12. 用Rust手把手编写一个wmproxy(代理，内网穿透等), TLS的双向认证信息及token验证

12. 用Rust手把手编写一个wmproxy(代理，内网穿透等), TLS的双向认证信息及token验证

项目 ++wmproxy++

gite: https://gitee.com/tickbh/wmproxy

github: https://github.com/tickbh/wmproxy

什么是TLS双向认证

TLS双向认证是指客户端和服务器端都需要验证对方的身份，也称mTLS。

在建立Https连接的过程中，握手的流程比单向认证多了几步。

• 单向认证的过程，客户端从服务器端下载服务器端公钥证书进行验证，然后建立安全通信通道。
• 双向通信流程，客户端除了需要从服务器端下载服务器的公钥证书进行验证外，还需要把客户端的公钥证书上传到服务器端给服务器端进行验证，等双方都认证通过了，才开始建立安全通信通道进行数据传输。

TLS是安全套接层(SSL)的继任者，叫传输层安全(transport layer security)。说直白点，就是在明文的上层和TCP层之间加上一层加密，这样就保证上层信息传输的安全，然后解密完后又以原样的数据回传给应用层，做到与应用层无关，所以http加个s就成了https，ws加个s就成了wss，ftp加个s就成了ftps，都是从普通tcp传输转换成tls传输实现安全加密，应用相当广泛。

单向与双向的差别

SSL单向验证

单向通讯的示意图如下

sequenceDiagram
Client->>Server: Client Hello
Client->>Server: 包含SSL/TLS版本，对称加密算法列表，随机数A

Server-->>Client: Server Hello，服务端先进行选择
Server-->>Client: 双方都支持的SSL/TLS协议版本，对称加密算法
Server-->>Client: 公钥证书，服务端生成的随机数B
Server-->>Client: Change Cipher Spec，收到这消息后开始密文传输

Client-)Client: 验证证书，是否过期，是否被吊销，是否可信，域名是否一致
Client->>Server: Change Cipher Spec
Client->>Server: 应用数据（客户端加密）
Server-->>Client: 应用数据（服务端加密）

双向通讯的示意图如下，差别

sequenceDiagram
    Client->>Server: Client Hello
    Server-->>Client: Server Hello
    
    rect rgba(0, 0, 255, 0.5)
    Server-->>Client: 额外要求客户端提供客户端证书
    end
    
    Client-)Client: 验证证书
    
    rect rgba(0, 0, 255, 0.5)
    Client-->>Server: 客户端证书
    Client-->>Server: 客户端证书验证信息（CertificateVerify message）
    Server->Server: 验证客户端证书是否有效
    Server->Server: 验证客户端证书验证消息的签名是否有效
    end
    
    Server-->>Client: 握手结束
    Client->>Server: 握手结束
    

备注：客户端将之前所有收到的和发送的消息组合起来，并用hash算法得到一个hash值，然后用客户端密钥库的私钥对这个hash进行签名，这个签名就是CertificateVerify message；

代码实现

将原来的rustls中的TlsAcceptor和TlsConnector进行相应的改造，变成可支持双向认证的加密结构。

获取TlsAcceptor的认证

/// 获取服务端https的证书信息
pub async fn get_tls_accept(&mut self) -> ProxyResult {
    if !self.tc {
        return Err(ProxyError::ProtNoSupport);
    }
    let certs = Self::load_certs(&self.cert)?;
    let key = Self::load_keys(&self.key)?;

    let config = rustls::ServerConfig::builder().with_safe_defaults();

    // 开始双向认证，需要客户端提供证书信息
    let config = if self.two_way_tls {
        let mut client_auth_roots = rustls::RootCertStore::empty();
        for root in &certs {
            client_auth_roots.add(&root).unwrap();
        }
        let client_auth = rustls::server::AllowAnyAuthenticatedClient::new(client_auth_roots);

        config
            .with_client_cert_verifier(client_auth.boxed())
            .with_single_cert(certs, key)
            .map_err(|err| io::Error::new(io::ErrorKind::InvalidInput, err))?
    } else {
        config
            .with_no_client_auth()
            .with_single_cert(certs, key)
            .map_err(|err| io::Error::new(io::ErrorKind::InvalidInput, err))?
    };

    let acceptor = TlsAcceptor::from(Arc::new(config));
    Ok(acceptor)
}

获取TlsAcceptor的认证

/// 获取客户端https的Config配置
pub async fn get_tls_request(&mut self) -> ProxyResult {
    if !self.ts {
        return Err(ProxyError::ProtNoSupport);
    }
    let certs = Self::load_certs(&self.cert)?;
    let mut root_cert_store = rustls::RootCertStore::empty();
    // 信任通用的签名商
    root_cert_store.add_trust_anchors(
        webpki_roots::TLS_SERVER_ROOTS
            .iter()
            .map(|ta| {
                rustls::OwnedTrustAnchor::from_subject_spki_name_constraints(
                    ta.subject,
                    ta.spki,
                    ta.name_constraints,
                )
            }),
    );
    for cert in &certs {
        let _ = root_cert_store.add(cert);
    }
    let config = rustls::ClientConfig::builder()
        .with_safe_defaults()
        .with_root_certificates(root_cert_store);

    if self.two_way_tls {
        let key = Self::load_keys(&self.key)?;
        Ok(Arc::new(config.with_client_auth_cert(certs, key).map_err(
            |err| io::Error::new(io::ErrorKind::InvalidInput, err),
        )?))
    } else {
        Ok(Arc::new(config.with_no_client_auth()))
    }
}

这里默认信任的通用的CA签发证书平台，像系统证书，浏览器信任的证书，只有第一步把基础的被信任才有资格做签发证书平台。

至此双向TLS的能力已经达成，感谢前人的经典代码才能如此轻松。

token验证

首先先定义协议的Token结构，只有sock_map为0接收此消息

/// 进行身份的认证
#[derive(Debug)]
pub struct ProtToken {
    username: String,
    password: String,
}

下面是编码解码，密码要求不超过255个字符，即长度为1字节编码

pub fn parse(_header: ProtFrameHeader, mut buf: T) -> ProxyResult {
    let username = read_short_string(&mut buf)?;
    let password = read_short_string(&mut buf)?;
    Ok(Self { username, password })
}

pub fn encode(self, buf: &mut B) -> ProxyResult {
    let mut head = ProtFrameHeader::new(ProtKind::Token, ProtFlag::zero(), 0);
    head.length = self.username.as_bytes().len() as u32 + 1 + self.password.as_bytes().len() as u32 + 1;
    let mut size = 0;
    size += head.encode(buf)?;
    size += write_short_string(buf, &self.username)?;
    size += write_short_string(buf, &self.password)?;
    Ok(size)
}

服务端处理

如果服务端启动的时候配置了username 及 password则表示他需要密码验证，

let mut verify_succ = option.username.is_none() && option.password.is_none();

如果verify_succ不为true，那么我们接下来的第一条消息必须为ProtToken，否则客户端不合法，关闭
收到该消息则进行验证

match &p {
    ProtFrame::Token(p) => {
        if !verify_succ
            && p.is_check_succ(&option.username, &option.password)
        {
            verify_succ = true;
            continue;
        }
    }
    _ => {}
}
if !verify_succ {
    ProtFrame::new_close_reason(0, "not verify so close".to_string())
        .encode(&mut write_buf)?;
    is_ready_shutdown = true;
    break;
}

认证通过后消息处理和之前的一样，验证流程完成