssl/cert.crt";
       InputStream inStream = null;
       Certificate certificate = null;
       try {
           inStream = new FileInputStream(certPath);
           CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
           certificate = cf.generateCertificate(inStream);
       } finally {
           if (inStream != null) {
               inStream.close();
           }
       }

       KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
       ks.load(null, null);
       ks.setCertificateEntry("cert", certificate);

       TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory.getInstance("sunx509");
       tmf.init(ks);

       SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
       sslContext.init(null, tmf.getTrustManagers(), null);

       SSLSocketFactory socketFactory = sslContext.getSocketFactory();

       Socket socket = null;
       OutputStream out = null;

       try {

           socket = socketFactory.createSocket("localhost", 8080);
           out = socket.getOutputStream();

           // 请求服务器
           String lines = "床前明月光\r\n疑是地上霜\r\n举头望明月\r\n低头思故乡\r\n";
           byte[] outputBytes = lines.getBytes("UTF-8");
           out.write(outputBytes);
           out.flush();

       } finally {
           // 关闭连接
           out.close();
           socket.close();
       }

   }
}