mbedtls学习3.mbedtls_API分析

1.API 说明

为了方便用户使用，这里列出了常用的 API，并给出了相关的使用说明。

注：更多详细 API 内容请参阅 ARM mbedtls API 手册。

应用层 API

应用层 API 是提供给用户在 App 中直接使用的 API，这部分 API 屏蔽了 mbedtls 内部具体的操作步骤，简化了用户使用。

mbedtls 初始化

int mbedtls_client_init(MbedTLSSession *session, void *entropy, size_t entropyLen);

mbedtls 客户端初始化函数，用于初始化底层网络接口、设置证书、设置 SSL 会话等。

参数	描述
session	入参，mbedtls 会话对象 MbedTLSSession
entropy	入参，mbedtls 熵字符串
entropyLen	入参，mbedtls 熵字符串长度
返回	描述
= 0	成功
!0	失败

配置 mbedtls 上下文

int mbedtls_client_context(MbedTLSSession *session);

SSL 层配置，应用程序使用 mbedtls_client_context 函数配置客户端上下文信息，包括证书解析、设置主机名、设置默认 SSL 配置、设置认证模式（默认 MBEDTLS_SSL_VERIFY_OPTIONAL）等。

参数	描述
session	入参，mbedtls 会话对象 MbedTLSSession
返回	描述
= 0	成功
!0	失败

建立 SSL/TLS 连接

int mbedtls_client_connect(MbedTLSSession *session);

使用 mbedtls_client_connect 函数为 SSL/TLS 连接建立通道。这里包含整个的握手连接过程，以及证书校验结果。

参数	描述
session	入参，mbedtls 会话对象 MbedTLSSession
返回	描述
= 0	成功
!0	失败

读取数据

• 向加密连接写入数据

int mbedtls_client_write(MbedTLSSession *session, const unsigned char *buf , size_t len);

参数	描述
session	入参，mbedtls 会话对象 MbedTLSSession
buf	入参，待写入的数据缓冲区
len	入参，待写入的数据长度
返回	描述
= 0	成功
!0	失败

• 从加密连接读取数据

int mbedtls_client_read(MbedTLSSession *session, unsigned char *buf , size_t len);

参数	描述
session	入参，mbedtls 会话对象 MbedTLSSession
buf	入参，mbedtls 读取内容的缓冲区
len	入参，mbedtls 待读取内容长度
返回	描述
= 0	成功
!0	失败

关闭 mbedtls 客户端

int mbedtls_client_close(MbedTLSSession *session);

客户端主动关闭连接或者因为异常错误关闭连接，都需要使用 mbedtls_client_close 关闭连接并释放资源。

参数	描述
session	入参，mbedtls 会话对象 MbedTLSSession
返回	描述
= 0	成功
!0	失败

mbedtls 相关 API

设置调试级别

void mbedtls_debug_set_threshold( int threshold );

如果开启了 MBEDTLS_DEBUG_C，可以使用该函数设置调试级别，用于控制不同级别的调试日志输出。

参数	描述
threshold	入参，Debug 级别，默认为 0 没有调试日志
返回	描述
无	无

mbedtls 定义了 5 种调试级别，如下所示：

调试级别	描述
0	No debug
1	Error
2	State change
3	Informational
4	Verbose

初始化阶段相关 API

• 网络上下文初始化

void mbedtls_net_init( mbedtls_net_context *ctx );

初始化 TLS 网络上下文，目前只有 fd 描述符。

参数	描述
ctx	入参，网络上下文对象
返回	描述
无	无

• SSL 上下文初始化

void mbedtls_ssl_init( mbedtls_ssl_context *ssl );

SSL 上下文初始化，主要是清空 SSL 上下文对象，为 SSL 连接做准备。

参数	描述
ssl	入参，SSL 上下文对象
返回	描述
无	无

• 初始化 SSL 配置

void mbedtls_ssl_config_init( mbedtls_ssl_config *conf );

SSL 配置初始化，主要是清空 SSL 配置结构体对象，为 SSL 连接做准备。

参数	描述
conf	入参，SSL 配置结构体对象
返回	描述
无	无

• 初始化 SSL 随机字节发生器

void mbedtls_ctr_drbg_init( mbedtls_ctr_drbg_context *ctx );

清空 CTR_DRBG（SSL 随机字节发生器）上下文结构体对象，为 mbedtls_ctr_drbg_seed 做准备。

参数	描述
ctx	入参，CTR_DRBG 结构体对象
返回	描述
无	无

• 初始化 SSL 熵

void mbedtls_entropy_init( mbedtls_entropy_context *ctx );

初始化 SSL 熵结构体对象。

参数	描述
ctx	入参，熵结构体对象
返回	描述
无	无

• 设置 SSL/TLS 熵源

int mbedtls_ctr_drbg_seed( mbedtls_ctr_drbg_context *ctx,
                   int (*f_entropy)(void *, unsigned char *, size_t),
                   void *p_entropy,
                   const unsigned char *custom,
                   size_t len );

为 SSL/TLS 熵设置熵源，方便产生子种子。

参数	描述
ctx	入参，CTR_DRBG 结构体对象
f_entropy	入参，熵回调
p_entropy	入参，熵结构体（mbedtls_entropy_context）对象
custom	入参，个性化数据（设备特定标识符），可以为空
len	个性化数据长度
返回	描述
无	无

• 设置根证书列表

void mbedtls_x509_crt_init( mbedtls_x509_crt *crt );

初始化根证书链表。

参数	描述
crt	入参，x509 证书结构体对象
返回	描述
无	无

• 解析根证书

int mbedtls_x509_crt_parse( mbedtls_x509_crt *chain, const unsigned char *buf, size_t buflen );

解释性地解析。解析 buf 中一个或多个证书并将其添加到根证书链接列表中。如果可以解析某些证书，则结果是它遇到的失败证书的数量。 如果没有正确完成，则返回第一个错误。

根证书位于 ports/src/tls_certificate.c 文件 mbedtls_root_certificate 数组中。

参数	描述
chain	入参，x509 证书结构体对象
buf	入参，存储根证书的 buffer，mbedtls_root_certificate 数组
buflen	入参，存储根证书的 buffer 大小
返回	描述
无	无

• 设置主机名

int mbedtls_ssl_set_hostname( mbedtls_ssl_context *ssl, const char *hostname );

注意，这里设置的 hostname 必须对应服务器证书中的 common name，即 CN 字段。

• 加载默认的 SSL 配置

int mbedtls_ssl_config_defaults( mbedtls_ssl_config *conf,
                                 int endpoint, int transport, int preset );

使用前，需要先调用 mbedtls_ssl_config_init 函数初始化 SSL 配置结构体对象。

参数	描述
conf	入参，SSL 配置结构体对象
endpoint	入参，MBEDTLS_SSL_IS_CLIENT 或者 MBEDTLS_SSL_IS_SERVER
transport	入参，TLS: MBEDTLS_SSL_TRANSPORT_STREAM; DTLS: MBEDTLS_SSL_TRANSPORT_DATAGRAM
preset	入参， 预定义的 MBEDTLS_SSL_PRESET_XXX 类型值，默认使用 MBEDTLS_SSL_PRESET_DEFAULT
返回	描述
无	无

• 设置证书验证模式

void mbedtls_ssl_conf_authmode( mbedtls_ssl_config *conf, int authmode );

设置证书验证模式默认值：服务器上为 MBEDTLS_SSL_VERIFY_NONE，客户端上为 MBEDTLS_SSL_VERIFY_REQUIRED 或者 MBEDTLS_SSL_VERIFY_OPTIONAL（默认使用）。

MBEDTLS_SSL_VERIFY_OPTIONAL 表示证书验证失败也可以继续通讯。

参数	描述
conf	入参，SSL 配置结构体对象
authmode	入参，证书验证模式
返回	描述
无	无

• 设置验证对等证书所需的数据

void mbedtls_ssl_conf_ca_chain( mbedtls_ssl_config *conf,
                                mbedtls_x509_crt *ca_chain,
                                mbedtls_x509_crl *ca_crl );

将受信的证书链配置到 SSL 配置结构体对象中。

参数	描述
conf	入参，SSL 配置结构体对象
ca_chain	入参，受信的 CA 证书链，存储在 MbedTLSSession 的成员对象 cacert 中
ca_crl	入参，受信的 CA CRLs，可为空
返回	描述
无	无

• 设置随机数生成器回调

void mbedtls_ssl_conf_rng( mbedtls_ssl_config *conf,
                           int (*f_rng)(void *, unsigned char *, size_t),
                           void *p_rng );

参数	描述
conf	入参，SSL 配置结构体对象
f_rng	入参，随机数生成器函数
p_rng	入参，随机数生成器函数参数
返回	描述
无	无

• 设置 SSL 上下文

int mbedtls_ssl_setup( mbedtls_ssl_context *ssl,
                       const mbedtls_ssl_config *conf );

将 SSL 配置结构体对象设置到 SSL 上下文中。

参数	描述
ssl	入参，SSL 上下文结构体对象
conf	入参，SSL 配置结构体对象
返回	描述
= 0	成功
- 0x7F00	内存分配失败

连接阶段相关 API

int mbedtls_net_connect( mbedtls_net_context *ctx,
                         const char *host, const char *port,
                         int proto );

与给定的 host、port 及 proto 协议建立网络连接。

参数	描述
ctx	入参，NET 网络配置结构体对象
host	入参，指定的待连接主机名
port	入参，指定的主机端口号
proto	入参，指定的协议类型，MBEDTLS_NET_PROTO_TCP 或者 MBEDTLS_NET_PROTO_UDP
返回	描述
= 0	成功
- 0x0042	socket 创建失败
- 0x0052	未知的主机名，DNS 解析失败
- 0x0044	网络连接失败

• 设置网络层读写接口

void mbedtls_ssl_set_bio( mbedtls_ssl_context *ssl,
                          void *p_bio,
                          mbedtls_ssl_send_t *f_send,
                          mbedtls_ssl_recv_t *f_recv,
                          mbedtls_ssl_recv_timeout_t *f_recv_timeout );

为网络层设置读写函数，被 mbedtls_ssl_read 和 mbedtls_ssl_write 函数调用。

• 对于 TLS，用户提供 f_recv 和 f_recv_timeout 其中之一即可，如果都有提供，默认使用 f_recv_timeout 回调
• 对于 DTLS，用户需要提供 f_recv_timeout 回调函数

参数	描述
ssl	入参，SSL 上下文结构体对象
p_bio	入参，socket 描述符
f_send	入参，网络层写回调函数
f_recv	入参，网络层读回调函数
f_recv_timeout	入参，网络层非阻塞带超时读回调函数
返回	描述
无	无

• SSL/TLS 握手接口

int mbedtls_ssl_handshake( mbedtls_ssl_context *ssl );

执行 SSL/TLS 握手操作。

参数	描述
ssl	入参，SSL 上下文结构体对象
返回	描述
= 0	成功
- 0x6900	SSL 客户端需要读取调用
- 0x6880	SSL 客户端需要写入调用
- 0x6A80	DTLS 客户端必须重试才能进行 hello 验证
其它	其它 SSL 指定的错误码

注意，如果您使用的是 DTLS，你需要单独处理 - 0x6A80 错误，因为它是预期的返回值而不是实际错误。

• 获取证书验证结果

uint32_t mbedtls_ssl_get_verify_result( const mbedtls_ssl_context *ssl );

参数	描述
ssl	入参，SSL 上下文结构体对象
返回	描述
= 0	成功
- 1	返回结果不可用
其它	BADCERT_xxx 和 BADCRL_xxx 标志的组合，请参阅 x509.h

或者证书验证结果的 API 接口，具体的错误信息需要使用 mbedtls_x509_crt_verify_info 接口获取。

int mbedtls_x509_crt_verify_info( char *buf, size_t size,
                                  const char *prefix,
                                  uint32_t flags );

使用 mbedtls_x509_crt_verify_info 函数获取有关证书验证状态的信息字符串，存储在 MbedTLSSession 的对象的 buffer 成员中。

参数	描述
buf	入参，存储验证状态信息字符串的缓冲区
size	入参，缓冲区大小
prefix	入参，行前缀
flags	入参，由 mbedtls_x509_crt_verify_info 函数返回的值
返回	描述
整数	写入的字符串的长度（不包括结束符）或负的错误代码

读写 API

SSL/TLS 写函数

int mbedtls_ssl_read( mbedtls_ssl_context *ssl, unsigned char *buf, size_t len );

从 SLL/TLS 读取数据，最多读取 ‘len’ 字节长度数据字节。

参数	描述
ssl	入参，SSL 上下文结构体对象
buf	入参，接收读取数据的缓冲区
len	入参，要读取的数据长度
返回	描述
> 0	读取到的数据长度
= 0	读取到结束符
- 0x6900	SSL 客户端需要读取调用
- 0x6880	SSL 客户端需要写入调用
- 0x6780	SSL 客户端需要重连
其它	其它 SSL 指定的错误码

SSL/TLS 读函数

int mbedtls_ssl_write( mbedtls_ssl_context *ssl, const unsigned char *buf, size_t len );

向 SSL/TLS 写入数据，最多写入 ‘len’ 字节长度数据。

参数	描述
ssl	入参，SSL 上下文结构体对象
buf	入参，待写入数据的缓冲区
len	入参，待写入数据的长度
返回	描述
> 0	实际写入的数据长度
= 0	读取到结束符
- 0x6900	SSL 客户端需要读取调用
- 0x6880	SSL 客户端需要写入调用
其它	其它 SSL 指定的错误码