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Kawaii mqtt 如何使用mbedtls双向验证?

Kawaiimqtt如何使用mbedtls双向验证

回帖(1)

张辉

2025-10-10 17:33:15

Kawaii MQTT 配置 mbedtls 双向验证指南


在使用 Kawaii MQTT 库配置 mbedtls 双向验证前,下面是实现该功能的关键步骤和一个完整的代码示例:


核心步骤




  1. 初始化 mbedtls 组件


    mbedtls_net_context server_fd;
    mbedtls_ssl_context ssl;
    mbedtls_ssl_config conf;
    mbedtls_ctr_drbg_context ctr_drbg;
    mbedtls_entropy_context entropy;
    mbedtls_x509_crt cacert;    // CA证书
    mbedtls_x509_crt client_crt; // 客户端证书
    mbedtls_pk_context pkey;     // 客户端私钥



  2. 加载并解析证书


    // 加载CA证书
    mbedtls_x509_crt_parse_file(&cacert, "ca.crt");

    // 加载客户端证书
    mbedtls_x509_crt_parse_file(&client_crt, "client.crt");

    // 加载客户端私钥
    mbedtls_pk_parse_keyfile(&pkey, "client.key", NULL);



  3. 配置 SSL/TLS


    mbedtls_ssl_config_init(&conf);
    mbedtls_ssl_conf_endpoint(&conf, MBEDTLS_SSL_IS_CLIENT); // 设为客户端模式
    mbedtls_ssl_conf_rng(&conf, mbedtls_ctr_drbg_random, &ctr_drbg);

    // 设置双向验证要求(客户端和服务器都要提供证书)
    mbedtls_ssl_conf_authmode(&conf, MBEDTLS_SSL_VERIFY_REQUIRED);

    // 设置CA证书链
    mbedtls_ssl_conf_ca_chain(&conf, &cacert, NULL);

    // 设置客户端证书和密钥
    mbedtls_ssl_conf_own_cert(&conf, &client_crt, &pkey);



  4. 在 MQTT 连接前完成握手


    // 创建TCP连接
    mbedtls_net_connect(&server_fd, "mqtt.example.com", "8883", MBEDTLS_NET_PROTO_TCP);

    // 绑定SSL配置
    mbedtls_ssl_setup(&ssl, &conf);

    // 设置主机名(用于SNI)
    mbedtls_ssl_set_hostname(&ssl, "mqtt.example.com");

    // 设置底层IO回调
    mbedtls_ssl_set_bio(&ssl, &server_fd, mbedtls_net_send, mbedtls_net_recv, NULL);

    // 执行TLS握手
    mbedtls_ssl_handshake(&ssl);



完整示例


#include 
#include
#include
#include "mbedtls/net_sockets.h"
#include "mbedtls/ssl.h"
#include "mbedtls/entropy.h"
#include "mbedtls/ctr_drbg.h"
#include "mbedtls/x509_crt.h"
#include "kawaii-mqtt/kawaii_mqtt.h"

int main() {
    // 初始化MQTT客户端
    kawaii_client_t client;
    kawaii_client_init(&client, "client_id");

    // --------- mbedtls初始化 ---------
    mbedtls_net_context server_fd;
    mbedtls_ssl_context ssl;
    mbedtls_ssl_config conf;
    mbedtls_ctr_drbg_context ctr_drbg;
    mbedtls_entropy_context entropy;
    int ret;

    const char *pers = "kawaii_mqtt";

    mbedtls_x509_crt cacert;        // CA证书
    mbedtls_x509_crt client_crt;    // 客户端证书
    mbedtls_pk_context pkey;        // 客户端私钥

    mbedtls_net_init(&server_fd);
    mbedtls_ssl_init(&ssl);
    mbedtls_ssl_config_init(&conf);
    mbedtls_ctr_drbg_init(&ctr_drbg);
    mbedtls_entropy_init(&entropy);
    mbedtls_x509_crt_init(&cacert);
    mbedtls_x509_crt_init(&client_crt);
    mbedtls_pk_init(&pkey);

    // 初始化随机数生成器
    if((ret = mbedtls_ctr_drbg_seed(&ctr_drbg, mbedtls_entropy_func, &entropy,
                                   (const unsigned char *)pers,
                                   strlen(pers))) != 0) {
        printf("mbedtls_ctr_drbg_seed failed: %dn", ret);
        goto exit;
    }

    // 加载CA证书
    if((ret = mbedtls_x509_crt_parse_file(&cacert, "ca.crt")) != 0) {
        printf("Failed to parse CA cert: %dn", ret);
        goto exit;
    }

    // 加载客户端证书
    if((ret = mbedtls_x509_crt_parse_file(&client_crt, "client.crt")) != 0) {
        printf("Failed to parse client cert: %dn", ret);
        goto exit;
    }

    // 加载客户端私钥
    if((ret = mbedtls_pk_parse_keyfile(&pkey, "client.key", NULL)) != 0) {
        printf("Failed to parse client key: %dn", ret);
        goto exit;
    }

    // 配置SSL
    if((ret = mbedtls_ssl_config_defaults(&conf,
                                          MBEDTLS_SSL_IS_CLIENT,
                                          MBEDTLS_SSL_TRANSPORT_STREAM,
                                          MBEDTLS_SSL_PRESET_DEFAULT)) != 0) {
        printf("ssl_config_defaults failed: %dn", ret);
        goto exit;
    }

    // 设置双向验证模式
    mbedtls_ssl_conf_authmode(&conf, MBEDTLS_SSL_VERIFY_REQUIRED);

    // 配置证书和密钥
    mbedtls_ssl_conf_ca_chain(&conf, &cacert, NULL);
    mbedtls_ssl_conf_rng(&conf, mbedtls_ctr_drbg_random, &ctr_drbg);

    // 设置客户端证书
    if((ret = mbedtls_ssl_conf_own_cert(&conf, &client_crt, &pkey)) != 0) {
        printf("mbedtls_ssl_conf_own_cert: %dn", ret);
        goto exit;
    }

    // 连接服务器
    if((ret = mbedtls_net_connect(&server_fd, "mqtt.example.com",
                                  "8883", MBEDTLS_NET_PROTO_TCP)) != 0) {
        printf("net_connect failed: %dn", ret);
        goto exit;
    }

    if((ret = mbedtls_ssl_setup(&ssl, &conf)) != 0) {
        printf("ssl_setup failed: %dn", ret);
        goto exit;
    }

    mbedtls_ssl_set_hostname(&ssl, "mqtt.example.com");
    mbedtls_ssl_set_bio(&ssl, &server_fd, mbedtls_net_send, mbedtls_net_recv, NULL);

    // 执行TLS握手
    while((ret = mbedtls_ssl_handshake(&ssl)) != 0) {
        if(ret != MBEDTLS_ERR_SSL_WANT_READ && ret != MBEDTLS_ERR_SSL_WANT_WRITE) {
            printf("handshake failed: %dn", ret);
            goto exit;
        }
    }

    // 验证服务器证书
    uint32_t flags = mbedtls_ssl_get_verify_result(&ssl);
    if(flags != 0) {
        printf("Failed to verify server certificate! Flags: 0x%xn", flags);
        goto exit;
    }

    // --------- 集成到Kawaii MQTT ---------
    // 设置底层网络接口函数 (需实现相关适配器)
    kawaii_net_func_t net_func = {
        .read = tls_read_function,        // 调用mbedtls_ssl_read
        .write = tls_write_function,      // 调用mbedtls_ssl_write
        .disconnect = tls_disconnect_func,
        .state = tls_state_function
    };

    kawaii_client_set_net_func(&client, &net_func);
    kawaii_client_set_context(&client, (void*)&ssl);  // 传递SSL上下文

    // 配置MQTT连接选项
    kawaii_mqtt_option_t options = {
        .username = "user",
        .password = "pass",
        .keep_alive = 60,
        .clean_session = 1
    };

    // 连接到MQTT服务器
    if(kawaii_client_connect(&client, &options) != K_ERR_NONE) {
        printf("MQTT connection failedn");
        goto exit;
    }

    printf("Successfully connected with mutual authentication!n");

    // MQTT操作...

exit:
    // 清理资源
    mbedtls_ssl_close_notify(&ssl);
    mbedtls_net_free(&server_fd);
    mbedtls_ssl_free(&ssl);
    mbedtls_ssl_config_free(&conf);
    mbedtls_ctr_drbg_free(&ctr_drbg);
    mbedtls_entropy_free(&entropy);
    mbedtls_x509_crt_free(&cacert);
    mbedtls_x509_crt_free(&client_crt);
    mbedtls_pk_free(&pkey);

    kawaii_client_deinit(&client);
    return ret ? 1 : 0;
}

关键注意事项




  1. 证书准备:



    • CA证书 (ca.crt)

    • 客户端证书 (client.crt)

    • 客户端私钥 (client.key)




  2. 适配器函数实现:


    int tls_read_function(void *ctx, uint8_t *buf, int len, int timeout_ms) {
       mbedtls_ssl_context *ssl = (mbedtls_ssl_context *)ctx;
       return mbedtls_ssl_read(ssl, buf, len);
    }

    int tls_write_function(void *ctx, uint8_t *buf, int len, int timeout_ms) {
       mbedtls_ssl_context *ssl = (mbedtls_ssl_context *)ctx;
       return mbedtls_ssl_write(ssl, buf, len);
    }



  3. 常见错误处理:



    • MBEDTLS_ERR_X509_CERT_VERIFY_FAILED:证书验证失败

    • MBEDTLS_ERR_SSL_NO_CIPHER_CHOSEN:加密套件不匹配

    • MBEDTLS_ERR_SSL_PEER_CLOSE_NOTIFY:连接被服务器终止




  4. 服务器端配置:



    • MQTT服务器也需要设置相同的CA并验证客户端证书




总结


通过以上配置,Kawaii MQTT 可以成功使用 mbedtls 实现双向TLS验证,确保客户端与服务器之间的通信是安全且双向认证的。这个过程中最重要的是正确加载和设置证书、密钥文件,并实现适当的网络适配函数将 mbedtls SSL 层与 Kawaii MQTT 库连接起来。

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