https——TCP+TLS

主题：基于mbedtls-2.16.0，验证TLS会话复用功能

验证环境：

设备与PC验证TLS会话复用

1.TLS服务端

python代码

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
import ssl
import time

host = '192.168.x.xx'  # 服务器IP地址
port = 443             # 服务器端口

# 加载证书和私钥
certfile = "certificate.pem"
keyfile = "private.key"

def create_server():
    context = ssl.create_default_context(ssl.Purpose.CLIENT_AUTH)
    context.load_cert_chain(certfile, keyfile=keyfile)
    #context.verify_mode = ssl.CERT_NONE
    
    # 启用SSL会话缓存
    #context.session_cache_mode = ssl.SESSION_CACHE_SERVER
    #context.session_cache_size = 100  # 可以设置缓存的大小，调整为合适的值
    
    
    
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.bind((host, port))
    server_socket.listen(5)

    print("TLS server started on {}:{}".format(host, port))
    while True:
        # 等待客户端连接
        client_socket, client_addr = server_socket.accept()
        print("Connection from {}".format(client_addr))  # 使用str.format()格式化

        # 包装客户端连接以启用TLS
        ssl_socket = context.wrap_socket(client_socket, server_side=True)

        try:
            data = ssl_socket.recv(1024)  # 接收数据（测试连接时间）
            if data:
                print("Received data: {}".format(data))
                ssl_socket.send(b'Hello from server')
        except Exception as e:
            print("Connection error: {}".format(e))
        finally:
            ssl_socket.close()

if __name__ == "__main__":
    create_server()

启动TLS服务

sudo python3 tls_server.py

TLS server started on 192.168.xx.xxx:443
Connection from ('192.168.xx.xxx', 56626)
......

2.TLS客户端

2.1 基于Sesssion ID

2.1.1mbedtls-2.16.0库的宏配置

#define MBEDTLS_SSL_CACHE_C 

2.1.2 初始化配置

// 初始化所有组件
    mbedtls_net_init(&server_fd);
    mbedtls_ssl_init(&ssl);
    mbedtls_ssl_config_init(&conf);
    mbedtls_entropy_init(&entropy);
    mbedtls_ctr_drbg_init(&ctr_drbg);
    mbedtls_ssl_session_init(&saved_session);

    // 配置随机数生成器
    mbedtls_ctr_drbg_seed(&ctr_drbg, mbedtls_entropy_func, &entropy,
                            (const unsigned char *)"tls_client", 10))

    // 配置SSL参数
    mbedtls_ssl_config_defaults(&conf, MBEDTLS_SSL_IS_CLIENT,
       MBEDTLS_SSL_TRANSPORT_STREAM,MBEDTLS_SSL_PRESET_DEFAULT)

    // 配置无CA验签
    mbedtls_ssl_conf_authmode(&conf, MBEDTLS_SSL_VERIFY_NONE);

    // 生成随机数
    mbedtls_ssl_conf_rng(&conf, mbedtls_ctr_drbg_random, &ctr_drbg);
    mbedtls_ssl_conf_dbg(&conf, NULL, 0);

2.1.3 TCP连接

// TCP连接
    mbedtls_net_connect(&server_fd, SERVER, PORT, 
MBEDTLS_NET_PROTO_TCP) 

// 配置上下文
    mbedtls_ssl_setup(&ssl, &conf);

// 绑定端口
    mbedtls_ssl_set_bio(&ssl, &server_fd, 
                       mbedtls_net_send, mbedtls_net_recv, NULL);

2.1.4 首次TLS连接

2.1.4.1 发送加密算法列表

// TLS握手
    mbedtls_ssl_handshake(ssl);

Seesion ID为0.

2.1.4.2 选择加密算法（用于会话秘钥）

2.1.4.3 发送预主秘钥（用于生成会话秘钥）

2.1.4.4 客户端发送 Change Cipher Spec 消息（通知服务端准备使用新秘钥进行通信）

2.1.4.5 客户端确认密钥协商正确

2.1.4.6 服务端发送 Change Cipher Spec 消息（通知客户端准备使用新秘钥进行通信）

2.1.4.7 服务端密钥协商的正确性

2.1.4.6 终止加密通信（客户端主动停止TLS通信——方便验证后续TLS会话复用）

2.1.5 保存TLS连接会话

// 保存会话
mbedtls_ssl_get_session(&ssl, &saved_session)

2.1.6 销毁连接

//断开TLS连接
mbedtls_ssl_close_notify(&ssl);
mbedtls_ssl_free(&ssl);

//断开TCP连接
mbedtls_net_free(&server_fd);

2.1.7 重新建立TCP连接

// TCP连接
    mbedtls_net_connect(&server_fd, SERVER, PORT, 
MBEDTLS_NET_PROTO_TCP) 

// 初始化SSL结构体
mbedtls_ssl_init(&ssl);

// 配置上下文
    mbedtls_ssl_setup(&ssl, &conf);

// 绑定端口
    mbedtls_ssl_set_bio(&ssl, &server_fd, 
                       mbedtls_net_send, mbedtls_net_recv, NULL);

2.1.8 复用会话

// 更新旧会话到当前ssl
mbedtls_ssl_set_session(&ssl, &saved_session);

2.1.9 TLS重新连接

   // TLS握手
    mbedtls_ssl_handshake(ssl);

2.2 基于Ticket

2.2.1开启mbedtls库的TLS Ticket复用功能

#define MBEDTLS_SSL_SESSION_TICKETS

2.2.2 初始化配置

// 初始化所有组件
    mbedtls_net_init(&server_fd);
    mbedtls_ssl_init(&ssl);
    mbedtls_ssl_config_init(&conf);
    mbedtls_entropy_init(&entropy);
    mbedtls_ctr_drbg_init(&ctr_drbg);
    mbedtls_ssl_session_init(&saved_session);

    // 配置随机数生成器
    mbedtls_ctr_drbg_seed(&ctr_drbg, mbedtls_entropy_func, &entropy,
                            (const unsigned char *)"tls_client", 10))

    // 配置SSL参数
    mbedtls_ssl_config_defaults(&conf, MBEDTLS_SSL_IS_CLIENT,
       MBEDTLS_SSL_TRANSPORT_STREAM,MBEDTLS_SSL_PRESET_DEFAULT)

    // 配置无CA验签
    mbedtls_ssl_conf_authmode(&conf, MBEDTLS_SSL_VERIFY_NONE);

    // 生成随机数
    mbedtls_ssl_conf_rng(&conf, mbedtls_ctr_drbg_random, &ctr_drbg);

2.2.3 配置Ticket

//配置Ticket使能
    mbedtls_ssl_conf_session_tickets(&conf, MBEDTLS_SSL_SESSION_TICKETS_ENABLED);
    mbedtls_ssl_conf_dbg(&conf, NULL, 0);

2.2.4 TCP连接

    // TCP连接
    mbedtls_net_connect(&server_fd, SERVER, PORT, 
MBEDTLS_NET_PROTO_TCP) 

// 配置上下文
    mbedtls_ssl_setup(&ssl, &conf);

// 绑定端口
    mbedtls_ssl_set_bio(&ssl, &server_fd, 
                       mbedtls_net_send, mbedtls_net_recv, NULL);

2.2.5 首次TLS连接

// TLS握手
    mbedtls_ssl_handshake(ssl);

2.2.6 保存TLS连接会话

// 保存会话
mbedtls_ssl_get_session(&ssl, &saved_session)

2.2.7 销毁连接

//断开TLS连接
mbedtls_ssl_close_notify(&ssl);
mbedtls_ssl_free(&ssl);

//断开TCP连接
mbedtls_net_free(&server_fd);

2.2.8 重新建立TCP连接

// TCP连接
    mbedtls_net_connect(&server_fd, SERVER, PORT, 
MBEDTLS_NET_PROTO_TCP) 

// 初始化SSL结构体
mbedtls_ssl_init(&ssl);

// 配置上下文
    mbedtls_ssl_setup(&ssl, &conf);

// 绑定端口
    mbedtls_ssl_set_bio(&ssl, &server_fd, 
                       mbedtls_net_send, mbedtls_net_recv, NULL);

2.2.9 复用会话

// 更新旧会话到当前ssl
mbedtls_ssl_set_session(&ssl, &saved_session);

2.2.10 TLS重新连接

    // TLS握手
    mbedtls_ssl_handshake(ssl);