前言

上一篇文章我們講了 OpenSSL 的原理，接下來，我們來說說如何利用 openssl 第三方庫進行開發，來為 tcp 層進行 SSL 隧道加密

OpenSSL 初始化

在 swoole 中，如果想要進行 ssl 加密，只需要如下設定即可：

$serv = new swoole_server("0.0.0.0", 443, SWOOLE_PROCESS, SWOOLE_SOCK_TCP | SWOOLE_SSL);
$key_dir = dirname(dirname(__DIR__)).'/tests/ssl';

$serv->set(array(
    'worker_num' => 4,
    'ssl_cert_file' => $key_dir.'/ssl.crt',
    'ssl_key_file' => $key_dir.'/ssl.key',
));
 

_construct 建構函式

我們先看看在建構函式中 SWOOLE_SSL 起了什麼作用：

REGISTER_LONG_CONSTANT("SWOOLE_SSL", SW_SOCK_SSL, CONST_CS | CONST_PERSISTENT);

PHP_METHOD(swoole_server, __construct)
{
    char *serv_host;
    long serv_port = 0;
    long sock_type = SW_SOCK_TCP;
    long serv_mode = SW_MODE_PROCESS;
    
    ...
    
    
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "s|lll", &serv_host, &host_len, &serv_port, &serv_mode, &sock_type) == FAILURE)
    {
        swoole_php_fatal_error(E_ERROR, "invalid swoole_server parameters.");
        return;
    }
    
    ...

    swListenPort *port = swServer_add_port(serv, sock_type, serv_host, serv_port);
    
    ....
}


#define SW_SSL_CIPHER_LIST               "EECDH+AESGCM:EDH+AESGCM:AES256+EECDH:AES256+EDH"
#define SW_SSL_ECDH_CURVE                "secp384r1"

swListenPort* swServer_add_port(swServer *serv, int type, char *host, int port)
{
    ...
    
    swListenPort *ls = SwooleG.memory_pool->alloc(SwooleG.memory_pool, sizeof(swListenPort));
    
    ...
    
    if (type & SW_SOCK_SSL)
    {
        type = type & (~SW_SOCK_SSL);
        if (swSocket_is_stream(type))
        {
            ls->type = type;
            ls->ssl = 1;
// #ifdef SW_USE_OPENSSL
            ls->ssl_config.prefer_server_ciphers = 1;
            ls->ssl_config.session_tickets = 0;
            ls->ssl_config.stapling = 1;
            ls->ssl_config.stapling_verify = 1;
            ls->ssl_config.ciphers = sw_strdup(SW_SSL_CIPHER_LIST);
            ls->ssl_config.ecdh_curve = sw_strdup(SW_SSL_ECDH_CURVE);
#endif
        }
    }
    
    ...
}
 

我們可以看到，初始化過程中，會將常量 SWOOLE_SSL 轉化為 SW_SOCK_SSL。然後呼叫 swServer_add_port 函式，在該函式中會設定很多用於 SSL 的引數。

• prefer_server_ciphers 加密套件偏向於服務端而不是客戶端，也就是說會從服務端的加密套件從頭到尾依次查詢最合適的，而不是從客戶端提供的列表尋找。

• session_tickets 初始化，由於 SSL 握手的非對稱運算無論是 RSA 還是 ECDHE，都會消耗效能，故為了提高效能，對於之前已經進行過握手的 SSL 連線，儘可能減少握手 round time trip 以及運算。 SSL

  提供 2 中不同的會話複用機制:

  (1) session id 會話複用。

  對於已經建立的 SSL 會話，使用 session id 為 key（session id 來自第一次請求的 server hello 中的 session id 欄位），主金鑰為 value 組成一對鍵值，儲存在本地，伺服器和客戶端都儲存一份。

  當第二次握手時，客戶端若想使用會話複用，則發起的 client hello 中 session id 會置上對應的值，伺服器收到這個 client hello，解析 session id，查詢本地是否有該 session id，如果有，判斷當前的加密套件和上個會話的加密套件是否一致，一致則允許使用會話複用，於是自己的 server hello 中 session id 也置上和 client hello 中一樣的值。然後計算對稱祕鑰，解析後續的操作。

  如果伺服器未查到客戶端的 session id 指定的會話（可能是會話已經老化），則會重新握手，session id 要麼重新計算（和 client hello 中 session id 不一樣），要麼置成 0，這兩個方式都會告訴客戶端這次會話不進行會話複用。

  (2) session ticket 會話複用

  Session id會話複用有2個缺點，其一就是伺服器會大量堆積會話，特別是在實際使用時，會話老化時間配置為數小時，這種情況對伺服器記憶體佔用非常高。

  其次，如果伺服器是叢集模式搭建，那麼客戶端和A各自儲存的會話，在合B嘗試會話複用時會失敗（當然，你想用redis搭個叢集存session id也行，就是太麻煩）。

  Session ticket的工作流程如下：

  1：客戶端發起client hello，拓展中帶上空的session ticket TLS，表明自己支援session ticket。

  2：伺服器在握手過程中，如果支援session ticket，則傳送New session ticket型別的握手報文，其中包含了能夠恢復包括主金鑰在內的會話資訊，當然，最簡單的就是隻傳送master key。為了讓中間人不可見，這個session ticket部分會進行編碼、加密等操作。

  3：客戶端收到這個session ticket，就把當前的master key和這個ticket組成一對鍵值儲存起來。伺服器無需儲存任何會話資訊，客戶端也無需知道session ticket具體表示什麼。

  4：當客戶端嘗試會話複用時，會在client hello的拓展中加上session ticket，然後伺服器收到session ticket，回去進行解密、解碼能相關操作，來恢復會話資訊。如果能夠恢復會話資訊，那麼久提取會話資訊的主金鑰進行後續的操作。

• stapling 與 stapling_verify:

  OCSP（Online Certificate Status Protocol，線上證書狀態協議）是用來檢驗證書合法性的線上查詢服務，一般由證書所屬 CA 提供。

  假如服務端的私鑰被洩漏，對應的證書就會被加入黑名單，為了驗證服務端的證書是否在黑名單中，某些客戶端會在 TLS 握手階段進一步協商時，實時查詢 OCSP 介面，並在獲得結果前阻塞後續流程。OCSP 查詢本質是一次完整的 HTTP 請求 - 響應，這中間 DNS 查詢、建立 TCP、服務端處理等環節都可能耗費很長時間，導致最終建立 TLS 連線時間變得更長。

  而 OCSP Stapling（OCSP 封套），是指服務端主動獲取 OCSP 查詢結果並隨著證書一起傳送給客戶端，從而讓客戶端跳過自己去驗證的過程，提高 TLS 握手效率。

• ciphers 祕鑰套件：預設的加密套件是 "EECDH+AESGCM:EDH+AESGCM:AES256+EECDH:AES256+EDH"，關於加密套件我們在上一章已經講解完畢
• ecdh_curve: 是 ECDH 演算法所需要的橢圓加密引數。

到這裡，SSL 的初始化已經完成。

Set 設定 SSL 引數

PHP_METHOD(swoole_server, set)
{
    zval *zset = NULL;
    
    ...
    
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "z", &zset) == FAILURE)
    {
        return;
    }
    
    ...

    sw_zend_call_method_with_1_params(&port_object, swoole_server_port_class_entry_ptr, NULL, "set", &retval, zset);
}

static PHP_METHOD(swoole_server_port, set)
{
    ...
    
    if (port->ssl)
    {
        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_cert_file", v))
        {
            convert_to_string(v);
            if (access(Z_STRVAL_P(v), R_OK) < 0)
            {
                swoole_php_fatal_error(E_ERROR, "ssl cert file[%s] not found.", Z_STRVAL_P(v));
                return;
            }
            if (port->ssl_option.cert_file)
            {
                sw_free(port->ssl_option.cert_file);
            }
            port->ssl_option.cert_file = sw_strdup(Z_STRVAL_P(v));
            port->open_ssl_encrypt = 1;
        }
        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_key_file", v))
        {
            convert_to_string(v);
            if (access(Z_STRVAL_P(v), R_OK) < 0)
            {
                swoole_php_fatal_error(E_ERROR, "ssl key file[%s] not found.", Z_STRVAL_P(v));
                return;
            }
            if (port->ssl_option.key_file)
            {
                sw_free(port->ssl_option.key_file);
            }
            port->ssl_option.key_file = sw_strdup(Z_STRVAL_P(v));
        }
        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_method", v))
        {
            convert_to_long(v);
            port->ssl_option.method = (int) Z_LVAL_P(v);
        }
        //verify client cert
        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_client_cert_file", v))
        {
            convert_to_string(v);
            if (access(Z_STRVAL_P(v), R_OK) < 0)
            {
                swoole_php_fatal_error(E_ERROR, "ssl cert file[%s] not found.", port->ssl_option.cert_file);
                return;
            }
            if (port->ssl_option.client_cert_file)
            {
                sw_free(port->ssl_option.client_cert_file);
            }
            port->ssl_option.client_cert_file = sw_strdup(Z_STRVAL_P(v));
        }
        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_verify_depth", v))
        {
            convert_to_long(v);
            port->ssl_option.verify_depth = (int) Z_LVAL_P(v);
        }
        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_prefer_server_ciphers", v))
        {
            convert_to_boolean(v);
            port->ssl_config.prefer_server_ciphers = Z_BVAL_P(v);
        }

        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_ciphers", v))
        {
            convert_to_string(v);
            if (port->ssl_config.ciphers)
            {
                sw_free(port->ssl_config.ciphers);
            }
            port->ssl_config.ciphers = sw_strdup(Z_STRVAL_P(v));
        }
        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_ecdh_curve", v))
        {
            convert_to_string(v);
            if (port->ssl_config.ecdh_curve)
            {
                sw_free(port->ssl_config.ecdh_curve);
            }
            port->ssl_config.ecdh_curve = sw_strdup(Z_STRVAL_P(v));
        }
        if (php_swoole_array_get_value(vht, "ssl_dhparam", v))
        {
            convert_to_string(v);
            if (port->ssl_config.dhparam)
            {
                sw_free(port->ssl_config.dhparam);
            }
            port->ssl_config.dhparam = sw_strdup(Z_STRVAL_P(v));
        }

        if (swPort_enable_ssl_encrypt(port) < 0)
        {
            swoole_php_fatal_error(E_ERROR, "swPort_enable_ssl_encrypt() failed.");
            RETURN_FALSE;
        }
    }
    
    ...


}

這些 SSL 引數都是可以自定義設定的，上面程式碼最關鍵的是 swPort_enable_ssl_encrypt 函式，該函式呼叫了 openssl 第三方庫進行 ssl 上下文的初始化：

int swPort_enable_ssl_encrypt(swListenPort *ls)
{
    if (ls->ssl_option.cert_file == NULL || ls->ssl_option.key_file == NULL)
    {
        swWarn("SSL error, require ssl_cert_file and ssl_key_file.");
        return SW_ERR;
    }
    ls->ssl_context = swSSL_get_context(&ls->ssl_option);
    if (ls->ssl_context == NULL)
    {
        swWarn("swSSL_get_context() error.");
        return SW_ERR;
    }
    if (ls->ssl_option.client_cert_file
            && swSSL_set_client_certificate(ls->ssl_context, ls->ssl_option.client_cert_file,
                    ls->ssl_option.verify_depth) == SW_ERR)
    {
        swWarn("swSSL_set_client_certificate() error.");
        return SW_ERR;
    }
    if (ls->open_http_protocol)
    {
        ls->ssl_config.http = 1;
    }
    if (ls->open_http2_protocol)
    {
        ls->ssl_config.http_v2 = 1;
        swSSL_server_http_advise(ls->ssl_context, &ls->ssl_config);
    }
    if (swSSL_server_set_cipher(ls->ssl_context, &ls->ssl_config) < 0)
    {
        swWarn("swSSL_server_set_cipher() error.");
        return SW_ERR;
    }
    return SW_OK;
}

swSSL_get_context

可以看到，上面最關鍵的函式就是 swSSL_get_context 函式，該函式初始化 SSL 並構建上下文環境的步驟為：

• 當 OpenSSL 版本大於 1.1.0 後，SSL 簡化了初始化過程，只需要呼叫 OPENSSL_init_ssl 函式即可，在此之前必須手動呼叫 SSL_library_init(openssl 初始化)、SSL_load_error_strings（載入錯誤常量）、OpenSSL_add_all_algorithms （載入演算法）
• 利用 swSSL_get_method 函式選擇不同版本的 SSL_METHOD。
• 利用 SSL_CTX_new 函式建立上下文
• 為伺服器配置引數，關於這些引數可以參考官方文件：List of SSL OP Flags，其中很多配置對於最新版本來說，沒有任何影響，僅僅作為相容舊版本而保留。
• SSL 的 KEY 檔案一般都是由對稱加密演算法所加密，這時候就需要呼叫 SSL_CTX_set_default_passwd_cb 與 SSL_CTX_set_default_passwd_cb_userdata，否則在啟動 swoole 的時候，就需要手動在命令列中輸入該密碼。
• 接著就需要將私鑰檔案和證書檔案的路徑傳入 SSL，相應的函式是 SSL_CTX_use_certificate_file 、 SSL_CTX_use_certificate_chain_file 與 SSL_CTX_use_PrivateKey_file，然後利用 SSL_CTX_check_private_key 來驗證私鑰。

void swSSL_init(void)
{
    if (openssl_init)
    {
        return;
    }
#if OPENSSL_VERSION_NUMBER >= 0x10100003L && !defined(LIBRESSL_VERSION_NUMBER)
    OPENSSL_init_ssl(OPENSSL_INIT_LOAD_CONFIG, NULL);
#else
    OPENSSL_config(NULL);
    SSL_library_init();
    SSL_load_error_strings();
    OpenSSL_add_all_algorithms();
#endif
    openssl_init = 1;
}

SSL_CTX* swSSL_get_context(swSSL_option *option)
{
    if (!openssl_init)
    {
        swSSL_init();
    }

    SSL_CTX *ssl_context = SSL_CTX_new(swSSL_get_method(option->method));
    if (ssl_context == NULL)
    {
        ERR_print_errors_fp(stderr);
        return NULL;
    }

    SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_SSLREF2_REUSE_CERT_TYPE_BUG);
    SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_MICROSOFT_BIG_SSLV3_BUFFER);
    SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_MSIE_SSLV2_RSA_PADDING);
    SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_SSLEAY_080_CLIENT_DH_BUG);
    SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_TLS_D5_BUG);
    SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_TLS_BLOCK_PADDING_BUG);
    SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_DONT_INSERT_EMPTY_FRAGMENTS);
    SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_SINGLE_DH_USE);

    if (option->passphrase)
    {
        SSL_CTX_set_default_passwd_cb_userdata(ssl_context, option);
        SSL_CTX_set_default_passwd_cb(ssl_context, swSSL_passwd_callback);
    }

    if (option->cert_file)
    {
        /*
         * set the local certificate from CertFile
         */
        if (SSL_CTX_use_certificate_file(ssl_context, option->cert_file, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)
        {
            ERR_print_errors_fp(stderr);
            return NULL;
        }
        /*
         * if the crt file have many certificate entry ,means certificate chain
         * we need call this function
         */
        if (SSL_CTX_use_certificate_chain_file(ssl_context, option->cert_file) <= 0)
        {
            ERR_print_errors_fp(stderr);
            return NULL;
        }
        /*
         * set the private key from KeyFile (may be the same as CertFile)
         */
        if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ssl_context, option->key_file, SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)
        {
            ERR_print_errors_fp(stderr);
            return NULL;
        }
        /*
         * verify private key
         */
        if (!SSL_CTX_check_private_key(ssl_context))
        {
            swWarn("Private key does not match the public certificate");
            return NULL;
        }
    }

    return ssl_context;
}

static int swSSL_passwd_callback(char *buf, int num, int verify, void *data)
{
    swSSL_option *option = (swSSL_option *) data;
    if (option->passphrase)
    {
        size_t len = strlen(option->passphrase);
        if (len < num - 1)
        {
            memcpy(buf, option->passphrase, len + 1);
            return (int) len;
        }
    }
    return 0;
}

swSSL_get_method

我們來看看如何利用不同版本的 OpenSSL 選取不同的 SSL_METHOD。swoole 預設使用 SW_SSLv23_METHOD，該方法支援 SSLv2 與 SSLv3:

static const SSL_METHOD *swSSL_get_method(int method)
{
    switch (method)
    {
#ifndef OPENSSL_NO_SSL3_METHOD
    case SW_SSLv3_METHOD:
        return SSLv3_method();
    case SW_SSLv3_SERVER_METHOD:
        return SSLv3_server_method();
    case SW_SSLv3_CLIENT_METHOD:
        return SSLv3_client_method();
#endif
    case SW_SSLv23_SERVER_METHOD:
        return SSLv23_server_method();
    case SW_SSLv23_CLIENT_METHOD:
        return SSLv23_client_method();
/**
 * openssl 1.1.0
 */
#if OPENSSL_VERSION_NUMBER < 0x10100000L
    case SW_TLSv1_METHOD:
        return TLSv1_method();
    case SW_TLSv1_SERVER_METHOD:
        return TLSv1_server_method();
    case SW_TLSv1_CLIENT_METHOD:
        return TLSv1_client_method();
#ifdef TLS1_1_VERSION
    case SW_TLSv1_1_METHOD:
        return TLSv1_1_method();
    case SW_TLSv1_1_SERVER_METHOD:
        return TLSv1_1_server_method();
    case SW_TLSv1_1_CLIENT_METHOD:
        return TLSv1_1_client_method();
#endif
#ifdef TLS1_2_VERSION
    case SW_TLSv1_2_METHOD:
        return TLSv1_2_method();
    case SW_TLSv1_2_SERVER_METHOD:
        return TLSv1_2_server_method();
    case SW_TLSv1_2_CLIENT_METHOD:
        return TLSv1_2_client_method();
#endif
    case SW_DTLSv1_METHOD:
        return DTLSv1_method();
    case SW_DTLSv1_SERVER_METHOD:
        return DTLSv1_server_method();
    case SW_DTLSv1_CLIENT_METHOD:
        return DTLSv1_client_method();
#endif
    case SW_SSLv23_METHOD:
    default:
        return SSLv23_method();
    }
    return SSLv23_method();
}

雙向驗證

swSSL_get_context 函式之後，如果使用了雙向驗證，那麼還需要

• 利用 SSL_CTX_set_verify 函式與 SSL_VERIFY_PEER 引數要求客戶端傳送證書來進行雙向驗證
• SSL_CTX_set_verify_depth 函式用於設定證書鏈的個數，證書鏈不能多於該引數
• SSL_CTX_load_verify_locations 用於載入可信任的 CA 證書，注意這個並不是客戶端用於驗證的證書，而是用來設定服務端 可信任 的 CA 機構
• SSL_load_client_CA_file、SSL_CTX_set_client_CA_list 用於設定服務端可信任的 CA 證書的列表，在握手過程中將會發送給客戶端。：

int swSSL_set_client_certificate(SSL_CTX *ctx, char *cert_file, int depth)
{
    STACK_OF(X509_NAME) *list;

    SSL_CTX_set_verify(ctx, SSL_VERIFY_PEER, swSSL_verify_callback);
    SSL_CTX_set_verify_depth(ctx, depth);

    if (SSL_CTX_load_verify_locations(ctx, cert_file, NULL) == 0)
    {
        swWarn("SSL_CTX_load_verify_locations(\"%s\") failed.", cert_file);
        return SW_ERR;
    }

    ERR_clear_error();
    list = SSL_load_client_CA_file(cert_file);
    if (list == NULL)
    {
        swWarn("SSL_load_client_CA_file(\"%s\") failed.", cert_file);
        return SW_ERR;
    }

    ERR_clear_error();
    SSL_CTX_set_client_CA_list(ctx, list);

    return SW_OK;
}

NPN/ALPN 協議支援

如果使用了 http2 協議，還要呼叫 swSSL_server_http_advise 函式:

• NPN 與 ALPN 都是為了支援 HTTP/2 而開發的 TLS 擴充套件，1.0.2 版本之後才開始支援 ALPN。當客戶端進行 SSL 握手的時候，客戶端和服務端之間會利用 NPN 協議或者 ALPN 來協商接下來到底使用 http/1.1 還是 http/2

• 兩者的區別：

  • NPN 是服務端傳送所支援的 HTTP 協議列表，由客戶端選擇；而 ALPN 是客戶端傳送所支援的 HTTP 協議列表，由服務端選擇；
  • NPN 的協商結果是在 Change Cipher Spec 之後加密傳送給服務端；而 ALPN 的協商結果是通過 Server Hello 明文發給客戶端；
• 如果 openssl 僅僅支援 NPN 的時候，呼叫 SSL_CTX_set_next_protos_advertised_cb，否則呼叫 SSL_CTX_set_alpn_select_cb
• SSL_CTX_set_next_protos_advertised_cb 函式中註冊了 swSSL_npn_advertised 函式，該函式返回了 SW_SSL_HTTP2_NPN_ADVERTISE SW_SSL_NPN_ADVERTISE
• SSL_CTX_set_alpn_select_cb 函式中註冊了 swSSL_alpn_advertised 函式，該函式會繼續呼叫 SSL_select_next_proto 來和客戶端進行協商。

void swSSL_server_http_advise(SSL_CTX* ssl_context, swSSL_config *cfg)
{
#ifdef TLSEXT_TYPE_application_layer_protocol_negotiation
    SSL_CTX_set_alpn_select_cb(ssl_context, swSSL_alpn_advertised, cfg);
#endif

#ifdef TLSEXT_TYPE_next_proto_neg
    SSL_CTX_set_next_protos_advertised_cb(ssl_context, swSSL_npn_advertised, cfg);
#endif

    if (cfg->http)
    {
        SSL_CTX_set_session_id_context(ssl_context, (const unsigned char *) "HTTP", strlen("HTTP"));
        SSL_CTX_set_session_cache_mode(ssl_context, SSL_SESS_CACHE_SERVER);
        SSL_CTX_sess_set_cache_size(ssl_context, 1);
    }
}

#define SW_SSL_NPN_ADVERTISE             "\x08http/1.1"
#define SW_SSL_HTTP2_NPN_ADVERTISE       "\x02h2"

#ifdef TLSEXT_TYPE_application_layer_protocol_negotiation

static int swSSL_alpn_advertised(SSL *ssl, const uchar **out, uchar *outlen, const uchar *in, uint32_t inlen, void *arg)
{
    unsigned int srvlen;
    unsigned char *srv;

#ifdef SW_USE_HTTP2
    swSSL_config *cfg = arg;
    if (cfg->http_v2)
    {
        srv = (unsigned char *) SW_SSL_HTTP2_NPN_ADVERTISE SW_SSL_NPN_ADVERTISE;
        srvlen = sizeof (SW_SSL_HTTP2_NPN_ADVERTISE SW_SSL_NPN_ADVERTISE) - 1;
    }
    else
#endif
    {
        srv = (unsigned char *) SW_SSL_NPN_ADVERTISE;
        srvlen = sizeof (SW_SSL_NPN_ADVERTISE) - 1;
    }
    if (SSL_select_next_proto((unsigned char **) out, outlen, srv, srvlen, in, inlen) != OPENSSL_NPN_NEGOTIATED)
    {
        return SSL_TLSEXT_ERR_NOACK;
    }
    return SSL_TLSEXT_ERR_OK;
}
#endif

#ifdef TLSEXT_TYPE_next_proto_neg

static int swSSL_npn_advertised(SSL *ssl, const uchar **out, uint32_t *outlen, void *arg)
{
#ifdef SW_USE_HTTP2
    swSSL_config *cfg = arg;
    if (cfg->http_v2)
    {
        *out = (uchar *) SW_SSL_HTTP2_NPN_ADVERTISE SW_SSL_NPN_ADVERTISE;
        *outlen = sizeof (SW_SSL_HTTP2_NPN_ADVERTISE SW_SSL_NPN_ADVERTISE) - 1;
    }
    else
#endif
    {
        *out = (uchar *) SW_SSL_NPN_ADVERTISE;
        *outlen = sizeof(SW_SSL_NPN_ADVERTISE) - 1;
    }
    return SSL_TLSEXT_ERR_OK;
}
#endif

session 會話重用

所有的 session 必須都要有 session ID 上下文。對於服務端來說，session 快取預設是不能使用的，可以通過呼叫 SSL_CTX_set_session_id_context 函式來進行設定生效。產生 session ID 上下文的目的是保證重用的 session 的使用目的與 session 建立時的使用目的是一致的。比如，在 SSL web 伺服器中產生的 session 不能自動地在 SSL FTP 服務中使用。於此同時，我們可以使用 session ID 上下文來實現對我們的應用的更加細粒度的控制。比如，認證後的客戶端應該與沒有進行認證的客戶端有著不同的 session ID 上下文。上下文的內容我們可以任意選擇。正是通過函式 SSL_CTX_set_session_id_context 函式來設定上下文的，上下文的資料時第二個引數，第三個引數是資料的長度。

在設定了 session ID 上下文後，服務端就開啟了 session快取；但是我們的配置還沒有完成。Session 有一個限定的生存期。在 OpenSSL 中的預設值是 300 秒。如果我們需要改變這個生存期，使用函式 SSL_CTX_set_timeout。儘管服務端預設地會自動地清除過期的 session，我們仍然可以手動地呼叫SSL_CTX_flush_sessions 來進行清理。比如，當我們關閉自動清理過期 session 的時候，就需要手動進行了。

一個很重要的函式：SSL_CTX_set_session_cache_mode，它允許我們改變對相關快取的行為。與 OpenSSL 中其它的模式設定函式一樣，模式使用一些標誌的邏輯或來進行設定。其中一個標誌是 SSL_SESS_CACHE_NO_AUTO_CLEAR，它關閉自動清理過期 session 的功能。這樣有利於服務端更加高效嚴謹地進行處理，因為預設的行為可能會有意想不到的延遲；

SSL_CTX_set_session_id_context(ssl_context, (const unsigned char *) "HTTP", strlen("HTTP"));
SSL_CTX_set_session_cache_mode(ssl_context, SSL_SESS_CACHE_SERVER);
SSL_CTX_sess_set_cache_size(ssl_context, 1);

加密套件的使用

加密套件的使用主要是使用 SSL_CTX_set_cipher_list 函式，此外如果需要 RSA 演算法，還需要 SSL_CTX_set_tmp_rsa_callback 函式註冊 RSA 祕鑰的生成回撥函式 swSSL_rsa_key_callback。

在回撥函式 swSSL_rsa_key_callback 中，首先申請一個大數資料結構 BN_new，然後將其設定為 RSA_F4，該值表示公鑰指數 e，然後利用 RSA_generate_key_ex 函式生成祕鑰。RSAPublicKey_dup 函式和 RSAPrivateKey_dup 函式可以提取公鑰與私鑰。

int swSSL_server_set_cipher(SSL_CTX* ssl_context, swSSL_config *cfg)
{
#ifndef TLS1_2_VERSION
    return SW_OK;
#endif
    SSL_CTX_set_read_ahead(ssl_context, 1);

    if (strlen(cfg->ciphers) > 0)
    {
        if (SSL_CTX_set_cipher_list(ssl_context, cfg->ciphers) == 0)
        {
            swWarn("SSL_CTX_set_cipher_list(\"%s\") failed", cfg->ciphers);
            return SW_ERR;
        }
        if (cfg->prefer_server_ciphers)
        {
            SSL_CTX_set_options(ssl_context, SSL_OP_CIPHER_SERVER_PREFERENCE);
        }
    }

#ifndef OPENSSL_NO_RSA
    SSL_CTX_set_tmp_rsa_callback(ssl_context, swSSL_rsa_key_callback);
#endif

    if (cfg->dhparam && strlen(cfg->dhparam) > 0)
    {
        swSSL_set_dhparam(ssl_context, cfg->dhparam);
    }
#if OPENSSL_VERSION_NUMBER < 0x10100000L
    else
    {
        swSSL_set_default_dhparam(ssl_context);
    }
#endif
    if (cfg->ecdh_curve && strlen(cfg->ecdh_curve) > 0)
    {
        swSSL_set_ecdh_curve(ssl_context);
    }
    return SW_OK;
}

#ifndef OPENSSL_NO_RSA
static RSA* swSSL_rsa_key_callback(SSL *ssl, int is_export, int key_length)
{
    static RSA *rsa_tmp = NULL;
    if (rsa_tmp)
    {
        return rsa_tmp;
    }

    BIGNUM *bn = BN_new();
    if (bn == NULL)
    {
        swWarn("allocation error generating RSA key.");
        return NULL;
    }

    if (!BN_set_word(bn, RSA_F4) || ((rsa_tmp = RSA_new()) == NULL)
            || !RSA_generate_key_ex(rsa_tmp, key_length, bn, NULL))
    {
        if (rsa_tmp)
        {
            RSA_free(rsa_tmp);
        }
        rsa_tmp = NULL;
    }
    BN_free(bn);
    return rsa_tmp;
}
#endif

到此，ssl 的上下文終於設定完畢，set 函式配置完成。

OpenSSL 埠的監聽與接收

當監聽的埠被觸發連線後，reactor 事件會呼叫 swServer_master_onAccept 函式，進而呼叫 accept 函式，建立新的連線，生成新的檔案描述符 new_fd。

此時需要呼叫 swSSL_create 函式將新的連線與 SSL 繫結。

在 swSSL_create 函式中，SSL_new 函式根據 ssl_context 建立新的 SSL 物件，利用 SSL_set_fd 繫結 SSL，SSL_set_accept_state 函式對 SSL 進行連線初始化。

int swServer_master_onAccept(swReactor *reactor, swEvent *event)
{
    ...
    
    new_fd = accept(event->fd, (struct sockaddr *) &client_addr, &client_addrlen);
    
    ...
    
    swConnection *conn = swServer_connection_new(serv, listen_host, new_fd, event->fd, reactor_id);
    
    ...

    if (listen_host->ssl)
        {
            if (swSSL_create(conn, listen_host->ssl_context, 0) < 0)
            {
                bzero(conn, sizeof(swConnection));
                close(new_fd);
                return SW_OK;
            }
        }
        else
        {
            conn->ssl = NULL;
        }
    ...
}

int swSSL_create(swConnection *conn, SSL_CTX* ssl_context, int flags)
{
    SSL *ssl = SSL_new(ssl_context);
    if (ssl == NULL)
    {
        swWarn("SSL_new() failed.");
        return SW_ERR;
    }
    if (!SSL_set_fd(ssl, conn->fd))
    {
        long err = ERR_get_error();
        swWarn("SSL_set_fd() failed. Error: %s[%ld]", ERR_reason_error_string(err), err);
        return SW_ERR;
    }
    if (flags & SW_SSL_CLIENT)
    {
        SSL_set_connect_state(ssl);
    }
    else
    {
        SSL_set_accept_state(ssl);
    }
    conn->ssl = ssl;
    conn->ssl_state = 0;
    return SW_OK;
}

OpenSSL 套接字可寫

套接字寫就緒有以下幾種情況：

• 套接字在建立連線之後，只設置了監聽寫就緒，這時對於 OpenSSL 來說不需要任何處理，轉為監聽讀就緒即可。

static int swReactorThread_onWrite(swReactor *reactor, swEvent *ev)
{
    ...
    
    if (conn->connect_notify)
    {
        conn->connect_notify = 0;
        
        if (conn->ssl)
        {
            goto listen_read_event;
        }
        
        ...
        
        listen_read_event:
        
        return reactor->set(reactor, fd, SW_EVENT_TCP | SW_EVENT_READ);
    }
    else if (conn->close_notify)
    {
        if (conn->ssl && conn->ssl_state != SW_SSL_STATE_READY)
        {
            return swReactorThread_close(reactor, fd);
        }
    
    }
    
    ...
    
    _pop_chunk: while (!swBuffer_empty(conn->out_buffer))
    {
        ...
        
        ret = swConnection_buffer_send(conn);
        
        ...
    
    }
}

• 套接字可寫入資料時，會呼叫 swConnection_buffer_send 寫入資料，進而呼叫 swSSL_send、SSL_write。SSL_write 發生錯誤之後，函式會返回 SSL_ERROR_WANT_READ、SSL_ERROR_WANT_WRITE 等函式，這時需要將 errno 設定為 EAGAIN，再次呼叫即可。

int swConnection_buffer_send(swConnection *conn)
{
    ...
    
    ret = swConnection_send(conn, chunk->store.ptr + chunk->offset, sendn, 0);
    
    ...

}

static sw_inline ssize_t swConnection_send(swConnection *conn, void *__buf, size_t __n, int __flags)
{
    ...
    
    _send:
    if (conn->ssl)
    {
        retval = swSSL_send(conn, __buf, __n);
    }
    
    if (retval < 0 && errno == EINTR)
    {
        goto _send;
    }
    else
    {
        goto _return;
    }

    _return:
    
    return retval;
    
    ...
}

ssize_t swSSL_send(swConnection *conn, void *__buf, size_t __n)
{
    int n = SSL_write(conn->ssl, __buf, __n);
    if (n < 0)
    {
        int _errno = SSL_get_error(conn->ssl, n);
        switch (_errno)
        {
        case SSL_ERROR_WANT_READ:
            conn->ssl_want_read = 1;
            errno = EAGAIN;
            return SW_ERR;

        case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
            conn->ssl_want_write = 1;
            errno = EAGAIN;
            return SW_ERR;

        case SSL_ERROR_SYSCALL:
            return SW_ERR;

        case SSL_ERROR_SSL:
            swSSL_connection_error(conn);
            errno = SW_ERROR_SSL_BAD_CLIENT;
            return SW_ERR;

        default:
            break;
        }
    }
    return n;
}

• 套接字已關閉。這時呼叫 swReactorThread_close，進而呼叫 swSSL_close。

  在該函式中，首先要利用 SSL_in_init 來判斷當前 SSL 是否處於初始化握手階段，如果初始化還未完成，不能呼叫 shutdown 函式，應該使用 SSL_free 來銷燬 SSL 通道。

  在呼叫 SSL_shutdown 關閉通道之前，還需要呼叫 SSL_set_quiet_shutdown 設定靜默關閉選項，此時關閉通道並不會通知對端連線已經關閉。並利用 SSL_set_shutdown 關閉讀和寫。

  如果返回的資料並不是 1，說明關閉通道的時候發生了錯誤。

int swReactorThread_close(swReactor *reactor, int fd)
{
    ...
    
    if (conn->ssl)
    {
        swSSL_close(conn);
    }
    
    ...

}

void swSSL_close(swConnection *conn)
{
    int n, sslerr, err;

    if (SSL_in_init(conn->ssl))
    {
        /*
         * OpenSSL 1.0.2f complains if SSL_shutdown() is called during
         * an SSL handshake, while previous versions always return 0.
         * Avoid calling SSL_shutdown() if handshake wasn't completed.
         */
        SSL_free(conn->ssl);
        conn->ssl = NULL;
        return;
    }

    SSL_set_quiet_shutdown(conn->ssl, 1);
    SSL_set_shutdown(conn->ssl, SSL_RECEIVED_SHUTDOWN | SSL_SENT_SHUTDOWN);

    n = SSL_shutdown(conn->ssl);

    swTrace("SSL_shutdown: %d", n);

    sslerr = 0;

    /* before 0.9.8m SSL_shutdown() returned 0 instead of -1 on errors */
    if (n != 1 && ERR_peek_error())
    {
        sslerr = SSL_get_error(conn->ssl, n);
        swTrace("SSL_get_error: %d", sslerr);
    }

    if (!(n == 1 || sslerr == 0 || sslerr == SSL_ERROR_ZERO_RETURN))
    {
        err = (sslerr == SSL_ERROR_SYSCALL) ? errno : 0;
        swWarn("SSL_shutdown() failed. Error: %d:%d.", sslerr, err);
    }

    SSL_free(conn->ssl);
    conn->ssl = NULL;
}

OpenSSL 讀就緒

當 OpenSSL 讀就緒的時候也是有以下幾個情況：

• 連線剛剛建立，由 swReactorThread_onWrite 轉調過來。此時需要驗證 SSL 當前狀態。

static int swReactorThread_onRead(swReactor *reactor, swEvent *event)
{
    if (swReactorThread_verify_ssl_state(reactor, port, event->socket) < 0)
    {
        return swReactorThread_close(reactor, event->fd);
        
        ...
        
        return port->onRead(reactor, port, event);
    }
}

• swReactorThread_verify_ssl_state 函式用於驗證 SSL 當前的狀態，如果當前狀態僅僅是套接字繫結，還沒有進行握手(conn->ssl_state == 0)，那麼就要呼叫 swSSL_accept 函式進行握手，握手之後 conn->ssl_state = SW_SSL_STATE_READY。
• 握手之後有三種情況，一是握手成功，此時設定 ssl_state 狀態，低版本 ssl 設定 SSL3_FLAGS_NO_RENEGOTIATE_CIPHERS 標誌，禁用會話重協商，然後返回 SW_READY；二是握手暫時不可用，需要返回 SW_WAIT，等待下次讀就緒再次握手；三是握手失敗，返回 SW_ERROR，呼叫 swReactorThread_close 關閉套接字。
• 握手成功之後，要向 worker 程序傳送連線成功的任務，進而呼叫 onConnection 回撥函式。

static sw_inline int swReactorThread_verify_ssl_state(swReactor *reactor, swListenPort *port, swConnection *conn)
{
    swServer *serv = reactor->ptr;
    if (conn->ssl_state == 0 && conn->ssl)
    {
        int ret = swSSL_accept(conn);
        if (ret == SW_READY)
        {
            if (port->ssl_option.client_cert_file)
            {
                swDispatchData task;
                ret = swSSL_get_client_certificate(conn->ssl, task.data.data, sizeof(task.data.data));
                if (ret < 0)
                {
                    goto no_client_cert;
                }
                else
                {
                    swFactory *factory = &SwooleG.serv->factory;
                    task.target_worker_id = -1;
                    task.data.info.fd = conn->fd;
                    task.data.info.type = SW_EVENT_CONNECT;
                    task.data.info.from_id = conn->from_id;
                    task.data.info.len = ret;
                    factory->dispatch(factory, &task);
                    goto delay_receive;
                }
            }
            no_client_cert:
            if (SwooleG.serv->onConnect)
            {
                swServer_tcp_notify(SwooleG.serv, conn, SW_EVENT_CONNECT);
            }
            delay_receive:
            if (serv->enable_delay_receive)
            {
                conn->listen_wait = 1;
                return reactor->del(reactor, conn->fd);
            }
            return SW_OK;
        }
        else if (ret == SW_WAIT)
        {
            return SW_OK;
        }
        else
        {
            return SW_ERR;
        }
    }
    return SW_OK;
}

int swSSL_accept(swConnection *conn)
{
    int n = SSL_do_handshake(conn->ssl);
    /**
     * The TLS/SSL handshake was successfully completed
     */
    if (n == 1)
    {
        conn->ssl_state = SW_SSL_STATE_READY;
#if OPENSSL_VERSION_NUMBER < 0x10100000L
#ifdef SSL3_FLAGS_NO_RENEGOTIATE_CIPHERS
        if (conn->ssl->s3)
        {
            conn->ssl->s3->flags |= SSL3_FLAGS_NO_RENEGOTIATE_CIPHERS;
        }
#endif
#endif
        return SW_READY;
    }
    /**
     * The TLS/SSL handshake was not successful but was shutdown.
     */
    else if (n == 0)
    {
        return SW_ERROR;
    }

    long err = SSL_get_error(conn->ssl, n);
    if (err == SSL_ERROR_WANT_READ)
    {
        return SW_WAIT;
    }
    else if (err == SSL_ERROR_WANT_WRITE)
    {
        return SW_WAIT;
    }
    else if (err == SSL_ERROR_SSL)
    {
        swWarn("bad SSL client[%s:%d].", swConnection_get_ip(conn), swConnection_get_port(conn));
        return SW_ERROR;
    }
    //EOF was observed
    else if (err == SSL_ERROR_SYSCALL && n == 0)
    {
        return SW_ERROR;
    }
    swWarn("SSL_do_handshake() failed. Error: %s[%ld|%d].", strerror(errno), err, errno);
    return SW_ERROR;
}

• 握手成功之後，如果設定了雙向加密，還要呼叫 swSSL_get_client_certificate 函式獲取客戶端的證書檔案，然後將證書檔案傳送給 worker 程序。
• swSSL_get_client_certificate 函式中首先利用 SSL_get_peer_certificate 來獲取客戶端的證書，然後利用 PEM_write_bio_X509 將證書與 BIO 物件繫結，最後利用 BIO_read 函式將證書寫到記憶體中。

int swSSL_get_client_certificate(SSL *ssl, char *buffer, size_t length)
{
    long len;
    BIO *bio;
    X509 *cert;

    cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
    if (cert == NULL)
    {
        return SW_ERR;
    }

    bio = BIO_new(BIO_s_mem());
    if (bio == NULL)
    {
        swWarn("BIO_new() failed.");
        X509_free(cert);
        return SW_ERR;
    }

    if (PEM_write_bio_X509(bio, cert) == 0)
    {
        swWarn("PEM_write_bio_X509() failed.");
        goto failed;
    }

    len = BIO_pending(bio);
    if (len < 0 && len > length)
    {
        swWarn("certificate length[%ld] is too big.", len);
        goto failed;
    }

    int n = BIO_read(bio, buffer, len);

    BIO_free(bio);
    X509_free(cert);

    return n;

    failed:

    BIO_free(bio);
    X509_free(cert);

    return SW_ERR;
}

在 worker 程序，接到了 SW_EVENT_CONNECT 事件之後，會把證書檔案儲存在 ssl_client_cert.str 中。當連線關閉時，會釋放 ssl_client_cert.str 記憶體。值得注意的是，此時驗證連線有效的函式是 swServer_connection_verify_no_ssl。此函式不會驗證 SSL 此時的狀態，只會驗證連線與 session 的有效性。

int swWorker_onTask(swFactory *factory, swEventData *task)
{
    ...
    
    switch (task->info.type)
    {
        ...
        
        case SW_EVENT_CLOSE:
 #ifdef SW_USE_OPENSSL
        conn = swServer_connection_verify_no_ssl(serv, task->info.fd);
        if (conn && conn->ssl_client_cert.length > 0)
        {
            sw_free(conn->ssl_client_cert.str);
            bzero(&conn->ssl_client_cert, sizeof(conn->ssl_client_cert.str));
        }
#endif
        factory->end(factory, task->info.fd);
        break;

    case SW_EVENT_CONNECT:
 #ifdef SW_USE_OPENSSL
        //SSL client certificate
        if (task->info.len > 0)
        {
            conn = swServer_connection_verify_no_ssl(serv, task->info.fd);
            conn->ssl_client_cert.str = sw_strndup(task->data, task->info.len);
            conn->ssl_client_cert.size = conn->ssl_client_cert.length = task->info.len;
        }
#endif
        if (serv->onConnect)
        {
            serv->onConnect(serv, &task->info);
        }
        break;
        
        ...
    }
}

static sw_inline swConnection *swServer_connection_verify_no_ssl(swServer *serv, uint32_t session_id)
{
    swSession *session = swServer_get_session(serv, session_id);
    int fd = session->fd;
    swConnection *conn = swServer_connection_get(serv, fd);
    if (!conn || conn->active == 0)
    {
        return NULL;
    }
    if (session->id != session_id || conn->session_id != session_id)
    {
        return NULL;
    }
    return conn;
}

• 當連線建立之後，就要通過 SSL 加密隧道讀取資料，最基礎簡單的接受函式是 swPort_onRead_raw 函式，該函式會最終呼叫 swSSL_recv 函式，與 SSL_write 類似，SSL_read 會自動從 ssl 中讀取加密資料，並將解密後的資料儲存起來，等待發送給 worker 程序，進行具體的邏輯。

static int swPort_onRead_raw(swReactor *reactor, swListenPort *port, swEvent *event)
{
    n = swConnection_recv(conn, task.data.data, SW_BUFFER_SIZE, 0);
}

static sw_inline ssize_t swConnection_recv(swConnection *conn, void *__buf, size_t __n, int __flags)
{
    _recv:
    if (conn->ssl)
    {
        ssize_t ret = 0;
        size_t n_received = 0;

        while (n_received < __n)
        {
            ret = swSSL_recv(conn, ((char*)__buf) + n_received, __n - n_received);
            if (__flags & MSG_WAITALL)
            {
                if (ret <= 0)
                {
                    retval = ret;
                    goto _return;
                }
                else
                {
                    n_received += ret;
                }
            }
            else
            {
                retval = ret;
                goto _return;
            }
        }

        retval = n_received;
    }

    if (retval < 0 && errno == EINTR)
    {
        goto _recv;
    }
    else
    {
        goto _return;
    }
    
    _return:
    
    return retval;
}

ssize_t swSSL_recv(swConnection *conn, void *__buf, size_t __n)
{
    int n = SSL_read(conn->ssl, __buf, __n);
    if (n < 0)
    {
        int _errno = SSL_get_error(conn->ssl, n);
        switch (_errno)
        {
        case SSL_ERROR_WANT_READ:
            conn->ssl_want_read = 1;
            errno = EAGAIN;
            return SW_ERR;

        case SSL_ERROR_WANT_WRITE:
            conn->ssl_want_write = 1;
            errno = EAGAIN;
            return SW_ERR;

        case SSL_ERROR_SYSCALL:
            return SW_ERR;

        case SSL_ERROR_SSL:
            swSSL_connection_error(conn);
            errno = SW_ERROR_SSL_BAD_CLIENT;
            return SW_ERR;

        default:
            break;
        }
    }
    return n;
}

相應的，worker 程序在接受到資料之後，要通過 swServer_connection_verify 函式驗證 SSL 連線的狀態，如果傳送資料的連線狀態並不是 SW_SSL_STATE_READY，就會拋棄資料。

int swWorker_onTask(swFactory *factory, swEventData *task)
{
    ...
    
    switch (task->info.type)
    {
        case SW_EVENT_TCP:
    //ringbuffer shm package
    case SW_EVENT_PACKAGE:
        //discard data
        if (swWorker_discard_data(serv, task) == SW_TRUE)
        {
            break;
        }
        
        ...

    //chunk package
    case SW_EVENT_PACKAGE_START:
    case SW_EVENT_PACKAGE_END:
        //discard data
        if (swWorker_discard_data(serv, task) == SW_TRUE)
        {
            break;
        }
        package = swWorker_get_buffer(serv, task->info.from_id);
        if (task->info.len > 0)
        {
            //merge data to package buffer
            swString_append_ptr(package, task->data, task->info.len);
        }
        //package end
        if (task->info.type == SW_EVENT_PACKAGE_END)
        {
            goto do_task;
        }
        break;
        
        ...
    }
}

static sw_inline int swWorker_discard_data(swServer *serv, swEventData *task)
{
    swConnection *conn = swServer_connection_verify(serv, session_id);
    
    ...

}

static sw_inline swConnection *swServer_connection_verify(swServer *serv, int session_id)
{
    swConnection *conn = swServer_connection_verify_no_ssl(serv, session_id);
#ifdef SW_USE_OPENSSL
    if (!conn)
    {
        return NULL;
    }
    if (conn->ssl && conn->ssl_state != SW_SSL_STATE_READY)
    {
        swoole_error_log(SW_LOG_NOTICE, SW_ERROR_SSL_NOT_READY, "SSL not ready");
        return NULL;
    }
#endif
    return conn;

}