面试题：网络编程中基于libevent实现SSL/TLS加密通信的基础原理

Question

请阐述在网络编程里，基于libevent库实现SSL/TLS加密通信的基本原理是什么？简要说明libevent在其中所起的作用以及SSL/TLS加密的主要流程。

Answer 1

基于libevent库实现SSL/TLS加密通信的基本原理

1. 事件驱动机制：libevent采用事件驱动模型，通过注册感兴趣的事件（如套接字可读、可写事件），当这些事件发生时，相应的回调函数被触发。在SSL/TLS加密通信中，利用这种机制处理网络I/O操作，提高程序的并发处理能力。
2. 与SSL/TLS库交互：结合OpenSSL等SSL/TLS库，libevent负责管理网络连接的I/O事件，而SSL/TLS库负责加密、解密数据以及握手等操作。当网络有数据可读时，libevent通知应用层，应用层调用SSL/TLS库函数读取并解密数据；当有数据要发送时，应用层调用SSL/TLS库函数加密数据后，由libevent负责将加密后的数据发送出去。

libevent在其中所起的作用

1. I/O多路复用：libevent内部支持多种I/O多路复用机制（如epoll、kqueue等），能够高效地监控多个套接字的状态变化，使得程序可以在单线程内处理多个并发的网络连接，避免了传统多线程编程的复杂性和资源开销。
2. 事件管理：负责管理网络事件的注册、注销和调度，将网络I/O事件与相应的处理函数关联起来。在SSL/TLS通信过程中，无论是握手阶段的消息交互，还是数据传输阶段的读写操作，libevent都能准确地将事件传递给合适的处理逻辑。
3. 非阻塞I/O支持：配合SSL/TLS库实现非阻塞的加密通信。在进行SSL/TLS握手或数据读写时，libevent可以设置套接字为非阻塞模式，使得程序不会因为等待I/O操作完成而阻塞，提高了程序的整体性能和响应性。

SSL/TLS加密的主要流程

1. 握手阶段
   • 客户端Hello：客户端向服务器发送Hello消息，包含客户端支持的SSL/TLS版本、加密套件列表、随机数等信息。
   • 服务器Hello：服务器收到客户端Hello后，选择一个双方都支持的SSL/TLS版本和加密套件，并向客户端发送Hello消息，其中也包含服务器的随机数。
   • 服务器证书：服务器将自己的数字证书发送给客户端，用于验证服务器身份。
   • 客户端验证证书：客户端验证服务器证书的合法性，包括证书是否由受信任的证书颁发机构（CA）签发、证书是否过期等。
   • 客户端密钥交换：客户端生成一个预主密钥（Pre - Master Secret），使用服务器证书中的公钥加密后发送给服务器。
   • 服务器密钥交换（可选）：对于某些加密套件，服务器可能需要向客户端发送额外的密钥交换信息。
   • 计算主密钥：客户端和服务器根据各自的随机数以及预主密钥，通过特定的算法计算出主密钥（Master Secret）。
   • 生成会话密钥：双方根据主密钥生成用于数据加密和解密的会话密钥（如对称加密密钥、消息认证码密钥等）。
   • 握手结束：双方发送Finished消息，表明握手过程结束，后续通信将使用加密和认证机制。
2. 数据传输阶段
   • 加密传输：应用层数据被分割成记录，使用会话密钥进行加密和添加消息认证码（MAC），然后通过网络发送给对方。
   • 解密接收：接收方收到加密数据后，使用相应的会话密钥解密数据并验证MAC的正确性，将解密后的数据传递给应用层。
3. 连接关闭阶段
   • 双方发送关闭通知消息，告知对方即将关闭连接。
   • 关闭套接字，释放相关资源。