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使用OpenSSL内置的密码算法定义新的加密套件(TLS1.3)

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这篇文章内容接上一篇。上一篇文章给出了使用openssl提供的api建立server与client并指定PSK与加密套件的代码。在TLS1.3中，加密套件被缩减至5种，PSK也成为TLS1.3协议中的标配。这篇文章则会介绍一下怎么样利用TLS1.3中已有的加密算法定义新的加密套件。

加密套件（cipher suites）简介

加密套件会在握手阶段被确定。加密套件的定义在TLS1.3之前与TLS1.3中有着一定区别。在TLS1.3中，被使用的五种加密套件如下(图源与介绍来自知乎，见文末参考资料)：

ciphersuites

以TLS_AES_128_CCM_SHA256为例，TLS表明该加密组件用于TLS协议，AES表明使用AES对称加密算法，128表示密钥长度为128位，CCM表明分组加密模式，SHA256是HKDF过程使用的哈希算法。

OpenSSL中的加密套件定义

想要添加新的加密套件，首先需要找到OpenSSL中TLS1.3的加密套件是如何定义的。通过命令行工具，我们可以输出目前TLS1.3中支持的加密套件，根据源码我们可以找到其定义。当然，也可以选择全局搜索相关变量名找到关联代码，从而定位定义位置。TLS1.3的加密套件定义在ssl/s3_lib.c中，如下：

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/* The list of available TLSv1.3 ciphers */
static SSL_CIPHER tls13_ciphers[] = {
    {
        1,
        TLS1_3_RFC_AES_128_GCM_SHA256,
        TLS1_3_RFC_AES_128_GCM_SHA256,
        TLS1_3_CK_AES_128_GCM_SHA256,
        SSL_kANY,
        SSL_aANY,
        SSL_AES128GCM,
        SSL_AEAD,
        TLS1_3_VERSION, TLS1_3_VERSION,
        0, 0,
        SSL_HIGH,
        SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA256,
        128,
        128,
    }, {
        1,
        TLS1_3_RFC_AES_256_GCM_SHA384,
        TLS1_3_RFC_AES_256_GCM_SHA384,
        TLS1_3_CK_AES_256_GCM_SHA384,
        SSL_kANY,
        SSL_aANY,
        SSL_AES256GCM,
        SSL_AEAD,
        TLS1_3_VERSION, TLS1_3_VERSION,
        0, 0,
        SSL_HIGH,
        SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA384,
        256,
        256,
    },
#if !defined(OPENSSL_NO_CHACHA) && !defined(OPENSSL_NO_POLY1305)
    {
        1,
        TLS1_3_RFC_CHACHA20_POLY1305_SHA256,
        TLS1_3_RFC_CHACHA20_POLY1305_SHA256,
        TLS1_3_CK_CHACHA20_POLY1305_SHA256,
        SSL_kANY,
        SSL_aANY,
        SSL_CHACHA20POLY1305,
        SSL_AEAD,
        TLS1_3_VERSION, TLS1_3_VERSION,
        0, 0,
        SSL_HIGH,
        SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA256,
        256,
        256,
    },
#endif
    {
        1,
        TLS1_3_RFC_AES_128_CCM_SHA256,
        TLS1_3_RFC_AES_128_CCM_SHA256,
        TLS1_3_CK_AES_128_CCM_SHA256,
        SSL_kANY,
        SSL_aANY,
        SSL_AES128CCM,
        SSL_AEAD,
        TLS1_3_VERSION, TLS1_3_VERSION,
        0, 0,
        SSL_NOT_DEFAULT | SSL_HIGH,
        SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA256,
        128,
        128,
    }, {
        1,
        TLS1_3_RFC_AES_128_CCM_8_SHA256,
        TLS1_3_RFC_AES_128_CCM_8_SHA256,
        TLS1_3_CK_AES_128_CCM_8_SHA256,
        SSL_kANY,
        SSL_aANY,
        SSL_AES128CCM8,
        SSL_AEAD,
        TLS1_3_VERSION, TLS1_3_VERSION,
        0, 0,
        SSL_NOT_DEFAULT | SSL_HIGH,
        SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA256,
        128,
        128,
    }
};

我们查看SSL_CIPHER的定义，可以看到各个成员的详细意义。

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/* CipherSuite length. SSLv3 and all TLS versions. */
# define TLS_CIPHER_LEN 2
/* used to hold info on the particular ciphers used */
struct ssl_cipher_st {
    uint32_t valid;
    const char *name;           /* text name */
    const char *stdname;        /* RFC name */
    uint32_t id;                /* id, 4 bytes, first is version */
    /*
     * changed in 1.0.0: these four used to be portions of a single value
     * 'algorithms'
     */
    uint32_t algorithm_mkey;    /* key exchange algorithm */
    uint32_t algorithm_auth;    /* server authentication */
    uint32_t algorithm_enc;     /* symmetric encryption */
    uint32_t algorithm_mac;     /* symmetric authentication */
    int min_tls;                /* minimum SSL/TLS protocol version */
    int max_tls;                /* maximum SSL/TLS protocol version */
    int min_dtls;               /* minimum DTLS protocol version */
    int max_dtls;               /* maximum DTLS protocol version */
    uint32_t algo_strength;     /* strength and export flags */
    uint32_t algorithm2;        /* Extra flags */
    int32_t strength_bits;      /* Number of bits really used */
    uint32_t alg_bits;          /* Number of bits for algorithm */
};

定义新的加密套件

其中所有定义均为宏定义的常量，我们为这个结构体添加新成员，并增加相应的宏定义，即可为OpenSSL定义新的TLS1.3加密套件。这里我们选择增加加密套件TLS_AES_256_GCM_SHA512，向tls13_ciphers增加如下的成员即可。

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{
    1,
    TLS1_3_RFC_AES_256_GCM_SHA512,
    TLS1_3_RFC_AES_256_GCM_SHA512,
    TLS1_3_CK_AES_256_GCM_SHA512,
    SSL_kANY,
    SSL_aANY,
    SSL_AES256GCM,
    SSL_AEAD,
    TLS1_3_VERSION, TLS1_3_VERSION,
    0, 0,
    SSL_HIGH,
    SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA512,
    256,
    256,
},

部分变量没有进行定义，我们增加其定义即可。注意定义保持一致。如果使用编辑器的快速跳转注意不要跳转到系统库中了。

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//tls1.h
/* TLS v1.3 ciphersuites */
# define TLS1_3_CK_AES_128_GCM_SHA256                     0x03001301
# define TLS1_3_CK_AES_256_GCM_SHA384                     0x03001302
# define TLS1_3_CK_CHACHA20_POLY1305_SHA256               0x03001303
# define TLS1_3_CK_AES_128_CCM_SHA256                     0x03001304
# define TLS1_3_CK_AES_128_CCM_8_SHA256                   0x03001305
// new!
# define TLS1_3_CK_AES_256_GCM_SHA512                     0x03001306
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//ssl_local.h
/* Bits 0-7 are handshake MAC */
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_MASK  0xFF
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_MD5_SHA1 SSL_MD_MD5_SHA1_IDX
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA256   SSL_MD_SHA256_IDX
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA384   SSL_MD_SHA384_IDX
//new！
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_SHA512   SSL_MD_SHA512_IDX
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_GOST94 SSL_MD_GOST94_IDX
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_GOST12_256 SSL_MD_GOST12_256_IDX
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_GOST12_512 SSL_MD_GOST12_512_IDX
# define SSL_HANDSHAKE_MAC_DEFAULT  SSL_HANDSHAKE_MAC_MD5_SHA1
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// tls1.h 
# define TLS1_3_RFC_AES_128_GCM_SHA256                   "TLS_AES_128_GCM_SHA256"
# define TLS1_3_RFC_AES_256_GCM_SHA384                   "TLS_AES_256_GCM_SHA384"
//new!
# define TLS1_3_RFC_AES_256_GCM_SHA512                   "TLS_AES_256_GCM_SHA512"
# define TLS1_3_RFC_CHACHA20_POLY1305_SHA256             "TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256"

之后进行编译就结束了，将上一篇文章中设置的加密套件设置为TLS_AES_256_GCM_SHA512，并在PSK选用的加密套件id设置为0x1306即可。需要注意的是，如果没有安装在默认的路径，在编译时可能需要作额外的设置。我折腾了很久还是没有折腾出来，最后选择安装在了默认的路径。

参考资料

TLS 1.3科普——新特性与协议实现