使用Go實現TLS服務器和客戶端的示例

Posted on 2021-12-08 by WalkonNet

傳輸層安全協議（Transport Layer Security，縮寫：TLS），及其前身安全套接層（Secure Sockets Layer，縮寫：SSL）是一種安全協議，目的是為互聯網通信提供安全及數據完整性保障。

SSL包含記錄層（Record Layer）和傳輸層，記錄層協議確定瞭傳輸層數據的封裝格式。傳輸層安全協議使用X.509認證，之後利用非對稱加密演算來對通信方做身份認證，之後交換對稱密鑰作為會談密鑰（Session key）。這個會談密鑰是用來將通信兩方交換的數據做加密，保證兩個應用間通信的保密性和可靠性，使客戶與服務器應用之間的通信不被攻擊者竊聽。

本文並沒有提供一個TLS的深度教程，而是提供瞭兩個Go應用TLS的簡單例子，用來演示使用Go語言快速開發安全網絡傳輸的程序。

TLS歷史

1994年早期，NetScape公司設計瞭SSL協議（Secure Sockets Layer）的1.0版，但是未發佈。
1994年11月，NetScape公司發佈SSL 2.0版，很快發現有嚴重漏洞。
1996年11月，SSL 3.0版問世，得到大規模應用。
1999年1月，互聯網標準化組織ISOC接替NetScape公司，發佈瞭SSL的升級版TLS 1.0版。
2006年4月和2008年8月，TLS進行瞭兩次升級，分別為TLS 1.1版和TLS 1.2版。最新的變動是2011年TLS 1.2的修訂版。

現在正在制定 tls 1.3。

證書生成

首先我們創建私鑰和證書。

服務器端的證書生成

使用瞭”服務端證書”可以確保服務器不是假冒的。

1、生成服務器端的私鑰

openssl genrsa -out server.key 2048

2、生成服務器端證書

openssl req -new -x509 -key server.key -out server.pem -days 3650

或者

go run $GOROOT/src/crypto/tls/generate_cert.go --host localhost

客戶端的證書生成

除瞭”服務端證書”，在某些場合中還會涉及到”客戶端證書”。所謂的”客戶端證書”就是用來證明客戶端訪問者的身份。
比如在某些金融公司的內網，你的電腦上必須部署”客戶端證書”，才能打開重要服務器的頁面。
我會在後面的例子中演示”客戶端證書”的使用。

3、生成客戶端的私鑰

openssl genrsa -out client.key 2048

4、生成客戶端的證書

openssl req -new -x509 -key client.key -out client.pem -days 3650

或者使用下面的腳本：

#!/bin/bash
# call this script with an email address (valid or not).
# like:
# ./makecert.sh [email protected]
mkdir certs
rm certs/*
echo "make server cert"
openssl req -new -nodes -x509 -out certs/server.pem -keyout certs/server.key -days 3650 -subj "/C=DE/ST=NRW/L=Earth/O=Random Company/OU=IT/CN=www.random.com/emailAddress=$1"
echo "make client cert"
openssl req -new -nodes -x509 -out certs/client.pem -keyout certs/client.key -days 3650 -subj "/C=DE/ST=NRW/L=Earth/O=Random Company/OU=IT/CN=www.random.com/emailAddress=$1"

Golang 例子

Go Package tls部分實現瞭 tls 1.2的功能，可以滿足我們日常的應用。Package crypto/x509提供瞭證書管理的相關操作。

服務器證書的使用

本節代碼提供瞭服務器使用證書的例子。下面的代碼是服務器的例子：

package main
import (
    "bufio"
    "crypto/tls"
    "log"
    "net"
)
func main() {
    cert, err := tls.LoadX509KeyPair("server.pem", "server.key")
    if err != nil {
        log.Println(err)
        return
    }
    config := &tls.Config{Certificates: []tls.Certificate{cert}}
    ln, err := tls.Listen("tcp", ":443", config)
    if err != nil {
        log.Println(err)
        return
    }
    defer ln.Close()
    for {
        conn, err := ln.Accept()
        if err != nil {
            log.Println(err)
            continue
        }
        go handleConn(conn)
    }
}
func handleConn(conn net.Conn) {
    defer conn.Close()
    r := bufio.NewReader(conn)
    for {
        msg, err := r.ReadString('\n')
        if err != nil {
            log.Println(err)
            return
        }
        println(msg)
        n, err := conn.Write([]byte("world\n"))
        if err != nil {
            log.Println(n, err)
            return
        }
    }
}

首先從上面我們創建的服務器私鑰和pem文件中得到證書cert，並且生成一個tls.Config對象。這個對象有多個字段可以設置，本例中我們使用它的默認值。
然後用tls.Listen開始監聽客戶端的連接，accept後得到一個net.Conn，後續處理和普通的TCP程序一樣。
然後，我們看看客戶端是如何實現的：

package main
import (
    "crypto/tls"
    "log"
)
func main() {
    conf := &tls.Config{
        InsecureSkipVerify: true,
    }
    conn, err := tls.Dial("tcp", "127.0.0.1:443", conf)
    if err != nil {
        log.Println(err)
        return
    }
    defer conn.Close()
    n, err := conn.Write([]byte("hello\n"))
    if err != nil {
        log.Println(n, err)
        return
    }
    buf := make([]byte, 100)
    n, err = conn.Read(buf)
    if err != nil {
        log.Println(n, err)
        return
    }
    println(string(buf[:n]))
}

InsecureSkipVerify用來控制客戶端是否證書和服務器主機名。如果設置為true,則不會校驗證書以及證書中的主機名和服務器主機名是否一致。
因為在我們的例子中使用自簽名的證書，所以設置它為true,僅僅用於測試目的。

可以看到，整個的程序編寫和普通的TCP程序的編寫差不太多，隻不過初始需要做一些TLS的配置。

你可以go run server.go和go run client.go測試這個例子。

客戶端證書的使用
在有的情況下，需要雙向認證，服務器也需要驗證客戶端的真實性。在這種情況下，我們需要服務器和客戶端進行一點額外的配置。

服務器端：

package main
import (
    "bufio"
    "crypto/tls"
    "crypto/x509"
    "io/ioutil"
    "log"
    "net"
)
func main() {
    cert, err := tls.LoadX509KeyPair("server.pem", "server.key")
    if err != nil {
        log.Println(err)
        return
    }
    certBytes, err := ioutil.ReadFile("client.pem")
    if err != nil {
        panic("Unable to read cert.pem")
    }
    clientCertPool := x509.NewCertPool()
    ok := clientCertPool.AppendCertsFromPEM(certBytes)
    if !ok {
        panic("failed to parse root certificate")
    }
    config := &tls.Config{
        Certificates: []tls.Certificate{cert},
        ClientAuth:   tls.RequireAndVerifyClientCert,
        ClientCAs:    clientCertPool,
    }
    ln, err := tls.Listen("tcp", ":443", config)
    if err != nil {
        log.Println(err)
        return
    }
    defer ln.Close()
    for {
        conn, err := ln.Accept()
        if err != nil {
            log.Println(err)
            continue
        }
        go handleConn(conn)
    }
}
func handleConn(conn net.Conn) {
    defer conn.Close()
    r := bufio.NewReader(conn)
    for {
        msg, err := r.ReadString('\n')
        if err != nil {
            log.Println(err)
            return
        }
        println(msg)
        n, err := conn.Write([]byte("world\n"))
        if err != nil {
            log.Println(n, err)
            return
        }
    }
}

因為需要驗證客戶端，我們需要額外配置下面兩個字段：

ClientAuth: tls.RequireAndVerifyClientCert,
ClientCAs: clientCertPool,

然後客戶端也配置這個clientCertPool:

package main
import (
    "crypto/tls"
    "crypto/x509"
    "io/ioutil"
    "log"
)
func main() {
    cert, err := tls.LoadX509KeyPair("client.pem", "client.key")
    if err != nil {
        log.Println(err)
        return
    }
    certBytes, err := ioutil.ReadFile("client.pem")
    if err != nil {
        panic("Unable to read cert.pem")
    }
    clientCertPool := x509.NewCertPool()
    ok := clientCertPool.AppendCertsFromPEM(certBytes)
    if !ok {
        panic("failed to parse root certificate")
    }
    conf := &tls.Config{
        RootCAs:            clientCertPool,
        Certificates:       []tls.Certificate{cert},
        InsecureSkipVerify: true,
    }
    conn, err := tls.Dial("tcp", "127.0.0.1:443", conf)
    if err != nil {
        log.Println(err)
        return
    }
    defer conn.Close()
    n, err := conn.Write([]byte("hello\n"))
    if err != nil {
        log.Println(n, err)
        return
    }
    buf := make([]byte, 100)
    n, err = conn.Read(buf)
    if err != nil {
        log.Println(n, err)
        return
    }
    println(string(buf[:n]))
}

運行這兩個代碼go run server2.go和go run client2.go,可以看到兩者可以正常的通訊，如果用前面的客戶端go run client.go，不能正常通訊，因為前面的客戶端並沒有提供客戶端證書。

更正使用自定義的CA的例子可以參考 https://github.com/golang/net/tree/master/http2/h2demo

Make CA:
$ openssl genrsa -out rootCA.key 2048
$ openssl req -x509 -new -nodes -key rootCA.key -days 1024 -out rootCA.pem
... install that to Firefox
Make cert:
$ openssl genrsa -out server.key 2048
$ openssl req -new -key server.key -out server.csr
$ openssl x509 -req -in server.csr -CA rootCA.pem -CAkey rootCA.key -CAcreateserial -out server.crt -days 500

到此這篇關於使用Go實現TLS服務器和客戶端的示例的文章就介紹到這瞭,更多相關Go TLS服務器和客戶端內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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