鸿蒙网络编程系列7-TLS安全数据传输单向认证示例

1.TLS简介

TLS（Transport Layer Security）协议的前身是SSL（Secure Socket Layer）安全套接层协议，由Netscape公司于1994年提出，是一套网络通信安全协议。IETF（The Internet Engineering Task Force）后期负责SSL协议，并且重新命名为TLS协议。IETF于1999年发布了TLS 1.0版本，该版本基于SSL 3.0；2006年4月，发布了TLS 1.1版本，2008年8月，发布了TLS 1.2版本，2018年3月，TLS 1.3版本发布，是目前最新的TLS版本。

2. TLS的常用方法

鸿蒙封装的TLS操作类位于模块socket中，使用如下的方式导入：

import socket from '@ohos.net.socket';

​ socket模块包括了众多的TCP操作方法，就本文而言，重点需要掌握的是如下五个：

1）constructTLSSocketInstance(): TLSSocket

创建并返回一个TLSSocket对象,,在使用TLSSocket的方法以前需要创建该对象。

2）bind(address: NetAddress): Promise<void>

绑定IP地址和端口，端口可以指定或由系统随机分配，可以使用0.0.0.0表示本机IP地址；使用Promise方式作为异步方法。

3）connect(options: TLSConnectOptions): Promise<void>

连接到指定的TLS服务端，参数options包含了连接的地址address、TLS安全配置secureOptions以及ALPN协议列表ALPNProtocols，其中address和secureOptions是必选的，ALPN是可选的，使用promise方法作为异步方法。

4）send(data: string): Promise<void>

通过TLSSocket连接向服务端发送消息data，使用Promise方式作为异步方法。

5）on(type: 'message', callback: Callback<{message: ArrayBuffer, remoteInfo: SocketRemoteInfo}>): void

订阅TLSSocket连接的接收消息事件，当套接字接收到消息时触发该事件，其中message表示接收到的消息，remoteInfo是发送方信息；使用callback方式作为异步方法。

3. TLS单向认证通讯示例

为演示TLS安全通讯单向认证的方式（即客户端认证服务端，客户端本身不提供证书），本示例实现了使用TLS协议发送、接收消息的功能，运行后的初始界面如下所示：

本示例中，可以配置TLS服务端的地址，可以直接输入服务端证书的CA信息，或者从文件加载，在配置好CA后，就可以连接服务端了，连接握手成功后，就可以发送信息给对方。

下面详细介绍创建该应用的步骤。

步骤1：创建Empty Ability项目。

步骤2：在module.json5配置文件加上对权限的声明：

"requestPermissions": [

{

​ "name": "ohos.permission.INTERNET"

},

{

​ "name": "ohos.permission.GET_WIFI_INFO"

}

]

这里分别添加了访问互联网和访问WIFI信息的权限。

步骤3：在Index.ets文件里添加如下的代码：

import socket from '@ohos.net.socket';
import wifiManager from '@ohos.wifiManager';
import systemDateTime from '@ohos.systemDateTime';
import util from '@ohos.util';
import picker from '@ohos.file.picker';
import fs from '@ohos.file.fs';
import common from '@ohos.app.ability.common';

//执行TLS通讯的对象
let tlsSocket = socket.constructTLSSocketInstance()

//说明：本地的IP地址不是必须知道的，绑定时绑定到IP：0.0.0.0即可，显示本地IP地址的目的是方便对方发送信息过来
//本地IP的数值形式
let ipNum = wifiManager.getIpInfo().ipAddress
//本地IP的字符串形式
let localIp = (ipNum >>> 24) + '.' + (ipNum >> 16 & 0xFF) + '.' + (ipNum >> 8 & 0xFF) + '.' + (ipNum & 0xFF);

let caFileUri = ''

@Entry
@Component
struct Index {
  //连接、通讯历史记录
  @State msgHistory: string = ''
  //要发送的信息
  @State sendMsg: string = ''
  //服务端IP地址
  @State serverIp: string = "0.0.0.0"
  //服务端端口
  @State serverPort: number = 9999
  //是否可以加载
  @State canLoad: boolean = false
  //是否可以连接
  @State canConnect: boolean = false
  //是否可以发送消息
  @State canSend: boolean = false
  @State ca: string = ``

  scroller: Scroller = new Scroller()

  build() {
    Row() {
      Column() {
        Text("TLS通讯示例")
          .fontSize(14)
          .fontWeight(FontWeight.Bold)
          .width('100%')
          .textAlign(TextAlign.Center)
          .padding(10)

        Flex({ justifyContent: FlexAlign.Start, alignItems: ItemAlign.Center }) {
          Text("本地IP地址：")
            .width(100)
            .fontSize(14)
            .flexGrow(0)
          Text(localIp)
            .width(110)
            .fontSize(12)
            .flexGrow(1)

        }.width('100%')
        .padding(10)

        Flex({ justifyContent: FlexAlign.Start, alignItems: ItemAlign.Center }) {
          Text("服务端地址：")
            .fontSize(14)
            .width(90)
            .flexGrow(1)

          TextInput({ text: this.serverIp })
            .onChange((value) => {
              this.serverIp = value
            })
            .width(110)
            .fontSize(12)
            .flexGrow(4)

          Text(":")
            .width(5)
            .flexGrow(0)

          TextInput({ text: this.serverPort.toString() })
            .type(InputType.Number)
            .onChange((value) => {
              this.serverPort = parseInt(value)
            })
            .fontSize(12)
            .flexGrow(2)
            .width(50)
        }
        .width('100%')
        .padding(10)

        Flex({ justifyContent: FlexAlign.Start, alignItems: ItemAlign.Center }) {
          Text("CA(输入或者加载)")
            .fontSize(14)
            .width(90)
            .flexGrow(1)

          Button("选择")
            .onClick(() => {
              this.selectCA()
            })
            .width(70)
            .fontSize(14)
            .flexGrow(0)

          Button("加载")
            .onClick(() => {
              this.loadCA()
            })
            .enabled(this.canLoad)
            .width(70)
            .fontSize(14)
            .flexGrow(0)

          Button("连接")
            .onClick(() => {
              this.connect2Server()
            })
            .enabled(this.canConnect)
            .width(70)
            .fontSize(14)
            .flexGrow(0)
        }
        .width('100%')
        .padding(10)

        Flex({ justifyContent: FlexAlign.Start, alignItems: ItemAlign.Center }) {
          TextArea({ text: this.ca }).onChange((value) => {
            this.ca = value
          })
            .flexGrow(1)
            .height(200)
        }
        .width('100%')
        .padding(10)

        Flex({ justifyContent: FlexAlign.Start, alignItems: ItemAlign.Center }) {
          TextInput({ placeholder: "输入要发送的消息" }).onChange((value) => {
            this.sendMsg = value
          })
            .width(200)
            .flexGrow(1)

          Button("发送")
            .enabled(this.canSend)
            .width(70)
            .fontSize(14)
            .flexGrow(0)
            .onClick(() => {
              this.sendMsg2Server()
            })
        }
        .width('100%')
        .padding(10)

        Scroll(this.scroller) {
          Text(this.msgHistory)
            .textAlign(TextAlign.Start)
            .padding(10)
            .width('100%')
            .backgroundColor(0xeeeeee)
        }
        .align(Alignment.Top)
        .backgroundColor(0xeeeeee)
        .height(300)
        .flexGrow(1)
        .scrollable(ScrollDirection.Vertical)
        .scrollBar(BarState.On)
        .scrollBarWidth(20)
      }
      .width('100%')
      .justifyContent(FlexAlign.Start)
      .height('100%')
    }
    .height('100%')
  }

  //发送消息到服务端
  sendMsg2Server() {
    tlsSocket.send(this.sendMsg + "\r\n")
      .then(async () => {
        this.msgHistory += "我:" + this.sendMsg + await getCurrentTimeString() + "\r\n"
      })
      .catch((e) => {
        this.msgHistory += '发送失败' + e.message + "\r\n";
      })
  }

  //绑定本地地址
  async bind2LocalAddress() {
    //本地地址
    let localAddress = { address: "0.0.0.0", family: 1 }

    await tlsSocket.bind(localAddress)
      .then(() => {
        this.msgHistory = 'bind success' + "\r\n";
      })
      .catch((e) => {
        this.msgHistory = 'bind fail ' + e.message + "\r\n";
      })

    //收到消息时的处理
    tlsSocket.off("message")

    tlsSocket.on("message", async (value) => {
      let msg = buf2String(value.message)
      let time = await getCurrentTimeString()
      this.msgHistory += "服务端:" + msg + time + "\r\n"
      this.scroller.scrollEdge(Edge.Bottom)
    })
  }

  //选择CA证书文件
  selectCA() {
    let documentPicker = new picker.DocumentViewPicker();
    documentPicker.select().then((result) => {
      if (result.length > 0) {
        caFileUri = result[0]
        this.msgHistory += "select file: " + caFileUri + "\r\n";
        this.canLoad = true
      }
    }).catch((e) => {
      this.msgHistory += 'DocumentViewPicker.select failed ' + e.message + "\r\n";
    });
  }

  //加载CA文件内容
  loadCA() {
    try {
      let buf = new ArrayBuffer(1024 * 4);
      let file = fs.openSync(caFileUri, fs.OpenMode.READ_ONLY);
      let readLen = fs.readSync(file.fd, buf, { offset: 0 });
      this.ca = buf2String(buf.slice(0, readLen))
      this.canConnect = true
      fs.closeSync(file);
    }
    catch (e) {
      this.msgHistory += 'readText failed ' + e.message + "\r\n";
    }
  }

  //连接服务端
  connect2Server() {
    //绑定本地地址
    this.bind2LocalAddress()

    //服务端地址
    let serverAddress = { address: this.serverIp, port: this.serverPort, family: 1 }
    let opt: socket.TLSSecureOptions = {
      ca: [this.ca]
    }

    tlsSocket.connect({ address: serverAddress, secureOptions: opt })
      .then(() => {
        this.msgHistory = 'connect success ' + "\r\n";
        this.canSend = true
      })
      .catch((e) => {
        this.msgHistory = 'connect fail ' + e.message + "\r\n";
      })
  }
}

//同步获取当前时间的字符串形式
async function getCurrentTimeString() {
  let time = ""
  await systemDateTime.getDate().then(
    (date) => {
      time = date.getHours().toString() + ":" + date.getMinutes().toString()
        + ":" + date.getSeconds().toString()
    }
  )
  return "[" + time + "]"
}

//ArrayBuffer转utf8字符串
function buf2String(buf: ArrayBuffer) {
  let msgArray = new Uint8Array(buf);
  let textDecoder = util.TextDecoder.create("utf-8");
  return textDecoder.decodeWithStream(msgArray)
}

步骤4：编译运行，可以使用模拟器或者真机。

步骤5：配置CA信息，单击“选择”按钮选择CA证书，如图所示：

步骤6：单击“加载”按钮加载CA证书，如图所示：

步骤7：配置服务端地址，当前，前提是要运行一个TLS服务端，具体的服务端可以使用别的语言编写，或者使用更高版本的鸿蒙API编写，本例假定使用一个基于TLS的回声服务器，配置好后，单击“连接”按钮即可开始连接服务端。连接成功后，如果在服务端监听，可以看到如下的连接过程信息：

步骤8：输入要发送的信息，单击“发送”按钮即可发送信息到服务端，如下图所示：

如果监听发送接收消息，可以看到Application Data的发送过程：

通过上面的过程可知，在经过成功的握手后，消息发送接收都是基于密文的，达到了保密的目的。

这样就完成了一个简单的TLS单向认证消息发送应用。

（本文作者原创，除非明确授权禁止转载）

本文源码地址：

<ttps://gitee.com/zl3624/harmonyos_network_samples/tree/master/code/tcp/StickyDemo>

本系列源码地址：

https://gitee.com/zl3624/harmonyos_network_samples