国密https访问

前言

现在的SSL的加密算法实际上主要是国际算法，包括JDK，Go等语言也仅支持国际算法加密（毕竟是国外开源项目），hash。随着国密算法的普及，比如openssl就支持国密了，还要新版本的Linux内核也开始支持，以openssl为例：

那么如果需要国密证书，或者访问国密https的时候就需要特定的sslsocket的握手算法

传输层密码协议（TLCP）

TLCP是中国基于TLS 1.1和1.2协议定制而成的协议，对应的中国国家标准为：

GB/T 38636-2020：传输层密码协议

该协议与TLS协议的最重大区别，就是要求通信端提供两个证书：认证证书和加密证书。其中认证证书与TLS协议使用的证书功能类似，用于对通信端的身份进行验证。而加密证书则为TLCP协议独有，它只会用于密钥交换。

开源套件

常用的国密开源套件有BouncyCastle、Kona，BouncyCastle时间比较久远了，用的比较多，比如OOM的坑，Kona是腾讯开源的国密套件，开始基于BouncyCastle，后面重写了，分别使用者两个套件试试沃通搭建的SM2SSL证书测试网站欢迎访问沃通基于国密算法的https加密解决方案演示网站https://sm2test.ovssl.cn/

和中国银行官网https://ebssec.boc.cn/

其中沃通是支持国密和国际算法的无缝切换的，因为有双证书

BouncyCastle

https://www.bouncycastle.org/java.html，github使用MIT license

截止当前的日期

不支持国密源码分析

bouncycastle的ssl支持org.bouncycastle.jsse.provider.BouncyCastleJsseProvider

        <dependency>
            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bcprov-jdk18on</artifactId>
            <version>1.76</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bctls-jdk18on</artifactId>
            <version>1.76</version>
        </dependency>

定义了protocol

都是标准的，而这些支持的加密套件呢，实际上国密SSL（中国银行官网）使用的是TLSV1.1变化版本，这里实际执行的类是org.bouncycastle.jsse.provider.ProvSSLContextSpi的

createSupportedCipherSuiteMap

定义了使用的加密套件，然而国密的套件实际上有定义

org.bouncycastle.tls.CipherSuite

RFC 8998

RFC 8998规范将国密算法要素应用到了TLS 1.3协议中。KonaSSL实现了该规范定义的椭圆曲线curveSM2（41），签名机制sm2sig_sm3（0x0708）和密码套件TLS_SM4_GCB_SM3（0x00C6）。

所以，虽然支持RFC 8998标准，但是tls不支持国密通信，因为没有加入加密套件，也没有定义协议版本

笔者自己加了一个，不过发现修改的地方不少，国密ssl版本号定义0x0101，跟主流的ssl差别很大

Kona

企鹅开源的，在1.0.5版本不再基于BouncyCastle

腾讯Kona国密套件使用的许可协议是GNU GPL v2.0 license with Classpath Exception，这也正是OpenJDK使用的许可协议。

腾讯Kona国密套件包含四个Java Security Provider：

KonaCrypto，它是一个Java Cryptography Extension（JCE）实现，遵循标准的Java Cryptography Architecture（JCA）框架实现了国密基础算法SM2，SM3和SM4。
KonaPKIX，它实现了国密证书的解析及其证书链验证，并可加载和创建包含国密证书的密钥库（Key Store）文件。
KonaSSL，它实现了中国的传输层密码协议（TLCP），并遵循RFC 8998规范将国密基础算法应用到了TLS 1.3协议中。
Kona，它没有直接实现任何功能，而是将KonaCrypto，KonaPKIX和KonaSSL中的特性进行了简单的封装，以方便用户仅使用这一个Provider就能够调用上述三个Provider中的全部功能。一般地，建议使用这个Provider。

--来源于腾讯Kona国密套件：从基础算法到安全协议-腾讯云开发者社区-腾讯云

socket支持

以kona为例，实际上BouncyCastle也有TLS模块，但是貌似没做国密的协议簇，只能使用国际标准，这里使用不知道初始原作者是谁的gmssl的demo代码，引入pom

        <dependency>
            <groupId>com.tencent.kona</groupId>
            <artifactId>kona-provider</artifactId>
            <version>${kona.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.tencent.kona</groupId>
            <artifactId>kona-crypto</artifactId>
            <version>${kona.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.tencent.kona</groupId>
            <artifactId>kona-ssl</artifactId>
            <version>${kona.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.tencent.kona</groupId>
            <artifactId>kona-pkix</artifactId>
            <version>${kona.version}</version>
        </dependency>

然后通过socket方式支持国密https，以中国银行官网为测试

package org.example;

import com.tencent.kona.KonaProvider;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.jsse.provider.BouncyCastleJsseProvider;

import java.net.*;
import java.io.*;
import java.security.*;

import javax.net.*;
import javax.net.ssl.*;

public class SocketGet {
    public static void main(String[] args) {
        SocketFactory fact = null;
        SSLSocket socket = null;

//        String addr = "sm2test.ovssl.cn";
        String addr = "ebssec.boc.cn";
        int port = 443;
        String uri = "/";

        try {
            if (args.length > 0) {
                addr = args[0];
                port = Integer.parseInt(args[1]);
                uri = args[2];
            }

            System.out.println("\r\naddr=" + addr);
            System.out.println("port=" + port);
            System.out.println("uri=" + uri);

            // 加载国密提供者
//            Security.insertProviderAt(new BouncyCastleProvider(), 1);
//            Security.insertProviderAt(new BouncyCastleJsseProvider(), 2);
            Security.insertProviderAt(new KonaProvider(), 1);

            fact = createSocketFactory(null, null);
            socket = (SSLSocket) fact.createSocket();
            socket.setTcpNoDelay(true);

            System.out.println("\r\nGM SSL connecting...");
            socket.connect(new InetSocketAddress(addr, port), 5000);
            socket.setTcpNoDelay(true);
            socket.startHandshake();

            System.out.println("Connected!\n");

            DataInputStream in = new DataInputStream(socket.getInputStream());
            OutputStream out = socket.getOutputStream();

            String s = "GET " + uri + " HTTP/1.1\r\n";
            s += "Accept: */*\r\n";
            s += "User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 8.0; Windows NT 5.1; Trident/4.0)\r\n";
            s += "Host: " + addr + (port == 443 ? "" : ":" + port) + "\r\n";
            s += "Connection: Close\r\n";
            s += "\r\n";
            out.write(s.getBytes());
            out.flush();

            // 读取HTTP头
            while (true) {
                byte[] lineBuffer = ReadLine.read(in);
                if (lineBuffer == null || lineBuffer.length == 0) {
                    System.out.println();
                    break;
                }
                String line = new String(lineBuffer);
                System.out.println(line);
            }

            // 读取HTTP内容
            {
                byte[] buf = new byte[1024];
                while (true) {
                    int len = in.read(buf);
                    if (len == -1) {
                        break;
                    }
                    System.out.println(new String(buf, 0, len));
                }
            }

            in.close();
            out.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                socket.close();
            } catch (Exception e) {
            }
        }
    }

    private static SSLSocketFactory createSocketFactory(KeyStore kepair, char[] pwd) throws Exception {
        X509TrustManager[] trust = {new MyTrustAllManager()};

        KeyManager[] kms = null;
        if (kepair != null) {
            KeyManagerFactory kmf = KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");
            kmf.init(kepair, pwd);
            kms = kmf.getKeyManagers();
        }

        // 使用国密SSL
//        String protocol = "TLSV1.1";
        String protocol = "TLCPv1.1";
        String provider = KonaProvider.NAME;
//        String provider = BouncyCastleJsseProvider.PROVIDER_NAME;
        SSLContext ctx = SSLContext.getInstance(protocol, provider);

        java.security.SecureRandom secureRandom = new java.security.SecureRandom();
        ctx.init(kms, trust, secureRandom);

        SSLSocketFactory factory = ctx.getSocketFactory();
        return factory;
    }


}

package org.example;

import java.io.*;
import java.net.SocketException;

class ReadLine {
    public static final byte[] CRLF = {'\r', '\n'};
    public static final byte CR = '\r';
    public static final byte LF = '\n';

    private static final int LINE_MAX_SIZE = 16384;

    public static byte[] read(DataInputStream in) throws IOException, SocketException {
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        DataOutputStream s = new DataOutputStream(baos);
        boolean previousIsCR = false;

        int len = 0;
        byte b = 0;

        try {
            b = in.readByte();
            len++;
        } catch (EOFException e) {
            return new byte[0];
        }

        while (true) {
            if (b == LF) {
                if (previousIsCR) {
                    s.flush();
                    byte[] rs = baos.toByteArray();
                    s.close();
                    return rs;
                } else {
                    s.flush();
                    byte[] rs = baos.toByteArray();
                    s.close();
                    return rs;
                }
            } else if (b == CR) {
                if (previousIsCR) {
                    s.writeByte(CR);
                }
                previousIsCR = true;
            } else {
                if (previousIsCR) {
                    s.writeByte(CR);
                }
                previousIsCR = false;
                s.write(b);
            }

            if (len > LINE_MAX_SIZE) {
                s.close();
                throw new IOException("Reach line size limit");
            }

            try {
                b = in.readByte();
                len++;
            } catch (EOFException e) {
                s.flush();
                byte[] rs = baos.toByteArray();
                s.close();
                return rs;
            }
        }
    }
}


package org.example;

import javax.net.ssl.X509TrustManager;
import java.security.cert.X509Certificate;

class MyTrustAllManager implements X509TrustManager
{
    private X509Certificate[] issuers;

    public MyTrustAllManager()
    {
        this.issuers = new X509Certificate[0];
    }

    public X509Certificate[] getAcceptedIssuers()
    {
        return issuers ;
    }

    public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, String authType)
    {}

    public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, String authType)
    {}
}

核心步骤

实际上就是2步：

1. 注册国密

Security.insertProviderAt(new KonaProvider(), 1);

2. 使用国密sslcontext

SSLContext ctx = SSLContext.getInstance(protocol, provider);

实际上这步是核心，BouncyCastle不支持国密就是因为国密protocol在BouncyCastle没有定义

访问后如下：

addr=ebssec.boc.cn
port=443
uri=/

GM SSL connecting...
Connected!

HTTP/1.1 200 OK
Date: Sat, 21 Oct 2023 11:55:15 GMT
Last-Modified: Sat, 27 Jun 2015 16:48:38 GMT
Accept-Ranges: bytes
Content-Length: 156
Cache-Control: max-age=300
Expires: Sat, 21 Oct 2023 12:00:15 GMT
Vary: Accept-Encoding,User-Agent
Content-Type: text/html
Connection:close

<!DOCTYPE html><html><head><meta http-equiv="refresh" content="0;url=/boc15/login.html"><meta name="renderer" content="ie-stand"></head><body></body></html>

简单源码分析

协议支持，通过注册provider

然后com.tencent.kona.sun.security.ssl.CipherSuite定义了TLCP的加密套件，所以可以匹配国密，当然BouncyCastle的tls也可以在上面支持，不过这个就跟kona区别不大，毕竟开始kona也是基于BouncyCastle开发的

有了加密套件，那么按照jce和jsse的模式进行ssl握手，然后加密传输数据。

httpclient

实际上就是那2行代码，再核心一点就是国密算法和加密套件的注册和使用

public class HttpClientDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchProviderException, KeyManagementException {
        Security.insertProviderAt(new KonaProvider(), 1);

        SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLCPv1.1", KonaProvider.NAME);
        sslContext.init(null, new TrustManager[] {new MyTrustAllManager()}, new SecureRandom());
        CloseableHttpClient client = HttpClients.custom().setSSLContext(sslContext).build();
        HttpGet get = new HttpGet("https://ebssec.boc.cn");
        CloseableHttpResponse response = client.execute(get);
        System.out.println(response.getStatusLine().toString());
        Header[] headers = response.getAllHeaders();
        for(Header header : headers ){
            System.out.println(header.getName() +" : "+header.getName());
        }
        HttpEntity e = response.getEntity();
        System.out.println(EntityUtils.toString(e,"UTF-8"));
    }
}

运行后，结果如下

HTTP/1.1 200 OK
Date : Date
Last-Modified : Last-Modified
Accept-Ranges : Accept-Ranges
Cache-Control : Cache-Control
Expires : Expires
Vary : Vary
Keep-Alive : Keep-Alive
Connection : Connection
Content-Type : Content-Type
<!DOCTYPE html><html><head><meta http-equiv="refresh" content="0;url=/boc15/login.html"><meta name="renderer" content="ie-stand"></head><body></body></html>

相当于把刚刚，那一系列的代码用Apache的jar实现了，开源方便👍🏻

总结

国密SSL实际上就是TLS1.1和TLS1.2的结合体，一般而言使用TLS1.1即可，协议版本定义0x0101，而且ssl握手需要双证书认证：握手中发送签名证书、加密证书，一般而言签名证书先发，后发加密证书。签名证书仅用于验证身份，私钥自己生成，由CA机构签发；加密证书用于数据加密，CA机构生成并持有私钥。国密SSL实际上跟普通SSL区别不大，核心是使用国密算法密码套件。