Muduo + OpenSSL 网络交互完整流程

news2025/3/4 21:40:15

🔥 Muduo + OpenSSL 网络交互完整流程

这套架构结合了 Muduo（网络库）+ OpenSSL（TLS/SSL 加密）+ BIO（缓存），整个数据流动过程如下：

🌍 1. 网络通信的基本流程

Muduo 负责 管理连接和数据传输，但它自己不会加密数据，所以我们引入 OpenSSL 来处理 TLS/SSL 加密。

💡 核心思路：

服务器和客户端通过 TCP 连接 进行通信。
数据在 发送之前被 SSL 加密，然后交给 Muduo 发送。
数据在 接收后先存入 BIO，SSL 再解密，最后交给业务逻辑处理。

🚀 2. 详细的 SSL 网络交互流程

假设你有 A（客户端） 和 B（服务器），它们之间用 TLS/SSL 进行安全通信。

📌（1）客户端连接服务器

客户端通过 Muduo 发起 TCP 连接，服务器接受连接。
这时候还没开始 SSL/TLS 认证，连接只是普通的 TCP 连接。

📌（2）SSL 握手（TLS/SSL 认证）

👉 目标： 确保数据加密，并建立 SSL 安全通道。
🔹 客户端（A）发起 SSL 握手

客户端 Muduo 建立连接后，初始化 OpenSSL（SSL_new），使用 BIO 进行 I/O 操作。
通过 SSL_connect() 发送 Client Hello，尝试建立 TLS 连接。

🔹 服务器（B）处理 SSL 握手

服务器 Muduo 监听到连接后，初始化 SSL_accept() 进行 TLS 认证。
服务器返回 Server Hello，协商 TLS 版本、密钥等信息。

🔸 这一步完成后，A 和 B 之间的通信就会被 TLS/SSL 加密了！

📌（3）客户端发送数据

假设 客户端 A 要发送 "Hello Server" 给 服务器 B，数据流如下：

1️⃣ 应用层调用 SSL_write() 进行加密

SSL_write(ssl_, data, len);

SSL 负责加密数据，但不会直接发网络数据，而是把加密后的数据放进 writeBio_。

2️⃣ 从 writeBio_ 取出加密数据

int bytes = BIO_read(writeBio_, buf, sizeof(buf));

BIO_read() 从 writeBio_ 读取加密数据（即 TLS 加密后的数据）。

3️⃣ Muduo 负责真正发送数据

conn_->send(buf, bytes);

Muduo 通过 socket 发送 buf，这时候的数据已经是 加密后的，即 TLS 报文。

📌（4）服务器接收数据

服务器 B 监听到新的 TCP 数据，流程如下：

1️⃣ Muduo 通过 conn_->recv(buf, len) 接收数据

收到的是加密数据（TLS 报文）。

2️⃣ 写入 readBio_ 供 SSL 解密

BIO_write(readBio_, buf, len);

这相当于把加密数据喂给 SSL，让它去解密。

3️⃣ 调用 SSL_read() 解密数据

SSL_read(ssl_, buf, len);

这一步 SSL 从 readBio_ 读取数据并解密，得到 "Hello Server"（明文）。
服务器最终收到 解密后的明文数据，可以正常处理业务逻辑。

📌（5）服务器回传数据

服务器 B 也可以按照相同的方式给 客户端 A 发送加密数据，流程类似：

SSL_write() 加密数据
BIO_read(writeBio_) 取出加密数据
conn_->send(buf, bytes) 通过 Muduo 发送

客户端接收数据后：

conn_->recv(buf, len) 接收 加密数据
BIO_write(readBio_, buf, len) 存入 BIO
SSL_read() 读取并解密，得到明文

🔍 3. 你代码中的数据流

💡 结合你提供的 SslConnection::send() 代码：

void SslConnection::send(const void* data, size_t len) 
{
    if (state_ != SSLState::ESTABLISHED) {
        LOG_ERROR << "Cannot send data before SSL handshake is complete";
        return;
    }
    
    int written = SSL_write(ssl_, data, len);
    if (written <= 0) {
        int err = SSL_get_error(ssl_, written);
        LOG_ERROR << "SSL_write failed: " << ERR_error_string(err, nullptr);
        return;
    }
    
    char buf[4096];
    int pending;
    while ((pending = BIO_pending(writeBio_)) > 0) {
        int bytes = BIO_read(writeBio_, buf, 
                           std::min(pending, static_cast<int>(sizeof(buf))));
        if (bytes > 0) {
            conn_->send(buf, bytes);
        }
    }
}

📌 代码解析
1️⃣ SSL_write(ssl_, data, len) 进行 TLS 加密，但不会直接发送。
2️⃣ BIO_read(writeBio_, buf, len) 从 writeBio_ 取出加密数据。
3️⃣ conn_->send(buf, bytes) Muduo 负责真正的网络发送。

👉 这里的 conn_->send() 其实就是 Muduo 发送 TCP 数据的封装，最终会调用 send(fd, buf, len, 0)。

SSL 与 BIO 读写的详细关系

1. 写数据

🔹 流程：应用层 → SSL 层（加密）→ BIO 层（缓存）→ 网络层

应用程序调用 SSL_write(ssl, 明文数据, 长度)
    ↓
SSL 进行加密，生成加密后的数据
    ↓
加密后的数据被放入 BIO（写 BIO）
    ↓
应用程序调用 BIO_read(writeBio, buf, len)
    ↓
取出加密数据并发送到网络

示例

SSL_write(ssl_, data, len);  // 把明文数据加密并放入 write BIO
int pending = BIO_pending(writeBio_); // 检查加密数据是否可读
BIO_read(writeBio_, buf, pending);  // 取出加密数据
conn_->send(buf, pending);  // 发送到网络

2. 读数据

🔹 流程：网络层 → BIO 层（缓存）→ SSL 层（解密）→ 应用层

数据从网络收到，存入 BIO（读 BIO）
    ↓
应用程序调用 SSL_read(ssl, buf, len)
    ↓
SSL 从 BIO 读取加密数据，并解密
    ↓
返回解密后的明文数据给应用程序

示例

conn_->recv(buf, len);  // 从网络接收数据
BIO_write(readBio_, buf, len);  // 把加密数据存入 read BIO
int bytes = SSL_read(ssl_, buf, sizeof(buf));  // 从 read BIO 取出数据并解密

📌 4. 总结

SSL 读写与 BIO 读写是 逻辑上的两层操作，它们之间的关系可以用一个缓冲区的概念来理解。

🚀 发送数据流程

🔹 应用层：调用 SSL_write() 加密数据
🔹 BIO：加密数据存入 writeBio_
🔹 Muduo：BIO_read(writeBio_) 取出数据，conn_->send() 发送

📩 接收数据流程

🔹 Muduo：conn_->recv() 接收加密数据
🔹 BIO：BIO_write(readBio_, buf, len) 写入 解密 BIO
🔹 应用层：调用 SSL_read() 取出明文数据

SSL 不能直接读写 socket，必须通过 BIO 进行数据传输
SSL 读写操作的目标是 BIO，而 BIO 负责最终的网络 IO
BIO 作为缓冲区存放加密/解密数据，SSL 只负责加密解密
应用程序只操作 SSL_read 和 SSL_write，但实际上 BIO 处理数据的存取

对比理解

操作	方向	作用
`SSL_write(ssl, 明文, 长度)`	应用层 → BIO	明文 → 加密数据放入 BIO
`BIO_read(writeBio, buf, len)`	BIO → 网络	读取加密数据，发送
`BIO_write(readBio, buf, len)`	网络 → BIO	接收加密数据，存入 BIO
`SSL_read(ssl, buf, len)`	BIO → 应用层	BIO 取出加密数据 → 解密成明文