Socket開發框架之資料加密及完整性檢查

在前面兩篇介紹了socket框架的設計思路以及資料傳輸方面的內容，整個框架的設計指導原則就是易於使用及安全性較好，可以用來從客戶端到服務端的資料安全傳輸，那麼實現這個目標就需要設計好訊息的傳輸和資料加密的處理。本篇主要介紹如何利用socket傳輸協議來實現資料加密和資料完整性校驗的處理，資料加密我們可以採用基於rsa非對稱加密的方式來實現，資料的完整性，我們可以對傳輸的內容進行md5資料的校驗對比。

前面介紹過socket的協議，除了起止識別符號外，整個內容是乙個json的字串內容，這種格式如下所示。

上述訊息內容，我們可以通過開始標識位和結束標識位，抽取出乙個完整的socket訊息，這樣我們對其中的json內容進行序列號就可以得到對應的實體類，我們定義實體類的內容如下所示。

我們把訊息物件分為請求訊息物件和應答訊息物件，他們對應的是request和response的訊息，也就是乙個是發起的訊息，乙個是應答的訊息。其中上圖的「承載的json內容就是我們另乙個傳輸物件的json字串，這樣我們通過這種字串來傳輸不同物件的資訊，就構造出了乙個通用的訊息實體物件。

另外這些傳輸的訊息物件，它本身可以繼承於乙個實體類的基類，這樣方便我們對它們的統一處理，如下圖所示，就是乙個通用的訊息物件basemessage和其中json內容的物件關係圖，如authrequest是登陸驗證請求，authorrepsonse是登陸驗證的應答。

當然，我們整個socket應用，可以派生出很多類似的request和response的訊息物件，如下所示是部分訊息的定義。

對於非對稱加密的處理，一般來說會有一些效能上的損失，不過我們考慮到如果是安全環境的資料傳輸處理的話，我們使用非對稱加密還是比較好的。

當然也有人建議採用非對稱加密部分內容，如雙方採用約定的對稱加密鍵，通過非對稱加密的方式來傳輸這個加密鍵，然後兩邊採用對稱加密演算法來處理也是可以的。不過本框架主要介紹採用非對稱加密的方式來加密其中的json內容，其他部分常規的資訊不進行加密。

訊息加密資料的傳輸前，我們需要交換演算法的公鑰，也就是伺服器把自己公鑰給客戶端，客戶端收到伺服器的公鑰請求後，返回客戶端的公鑰給伺服器，實現兩者的交換，以後雙方的訊息都通過對方公鑰加密，把加密內容通過標準的socket訊息物件傳遞，這樣對方收到的加密內容，就可以通過自身的私鑰進行解密了。

那麼要在傳遞訊息前處理這個公鑰交換的話，我們可以設計在伺服器接入乙個新的客戶端連線後（在登入處理前），向客戶端傳送伺服器的公鑰，客戶端受到伺服器的公鑰後，回應自己的公鑰資訊，並儲存伺服器的公鑰。這樣我們就可以在登陸的時候以及後面的訊息傳遞過程中，使用對方公鑰進行加密資料，實現較好的安全性。

公鑰傳遞的過程如下圖所示，也就是客戶端發起連線伺服器請求後，由伺服器主動傳送乙個公鑰請求命令，客戶端收到後進行響應，傳送自身的公鑰給伺服器，伺服器把客戶端的公鑰資訊儲存在對應的socket物件上，以後所有訊息都通過客戶端公鑰加密，然後傳送給客戶端。

前面我們介紹過，我們所有的自定義socket物件，都是繼承於乙個basesocketclient這樣的基類物件，那麼我們只需要在它的物件裡面增加幾個屬性幾個，乙個是自己的公鑰、私鑰，乙個是對方的公鑰資訊，如下所示。

在程式的啟動後，包括客戶端啟動，伺服器啟動，我們都需要構建好自己的公鑰私鑰資訊，如下**是產生對應的公鑰私鑰資訊，並儲存在屬性裡面。

using (rsacryptoserviceprovider rsa = new
rsacryptoserviceprovider())

例如在伺服器端，在客戶端socket成功接入後，我們就給對應的客戶端傳送公鑰請求訊息，如下**所示。

///

///客戶端連線後的處理（如傳送公鑰秘鑰）

/// ///

連線客戶端

protected

override

void

onafterclientconnected(clientofshop client)

那麼在客戶端，接收到服務端的訊息後，對訊息型別判斷，如果是公鑰請求，那麼我們需要進行回應，把自己的公鑰發給伺服器，否則就進行其他的業務處理了。

///
///重寫讀取訊息的處理
/// ///
獲取到的完整socket訊息物件
protected
override
void
onmessagereceived(basemessage message)
，獲取到加密公鑰為：
", portal.gc.usersaencrypt, info.rsapublickey);
//公鑰請求應答
var publickey = portal.gc.usersaencrypt ? portal.gc.rsapublickey : ""
; 
var data = new rsakeyresponse(publickey);//
返回客戶端的公鑰
var msg =data.packdata(message);
senddata(msg);
thread.sleep(
100);//
暫停下}
}else
}

如果我們交換成功後，我們後續的訊息，就可以通過rsa非對稱加密進行處理了，如下**所示。

data.content = rsasecurityhelper.rsaencrypt(this.peerrsapublickey, data.content);

而解密訊息，則是上面**的逆過程，如下所示。

message.content = rsasecurityhelper.rsadecrypt(this.rsaprivatekey, message.content);

最後我們把加密後的內容組成乙個待傳送的socket訊息，包含起止識別符號，如下所示。

//
轉為json，並組裝為傳送協議格式
var json =jsontools.objecttojson(data);
tosenddata = string.format("
", (char)this.startbyte, json, (char)this.endbyte);

這樣就是我們需要傳送的訊息內容了，我們攔截內容，可以看到大概的內容如下所示。

上面紅色框的內容，必須使用原有的私鑰才能進行解密，也就是在網路上，被誰攔截了，也無法進行解開，保證了資料的安全性。

資料的完整性，我們可以通過訊息內容的md5值進行比對，實現檢查是否內容被篡改過，不過如果是採用了非對稱加密，這種完整性檢查也可以忽略，不過我們可以保留它作為乙個檢查處理。

因此在封裝資料的時候，就把內容部分md5值計算出來，如下所示。

data.md5 = md5util.ge***5_32(data.content);//
獲取內容的md5值

然後在獲得訊息，並進行解密後（如果有），那麼在伺服器端計算一下md5值，並和傳遞過來的md5值進行比對，如果一致則說明沒有被篡改過，如下**所示。

var md5 =md5util.ge***5_32(message.content);
if (md5 ==message.md5)
else
", message.content));
}

以上就是我在socket開發框架裡面，實現傳輸資料的非對稱加密，以及資料完整性校驗的處理過程。

Socket開發框架之資料加密及完整性檢查

C 的Socket開發框架 SuperSocket

Python開發之 Socket程式設計

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