前面两部分分别讲解了如何在.net程序中使用SSL实现安全通信以及SSL的通信过程，并通过抓包工具具体分析了ssl的握手过程，本文通过一个demo来模拟ssl协议，在TCP之上实现自己的安全通信。
创建证书
为了实现安全的通信，必须使用证书对传输的数据进行加密，有两种方法可以得到证书，一是安装CA服务器，使用CA来发放证书，二是通过makecert.exe工具自己创建。
创建服务器证书：
cmd>makecert.exe -r -pe -n "CN=MySslServer" -sky Exchange -ss My
创建客户端证书
cmd>makecert.exe -r -pe -n "CN=MySslClient" -sky Exchange -ss My
关于makecert.exe的更多信息可以操作这里。
建立TCP连接
使用普通的Socket类来建立TCP连接即可。后续的握手，传输数据都是在TCP之上的，在这里，定义每条信息的第一个字节是类型，0x01是整数，0x02是session key，0x03是应用层数据，0x04是错误信息，未使用。
我们知道TCP通信是stream的，消息没有边界，有可能发送方发送的数据，在接收方两次才能接收完，或者发送方连续发送两次数据，接收方一次就全部接受，这就要求应用层自己对消息的边界进行区分，常用的有3种方法，一是固定长度，所有消息长度一样，不够就填充，显然不够实用而且浪费带宽；二是定义消息边界，每条消息以固定字节流结尾如<EOF>，如果传输的数据刚好含有这样的字节流，就必须进行转义；三是消息的起始处使用固定字节来描述本消息的长度。本文为方便起见，没有进行消息边界处理，每两次发送有个间隔。
交换证书
在TCP连接建立之后，开始进行握手过程，主要是交换证书，交换session key。
server与client各自将自己的证书发送给对方，证书被export成.cer格式，只含有public key。证书的作用一是交换session key，二是发送数据时签名。
1
byte
[] certBytes
=
so.localCert.Export(X509ContentType.Cert);
2
byte
[] sentBytes
=
AddType(certBytes, type);
3
so.workSocket.Send(sentBytes,
0
, sentBytes.Length, SocketFlags.None);
4
Console.WriteLine(
"
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
"
);
5
PrintCert(so.localCert);
6
。。。。。。
7
byte
[] data
=
RemoveType(so.buffer, read);
8
so.remoteCert
=
new
X509Certificate2(data);
9
Console.WriteLine(
"
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
"
);
10
PrintCert(so.remoteCert);
交换session key
本demo使用DES对称算法来加密，必须在发送应用层数据之前交换算法的key，使用双方约定固定的IV。
其中一方生成随机的key，用对方的证书加密，调用RSA的Encrypt方法，会使用Public key，将加密后的数据发送给对方，由于只有对方才有证书的private key，所以也只有对方才能解密出key，第三方即使中途截获了数据也不能破解出key。
生成session key
1
RSACryptoServiceProvider rsa
=
(RSACryptoServiceProvider)so.remoteCert.PublicKey.Key;
2
byte
[] encrypedSessionKey
=
rsa.Encrypt(so.localSessionKey,
false
);
3
byte
[] sentBytes
=
AddType(encrypedSessionKey, type);
4
so.workSocket.Send(sentBytes,
0
, sentBytes.Length, SocketFlags.None);
5
Console.WriteLine(
"
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
"
);
6
PrintSessionKey(so.localSessionKey);
解析session key
1
byte
[] data
=
RemoveType(so.buffer, read);
2
RSACryptoServiceProvider rsa
=
(RSACryptoServiceProvider)so.localCert.PrivateKey;
3
so.remoteSessionKey
=
rsa.Decrypt(data,
false
);
4
Console.WriteLine(
"
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
"
);
5
PrintSessionKey(so.remoteSessionKey);
发送加密和签名数据
发送数据使用DES算法加密，防止被第三方截获；同时对发送的数据签名，让对方确认数据没有被篡改并且确认数据是自己发送的。
数据格式:
0x03 | 密文长度 | 密文 | 签名长度 | 签名 |
对原文使用hash算法，并使用自己的证明对hash进行签名，签名是使用的private key，接收方收到数据后，用DES解密出原文，对原文计算hash，然后对收到的签名使用对方的证书的public key还原，比较与hash是否一致。
加密数据并签名
1 MemoryStream memoryStream =
new
MemoryStream();
2
3
//
encrypt
4
DESCryptoServiceProvider des
=
new
DESCryptoServiceProvider();
5 ICryptoTransform cTransform
=
des.CreateEncryptor(so.remoteSessionKey,
new
byte
[
8
]);
6 MemoryStream ms
=
new
MemoryStream();
7 CryptoStream encStream
=
new
CryptoStream(ms, cTransform, CryptoStreamMode.Write);
8 encStream.Write(so.sentData,
0
, so.sentData.Length);
9 encStream.FlushFinalBlock();
10
11
byte
[] temp
=
ms.ToArray();
12 memoryStream.Write(BitConverter.GetBytes(temp.Length),
0
,
4
);
13 memoryStream.Write(temp,
0
, temp.Length);
14
15
//
hash
16
MD5CryptoServiceProvider md5
=
new
MD5CryptoServiceProvider();
17
byte
[] hash
=
md5.ComputeHash(so.sentData);
18
19
//
sign
20
RSACryptoServiceProvider rsa
=
(RSACryptoServiceProvider) so.localCert.PrivateKey;
21
byte
[] sign
=
rsa.SignHash(hash, CryptoConfig.MapNameToOID(
"
MD5
"
));
22
23 memoryStream.Write(BitConverter.GetBytes(sign.Length),
0
,
4
);
24 memoryStream.Write(sign,
0
, sign.Length);
25
26
byte
[] sentBytes
=
AddType(memoryStream.ToArray(), type);
27 so.workSocket.Send(sentBytes,
0
, sentBytes.Length, SocketFlags.None);
28 Console.WriteLine(
"
Send>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
"
);
29 PrintData(so.sentData);
解密数据并验证
1 byte [] data
=
RemoveType(so.buffer, read);
2
3 //
Decrypt
4 DESCryptoServiceProvider des
=
new
DESCryptoServiceProvider();
5 ICryptoTransform cTransform =
des.CreateDecryptor(so.localSessionKey,
new
byte
[
8
]);
6 int
len
=
BitConverter.ToInt32(data,
0
);
7 byte
[] cipherText
=
new
byte
[len];
8 Array.Copy(data, 4
, cipherText,
0
, len);
9 MemoryStream ms2 =
new
MemoryStream(cipherText);
10 CryptoStream decStream =
new
CryptoStream(ms2, cTransform, CryptoStreamMode.Read);
11
12 Byte[] tempBuffer =
new
Byte[
1024
];
13 Byte[] outputBytes =
new
byte
[
0
];
14 int
nRead
=
decStream.Read(tempBuffer,
0
, tempBuffer.Length);
15 int
nLength
=
0
;
16 while
(
0
!=
nRead)
17 {
18 nLength =
outputBytes.Length;
19 Array.Resize( ref
outputBytes, nLength
+
nRead);
20 Array.Copy(tempBuffer, 0
, outputBytes, nLength, nRead);
21 nRead =
decStream.Read(tempBuffer,
0
, tempBuffer.Length);
22 }
23 so.recvData =
outputBytes;
24 Console.WriteLine( "
Recv<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
"
);
25 PrintData(so.recvData);
26
27 //
hash
28 MD5CryptoServiceProvider md5
=
new
MD5CryptoServiceProvider();
29 byte
[] hash
=
md5.ComputeHash(so.recvData);
30
31 //
verify
32
int
signlen
=
BitConverter.ToInt32(data, len
+
4
);
33 byte
[] sign
=
new
byte
[signlen];
34 Array.Copy(data, 4
+
len
+
4
,sign,
0
, signlen);
35 RSACryptoServiceProvider rsa =
(RSACryptoServiceProvider)so.remoteCert.PublicKey.Key;
36 try
37 {
38 bool
verify
=
rsa.VerifyHash(hash, CryptoConfig.MapNameToOID(
"
MD5
"
), sign);
39 if
(verify)
40 {
41 Console.WriteLine( "
verify correct!
"
);
42 }
43 else
44 {
45 Console.WriteLine( "
verify error!
"
);
46 }
47 }
48 catch
49 {
50 Console.WriteLine( "
verify error!
"
);
51 return
PackageType.Error;
52 }
运行结果
服务器端输出
1 C:\D\BACKUP\Projects\TestProject\MySSLServer\bin\Debug > MySSLServer.exe
2 Recv <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
3 ============================================
4 cert
5 ============================================
6 Subject: CN = MySslClient
7 Issuer: CN = MySslClient
8 Version: 3
9 Valid Date: 7 /
7
/
2010
11
:
25
:
28
AM
10 Expiry Date: 1 /
1
/
2040
7
:
59
:
59
AM
11 Thumbprint: D9AE7CF97A254FCA05EB7B704DDC90878FC56B0C
12 Serial Number: 2500552056343D874C0B714A71CB047B
13 Friendly Name: RSA
14 Public Key Format: 30
81
89
02
81
81
00
9f 6f
17
84
0f
03
a0 8c b7
86
45
49
ba 0c c5 ab
37
c9
30
24
32
b5 dc
90
31
e4 d6
15 ea 83
45
1f c8 2d dd 2f
81
3e da
09
44
7f 2a cf bb
18
9a
92
28
d3
79
f0
33
b8
04
f2 1a 1d f8 e0 b6 f9 cc da
36
16
2b e3
16 8b 8d 82 5f 9c
88
6a
79
54
53
4f
08
10
dc b9
53
f1 c8 d4 bd 3d c4
94
71
1d db a2
76
65
8c
37
a3 cd
88
0d a0
72
0e
93
3a
17 64
62
dc
90
cf
19
3f f7
58
59
d6 bd 4e 3f a4
15
30
5b
36
75
2f
02
03
01
00
01
18 Send >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
19 ============================================
20 cert
21 ============================================
22 Subject: CN = MySslServer
23 Issuer: CN = MySslServer
24 Version: 3
25 Valid Date: 7 /
7
/
2010
11
:
25
:
32
AM
26 Expiry Date: 1 /
1
/
2040
7
:
59
:
59
AM
27 Thumbprint: 5B1CEC828E92A64950284E557477FDD7E2C05300
28 Serial Number: 907E95210C949144FD68342B32FD07
29 Friendly Name: RSA
30 Public Key Format: 30
81
89
02
81
81
00
a4
97
38
0d dd c7 fa 6b b3 e6
23
17
df cd bf
06
c7
40
e1 5e 9a
04
81
02
62
00
b5
31 52
82
c9 6d b0 fc
16
ce e8
72
be ae
31
80
85
44
75
6c 1d 6a 2c
33
55
ee
04
6a fd f8 f4 ff 3a e0
22
28
a7 4f f8 c4 ba
96
32 c7 e6 f0 27 aa
43
09
11
ce eb cb 5e fe
63
84
ef e0
74
11
99
91
5d a0
39
5b
54
e6
74
8d db c8 ce d2 bd
08
53
63
19
3d d6
33 4c 37
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b1
28
6a
07
2b 0c
70
49
fa df 9e ed 8b 2d e0 ed bf
03
02
03
01
00
01
34 Send >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
35 ============================================
36 session key
37 ============================================
38 Session Key: 44
97
AC
07
5E
41
27
0B[
8
]
39 Recv <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
40 ============================================
41 session key
42 ============================================
43 Session Key: BD 28
62
18
04
90
C9
57
[
8
]
44 Recv <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
45 ============================================
46 data
47 ============================================
48 It ' s just a text.
49 verify correct !
50 Send >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
51 ============================================
52 data
53 ============================================
54 Response to client.
客户端输出
1 C:\D\BACKUP\Projects\TestProject\MySSLClient\bin\Debug > MySSLClient.exe 10.175 .
13.77
2 Send >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
3 ============================================
4 cert
5 ============================================
6 Subject: CN = MySslClient
7 Issuer: CN = MySslClient
8 Version: 3
9 Valid Date: 7 / 7
/
2010
11
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25
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28
AM
10 Expiry Date: 1 / 1
/
2040
7
:
59
:
59
AM
11 Thumbprint: D9AE7CF97A254FCA05EB7B704DDC90878FC56B0C
12 Serial Number: 2500552056343D874C0B714A71CB047B
13 Friendly Name: RSA
14 Public Key Format: 30 81
89
02
81
81
00
9f 6f
17
84
0f
03
a0 8c b7
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45
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ba 0c c5 ab
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c9
30
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b5 dc
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31
e4 d6
15 ea 83 45
1f c8 2d dd 2f
81
3e da
09
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7f 2a cf bb
18
9a
92
28
d3
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b8
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16
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6a
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54
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4f
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10
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dc
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d6 bd 4e 3f a4
15
30
5b
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2f
02
03
01
00
01
18 Recv <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
19 ============================================
20 cert
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2010
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25
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/
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81
81
00
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23
17
df cd bf
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c7
40
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81
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00
b5
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c9 6d b0 fc
16
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72
be ae
31
80
85
44
75
6c 1d 6a 2c
33
55
ee
04
6a fd f8 f4 ff 3a e0
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28
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09
11
ce eb cb 5e fe
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84
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74
11
99
91
5d a0
39
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e6
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53
63
19
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b1
28
6a
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02
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00
01
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8
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AC
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5E
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8
]
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46 data
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48 It ' s just a text.
49 Recv <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
50 ============================================
51 data
52 ============================================
53 Response to client.
54 verify correct !
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