Qt文档阅读笔记-DTLS server解析
发布日期:2021-06-30 10:47:27 浏览次数:2 分类:技术文章

本文共 8216 字,大约阅读时间需要 27 分钟。

此篇博文展示了如何创建一个简单的DTLS服务端:

注意:这个DTLS服务端需要和DTLS客户端一起跑,才能看出效果。

服务端实现了DtlsServer类,这个类使用了QUdpSocket,QDtlsClientVerifier,QDtls使用这些类用于和客户端的连接,完成握手及数据加密传输与读取。

class DtlsServer : public QObject  {      Q_OBJECT  public:      DtlsServer();      ~DtlsServer();      bool listen(const QHostAddress &address, quint16 port);      bool isListening() const;      void close();  signals:      void errorMessage(const QString &message);      void warningMessage(const QString &message);      void infoMessage(const QString &message);      void datagramReceived(const QString &peerInfo, const QByteArray &cipherText,                            const QByteArray &plainText);  private slots:      void readyRead();      void pskRequired(QSslPreSharedKeyAuthenticator *auth);  private:      void handleNewConnection(const QHostAddress &peerAddress, quint16 peerPort,                               const QByteArray &clientHello);      void doHandshake(QDtls *newConnection, const QByteArray &clientHello);      void decryptDatagram(QDtls *connection, const QByteArray &clientMessage);      void shutdown();      bool listening = false;      QUdpSocket serverSocket;      QSslConfiguration serverConfiguration;      QDtlsClientVerifier cookieSender;      std::vector
> knownClients; Q_DISABLE_COPY(DtlsServer) };

构造函数中QUdpSocket::readyRead()信号连接了readyRead()槽,用于获取客户端的数据报,最简单的设置了DTLS的配置:

DtlsServer::DtlsServer()  {      connect(&serverSocket, &QAbstractSocket::readyRead, this, &DtlsServer::readyRead);      serverConfiguration = QSslConfiguration::defaultDtlsConfiguration();      serverConfiguration.setPreSharedKeyIdentityHint("Qt DTLS example server");      serverConfiguration.setPeerVerifyMode(QSslSocket::VerifyNone);  }

注意:服务端未使用证书,仅仅是依赖共享密钥(PSK)握手。

listen()与QUdpSocket进行了捆绑:

bool DtlsServer::listen(const QHostAddress &address, quint16 port)  {      if (address != serverSocket.localAddress() || port != serverSocket.localPort()) {          shutdown();          listening = serverSocket.bind(address, port);          if (!listening)              emit errorMessage(serverSocket.errorString());      } else {          listening = true;      }      return listening;  }

readyRead()槽函数获取客户端数据报:

...  const qint64 bytesToRead = serverSocket.pendingDatagramSize();  if (bytesToRead <= 0) {      emit warningMessage(tr("A spurious read notification"));      return;  }  QByteArray dgram(bytesToRead, Qt::Uninitialized);  QHostAddress peerAddress;  quint16 peerPort = 0;  const qint64 bytesRead = serverSocket.readDatagram(dgram.data(), dgram.size(),                                                     &peerAddress, &peerPort);  if (bytesRead <= 0) {      emit warningMessage(tr("Failed to read a datagram: ") + serverSocket.errorString());      return;  }  dgram.resize(bytesRead);      ...

随后获取客户端的IP和端口,服务端发送数据报给客户端:

...  if (peerAddress.isNull() || !peerPort) {      emit warningMessage(tr("Failed to extract peer info (address, port)"));      return;  }  const auto client = std::find_if(knownClients.begin(), knownClients.end(),                                   [&](const std::unique_ptr
&connection){ return connection->peerAddress() == peerAddress && connection->peerPort() == peerPort; }); ...

如果是新的客户端,未知地址和端口,客户端会发送ClientHello消息,随后服务端回HelloVerifyRequest这个要先处理下:

...  if (client == knownClients.end())      return handleNewConnection(peerAddress, peerPort, dgram);      ...

如果是连上的已知的客户端,服务端会进行解密:

...  if ((*client)->isConnectionEncrypted()) {      decryptDatagram(client->get(), dgram);      if ((*client)->dtlsError() == QDtlsError::RemoteClosedConnectionError)          knownClients.erase(client);      return;  }      ...

以及进行握手:

...  doHandshake(client->get(), dgram);      ...

handleNewConnect()对客户端进行认证,以及发送HelloVerifyRequest:

void DtlsServer::handleNewConnection(const QHostAddress &peerAddress,                                       quint16 peerPort, const QByteArray &clientHello)  {      if (!listening)          return;      const QString peerInfo = peer_info(peerAddress, peerPort);      if (cookieSender.verifyClient(&serverSocket, clientHello, peerAddress, peerPort)) {          emit infoMessage(peerInfo + tr(": verified, starting a handshake"));      ...

如果服务端认为新来的客户端可达,那个服务端会创建一个Qtls的配置,然后进行握手:

...      std::unique_ptr
newConnection{new QDtls{QSslSocket::SslServerMode}}; newConnection->setDtlsConfiguration(serverConfiguration); newConnection->setPeer(peerAddress, peerPort); newConnection->connect(newConnection.get(), &QDtls::pskRequired, this, &DtlsServer::pskRequired); knownClients.push_back(std::move(newConnection)); doHandshake(knownClients.back().get(), clientHello); ...

关于握手的代码在doHandshake()中

void DtlsServer::doHandshake(QDtls *newConnection, const QByteArray &clientHello)  {      const bool result = newConnection->doHandshake(&serverSocket, clientHello);      if (!result) {          emit errorMessage(newConnection->dtlsErrorString());          return;      }      const QString peerInfo = peer_info(newConnection->peerAddress(),                                         newConnection->peerPort());      switch (newConnection->handshakeState()) {      case QDtls::HandshakeInProgress:          emit infoMessage(peerInfo + tr(": handshake is in progress ..."));          break;      case QDtls::HandshakeComplete:          emit infoMessage(tr("Connection with %1 encrypted. %2")                           .arg(peerInfo, connection_info(newConnection)));          break;      default:          Q_UNREACHABLE();      }  }

在握手中,QDtls::pskRequired()信号关联到pskRequired()槽函数中,并且设置了PSK:

void DtlsServer::pskRequired(QSslPreSharedKeyAuthenticator *auth)  {      Q_ASSERT(auth);      emit infoMessage(tr("PSK callback, received a client's identity: '%1'")                       .arg(QString::fromLatin1(auth->identity())));      auth->setPreSharedKey(QByteArrayLiteral("\x1a\x2b\x3c\x4d\x5e\x6f"));  }

在握手完成后,就可以进行数据的加密发送和响应了:

void DtlsServer::decryptDatagram(QDtls *connection, const QByteArray &clientMessage)  {      Q_ASSERT(connection->isConnectionEncrypted());      const QString peerInfo = peer_info(connection->peerAddress(), connection->peerPort());      const QByteArray dgram = connection->decryptDatagram(&serverSocket, clientMessage);      if (dgram.size()) {          emit datagramReceived(peerInfo, clientMessage, dgram);          connection->writeDatagramEncrypted(&serverSocket, tr("to %1: ACK").arg(peerInfo).toLatin1());      } else if (connection->dtlsError() == QDtlsError::NoError) {          emit warningMessage(peerInfo + ": " + tr("0 byte dgram, could be a re-connect attempt?"));      } else {          emit errorMessage(peerInfo + ": " + connection->dtlsErrorString());      }  }

服务端关闭DTLS服务调用QDtls::shutdown()

void DtlsServer::shutdown()  {      for (const auto &connection : qExchange(knownClients, {}))          connection->shutdown(&serverSocket);      serverSocket.close();  }

下面是出现问题或警告时的代码:

const QString colorizer(QStringLiteral("%2
")); void MainWindow::addErrorMessage(const QString &message) { ui->serverInfo->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("Crimson"), message)); } void MainWindow::addWarningMessage(const QString &message) { ui->serverInfo->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("DarkOrange"), message)); } void MainWindow::addInfoMessage(const QString &message) { ui->serverInfo->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("DarkBlue"), message)); } void MainWindow::addClientMessage(const QString &peerInfo, const QByteArray &datagram, const QByteArray &plainText) { static const QString messageColor = QStringLiteral("DarkMagenta"); static const QString formatter = QStringLiteral("
---------------" "
A message from %1" "
DTLS datagram:
%2" "
As plain text:
%3"); const QString html = formatter.arg(peerInfo, QString::fromUtf8(datagram.toHex(' ')), QString::fromUtf8(plainText)); ui->messages->insertHtml(colorizer.arg(messageColor, html)); }

 

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哈哈,博客排版真的漂亮呢~
[***.90.31.176]2024年04月25日 06时00分48秒

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