mbedtls 入门

ARM mbedtls使开发人员可以非常轻松地在嵌入式产品中加入加密和SSL/TLS功能。它提供了具有直观的API和可读源代码的SSL库，可以在大部分系统上直接构建它，也可以手动选择和配置各项功能。mbedtls库提供了一组可单独使用和编译的加密组件，还可以使用单个配置头文件加入或排除这些组件。从功能角度来看，该mbedtls分为三个主要部分：

• SSL/TLS协议实施；

• 一个加密库；

• 一个X.509证书处理库。

编译安装

mbedtls支持make、cmake等多种安装方式，本文介绍make方式和cmake方式编译源代码，并在目标主机中安装mbedtls动态链接库和头文件。首先通过git clone https://github.com/ARMmbed/mbedtls.git命令下载源码。

make方式

$ make SHARED=1
$ make install DESTDIR=xxx

使用make时默认情况下并不会生成动态链接库，SHARED=1生成动态链接库，DESTDIR指定安装目录。

cmake方式

cmake方式比make方式的步骤要多一些，如果目标主机并没有安装cmake工具，可通过apt-get工具安装cmake。

$ cmake -DUSE_SHARED_MBEDTLS_LIBRARY=On .
$ make
$ sudo make install

-DUSE_SHARED_MBEDTLS_LIBRARY=On生成动态链接库。

修改mbedtls配置

mbedtls也可以通过修改配置文件的方式进行裁剪，mbedtls提供了几个参考模板，具体的config.h文件可参考mbedtls/configs目录，该目录中包括config-ccm-psk-tls1_2.h, config-mini-tls1_1.h等文件。和mbedtls安装方法相似，可通过make方法和cmake方法修改具体配置。

make方法

# 设置MBEDTLS_CONFIG_FILE宏，指向config-ccm-psk-tls1_2.h
$ CFLAGS="-I$PWD/configs -DMBEDTLS_CONFIG_FILE='<config-ccm-psk-tls1_2.h>'" 
# 重新编译
$ make

cmake方法

# 删除之前cmake相关中间文件，但是不包括CMakeLists.txt文件
$ find . -iname '*cmake*' -not -name CMakeLists.txt -exec rm -rf {} +
# 指定配置文件为 config-ccm-psk-tls1_2.h，重新编译
$ CFLAGS="-I$PWD/configs -DMBEDTLS_CONFIG_FILE='<config-ccm-psk-tls1_2.h>'" $ cmake .

默认情况下，动态链接库安装至/usr/local/lib（包括libmbedtls.so、libmbedcrypto.so、libmbedx509.so），头文件安装至/usr/local/include/mbedtls，mbedtls的相关工具将安装在/usr/local/bin目录下（例如gen_key等）。

示例代码

示例通过介绍如何使用HMAC算法生成一个消息认证码，代码如下：

#include <string.h>
#include <stdio.h>

#include "mbedtls/md.h"


int main(int argc, char** argv)
{
    int ret = -1;
    unsigned char secret[] = "a secret";
    unsigned char buffer[] = "some data to hash";
    unsigned char digest[32];
    mbedtls_md_context_t sha_ctx;

    mbedtls_md_init(&sha_ctx);

    memset(digest, 0x00, sizeof(digest));

    ret = mbedtls_md_setup(&sha_ctx, mbedtls_md_info_from_type(MBEDTLS_MD_SHA256), 1);
    if (ret != 0) {
        printf("mbedtls_md_setup() returned -0x%04x\n", -ret);
        goto exit;
    }

    mbedtls_md_hmac_starts(&sha_ctx, secret, sizeof(secret) - 1);
    mbedtls_md_hmac_update(&sha_ctx, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    mbedtls_md_hmac_finish(&sha_ctx, digest);

    printf("HMAC: ");

    for (int i = 0; i < sizeof(digest); i++) {
        printf("%02X", digest[i]);
    }

    printf("\n");

exit:
    mbedtls_md_free(&sha_ctx);

    return ret;
}

• hmac算法需要两个参数，一个称为秘钥，此处为secret，另一个称为消息，此处为buffer。

• 消息认证码保留在digest数组中。

• 此处hmac算法选择sha256算法作为单向散列函数，所以hmac的计算结果一定为32字节。

• 在mbedtls中，消息认证码的生成分为三个步骤：

  • mbedtls_md_hmac_starts设置密钥；

  • mbedtls_md_hmac_update填充消息；

  • mbedtls_md_hmac_finish生成消息认证码，结果保存至digest中。

• 最后把digest使用HEX格式打印至控制台。

编译后，执行输出如下：

$ ./cmake-build/out/src/hmac-test 
HMAC: 7FD04DF92F636FD450BC841C9418E5825C17F33AD9C87C518115A45971F7F77E

适配打印模块

mbedtls调试打印接口使用的是标准库函数printf()，如果要替换为自己的接口，可以定义MBEDTLS_PLATFORM_PRINTF_MACRO来添加自己的打印接口。也可以通过定义 MBEDTLS_PLATFORM_PRINTF_ALT，然后调用mbedtls_platform_set_printf()接口设置自己的打印接口。

参考文章

libuv-mbedtls
借助mbedTLS了解DTLS握手协议
AES在openssl和mbedtls中的简单代码示例
mbedTLS（PolarSSL）简单思路和函数笔记（Client端）
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Makefile 编译时如何输出打印信息
系统编译：如何给Make命令来传递参数