国密SSL通信的调试技巧

原创陈正勇云水木石

前面写了几篇国密开发相关的文章：

这篇文章来聊一聊国密SSL通信的几个调试技巧。网络通信开发需要开发者具有细致和耐心，对照协议，逐个步骤分析数据，整个过程有些枯燥。特别是网络数据包，差一个字节都可能导致解析出错，只能逐个字节比对。这个时候，一些调试经验和技巧就比较重要了。

下面就说说我在开发支持国密的浏览器产品中使用到的一些技巧。

单步调试

单步调试，这也能算是调试技巧吗？你还别说，我发现很多开发者宁可使用print大法，也不愿意采用单步调试，特别是在嵌入式开发领域、移动端开发及前端开发。有多少人开发网页中的js使用到了chrome和firefox的远程调试工具？

为啥不愿意采用单步调试？主要是单步调试需要配置，稍微有点麻烦。对于嵌入式开发和移动开发来说，通常需要在开发机上交叉编译（C/C++开发），将编译的二进制程序下载到设备上运行，一般没有Windows开发那样的IDE。如果要用gdb调试，有可能还需要用到gdbserver，配置gdb和gdbserver之间的通信，配置代码的调试符号路径等等。

但是，如果将单步调试环境配置好了，对于厘清程序运行流程、调试BUG有非常大的作用。俗话说，工欲利其事，必先利其器。花点时间配置一下调试环境，是非常值得的。

在Linux系统下调试国密SSL通信，准备的过程其实非常简单，不涉及交叉编译、gdbserver，只需要稍微掌握几个gdb命令即可。

下面以GmSSL的代码为例，说明如何单步调试。

编译带调试符号的二进制程序
在文章搭建国密SSL开发测试环境中说明了如何编译GmSSL，编译出来的是release版本，不带调试符号，这样就无法进行单步跟踪。要想单步调试，需要编译出debug版本：
```
$ cd gmssl
$ ./config --prefix=/home/alex/work/gmbrowser/usr/local/gmssl -d
$ make
$ make install
```
是的，非常简单，在config的时候加上 -d 参数即可。

gdb调试

gdb其实也有图形界面前端，但使用上并不是很方便，通常情况下，我选择使用命令行，毕竟只需要掌握几个简单的gdb命令即可:

set args     设置被调试程序的命令行参数
b <函数名> 或 b <文件名：行号>   设置断点
r   运行程序
n   单步运行
c   从断点出运行，直到遇到下一个断点或结束
p <变量名>   输出变量值
bt   显示断点处的调用栈

还有很多其它命令，但常用的就这些，如果碰到不明白的地方，随时输入help，寻求帮助。

比如，如果我们希望调试客户端的HELLO处理流程，如果对代码结构有些了解，就可以知道是在tls_process_server_hello函数中处理的，如何调用到该函数的，函数内部处理过程是怎样的？这个时候单步调试就可以排上用场了。

$ gdb gmssl
(gdb) set args s_client -connect sm2test.ovssl.cn:443 -gmtls -servername sm2test.ovssl.cn
(gdb) b tls_process_server_hello
Function "tls_process_server_hello" not defined.
Make breakpoint pending on future shared library load? (y or [n]) y
Breakpoint 1 (tls_process_server_hello) pending.
(gdb) r
Starting program: /work/gmbrowser/usr/local/gmssl/bin/gmssl s_client -connect sm2test.ovssl.cn:443 -gmtls -servername sm2test.ovssl.cn
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
CONNECTED(00000003)

Breakpoint 1, tls_process_server_hello (s=0x55555585a3f0, pkt=0x7fffffffce70) at ssl/statem/statem_clnt.c:988
988	{
(gdb) n
994	    int i, al = SSL_AD_INTERNAL_ERROR;
(gdb) n
1002	    if (!PACKET_get_net_2(pkt, &sversion)) {
(gdb) n
1008	    protverr = ssl_choose_client_version(s, sversion);
(gdb) bt
#0  tls_process_server_hello (s=0x55555585a3f0, pkt=0x7fffffffce70) at ssl/statem/statem_clnt.c:1008
#1  0x00007ffff7988046 in ossl_statem_client_process_message (s=0x55555585a3f0, pkt=0x7fffffffce70) at ssl/statem/statem_clnt.c:689
#2  0x00007ffff79865c0 in read_state_machine (s=0x55555585a3f0) at ssl/statem/statem.c:643
#3  0x00007ffff7986061 in state_machine (s=0x55555585a3f0, server=0) at ssl/statem/statem.c:439
#4  0x00007ffff7985b34 in ossl_statem_connect (s=0x55555585a3f0) at ssl/statem/statem.c:218
#5  0x00007ffff7960800 in ssl3_write_bytes (s=0x55555585a3f0, type=23, buf_=0x555555847960, len=0) at ssl/record/rec_layer_s3.c:366
#6  0x00007ffff796cac3 in ssl3_write (s=0x55555585a3f0, buf=0x555555847960, len=0) at ssl/s3_lib.c:4126
#7  0x00007ffff797a29c in SSL_write (s=0x55555585a3f0, buf=0x555555847960, num=0) at ssl/ssl_lib.c:1677
#8  0x00005555555bec06 in s_client_main (argc=0, argv=0x7fffffffdc90) at apps/s_client.c:2271
#9  0x00005555555a2a39 in do_cmd (prog=0x555555842180, argc=6, argv=0x7fffffffdc90) at apps/gmssl.c:471
#10 0x00005555555a20fd in main (argc=6, argv=0x7fffffffdc90) at apps/gmssl.c:177

这是不是比找到可疑代码，然后一句句加print语句来得快呢？

当然，如果对于大块的数据，比如我怀疑某个加密算法实现得不对，需要对加密结果进行判断，这个时候还是用print语句来得块，毕竟gdb对于大块数据的显示还不是很直观。所以大部分情况下，是单步调试和print结合使用。

网络抓包

从事网络通信相关开发的朋友，应该对网络抓包很熟悉。通常在PC上使用的抓包软件为wireshark，在Android系统上的抓包工具有tcpdump。但是国密为SSL版本号定义了一个非常坑爹的值：0x0101，而大多数软件包对0x0300以下的值都会被认为是一个无效的版本号，所以如果使用标准版的wireshark抓国密SSL包，结果是这样的：

标准版wireshark抓包

这非常不方便分析！

幸运的是，已经有朋友在wireshark上增加了国密SSL支持，抓包结果如下：

支持国密版wireshark抓包

这个支持国密的wireshark项目地址为：https://github.com/pengtianabc/wireshark-gm

这个项目的release中有Windows的安装包，如果是Windows开发者，不用过多折腾，安装上即可。

下面说说Ubuntu系统下从源码build出wireshark，并运行之。

clone源码

$ git clone https://github.com/pengtianabc/wireshark-gm

安装编译源码所需要的软件包

$ sudo apt install libc-ares-dev flex qt5-default qttools5-dev qtmultimedia5-dev libpcap-dev libcap-dev cmake cmake-curses

编译源码
```
$ cd wireshark-gm
$ mkdir build
$ cd build
$ cmake ..
$ make
```
编译出的wireshark位于 build/run 目录下。
切换到sudo运行环境
网络抓包需要root权限，否则会提示：
```
Capturing on 'enp3s0'
dumpcap: The capture session could not be initiated on interface 'enp3s0' (You don't have permission to capture on that device).
Please check to make sure you have sufficient permissions.
```
在网络上找了一些方法，非root用户也能够抓包，但折腾了半天，也没有成功（系统安装的wireshark倒是可以）。算了，先不折腾，就切换到root环境吧：
```
sudo -i
```
设置环境变量
为了避免和系统的wireshark冲突，这里不建议执行 make install 将 wireshark-gm 安装到系统目录下，为了能够让系统找到我们的wireshark和库，设置环境变量：
```
export PATH=/work/gmbrowser/src/wireshark-gm/build/run:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=/work/gmbrowser/src/wireshark-gm/build/run:$LD_LIBRARY_PATH
```
运行wireshark，就可以抓包了。要确定运行的是自己build的版本，而不是系统的wireshark，可以看到自己build的版本有development build字样。

网络抓包对于现场调试，特别是在和第三方对接调试时非常有用。而在国密SSL通信中，主要调试建立国密SSL连接过程，在这个过程中，建立连接的几个阶段，分别发送了和接收了什么数据。有了对国密SSL协议的支持，看起来就清楚多了，否则还需要自己对照协议，一部分一部分的分析数据。

好了，关于国密开发的两点调试技巧就介绍到这里，希望对你有帮助。谢谢！

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