wireshark抓取tls数据包

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2023-12-01

随着物联网的发展，连接到互联网的设备数量呈指数增长，物联网信息安全越来越重要。

因此，TLS逐渐成为物联网通讯的标配。但是TLS是加密传输，这给调试增加了一定的难度。

笔者最近工作中一直用到HTTPS，但是苦于wireshark只能抓取HTTP的明文数据包，无法抓取HTTPS的数据包，于是就有了这篇文章，使用wireshark抓取HTTPS的数据包.

简单介绍TLS1.2握手和协商过程

client hello

客户端向服务器发送客户端信息:

支持的最高tls协议版本
客户端支持的加密方式(cipher suites)列表
客户端随机数(ramdom_c)
其他扩展字段

server hello

服务器端返回 tls 版本, 加密方式(cipher suite), 服务器的随机数(random_s)
服务器发送证书，用于身份验证
通知客户端 server hello 信息发送完成

证书校验

客户端验证证书的合法性，如果验证通过才会进行后续通讯

client key exchange

客户端计算产生随机数 pre-master，并使用服务器公钥(非对称加密的公钥)加密，发送给服务器
客户端通过random_c,random_s,pre_master计算出密钥
客户端发送change cipher spec通知服务器后续使用此密钥和加密算法进行通信
发送握手数据.

server change cipher spec

服务器接收 pre_master，并使用服务器私钥(非对称加密的私钥)解密
服务器通过random_c, random_s, pre_master计算出密钥
服务器发送change cipher spec告诉客户端后续的通讯都采用协商的密钥和协商的加密算法通讯

hangshake message finish

客户端接收服务器发送的握手消息，验证通过后，握手完成。

此后的通讯都采用协商密钥和加密算法通讯。

设备端解密https数据包

查阅文档得知，wireshark 支持将 tls 会话中使用的密钥保存到外部文件中，供 wireshark 使用。

流程图

在没有抓包路由器的情况下，使用方案A，电脑创建 wifi 热点，设备端连接电脑热点，并发起 https 请求，服务器接收到请求，向设备端发出响应，设备端根据响应的内容，计算出密钥, 并将设备端随机数和密钥通过 udp 发送到 pc，保存到 sslkey.log 文件，wireshark 根据设备端随机数和密钥即可将 tls 数据包解密。

配置wireshark

新建 sslkey.log 文件，并配置为 windows 系统变量。

配置 wireshark

编辑->首选项->protocols->SSL(version 2.4.9)，更高版本的 wireshark 操作步骤为：编辑->首选项->protocols->TLS

配置好之后重启 wireshark

按照下面的格式，向 sslkey.log 写入客户端随机数和密钥, 即可使 wireshark 解密 tls 数据包.

CLIENT_RANDOM 5a497axx 3756f69b4axxx
CLIENT_RANDOM 5dfb96xx b07a9da164xxx
CLIENT_RANDOM 5a497axx 12e14567b9xxx
CLIENT_RANDOM 55c00xxx b07a9da164xxx
CLIENT_RANDOM 5a497xxx b03ca0d5fcxxx

数据的含义如下：

CLIENT_RANDOM: 固定标签(支持 SSL 3.0, TLS 1.0, 1.1, 1.2)
第二个参数：客户端随机数(random_c)32个字节，编码为64个十六进制字符
第三个参数: 48字节的协商密钥，编码为96个十六进制字符

接下来只要找到设备上的客户端随机数和密钥，保存到 syskey.log，即可通过 wireshark 解密 tls 数据包。

下面函数，保存了客户端随机数和密钥信息。

ssl_tls.c

int mbedtls_ssl_derive_keys( mbedtls_ssl_context *ssl )
{
    ...

    MBEDTLS_SSL_DEBUG_MSG( 3, ( "ciphersuite = %s",
                   mbedtls_ssl_get_ciphersuite_name( session->ciphersuite ) ) );
    MBEDTLS_SSL_DEBUG_BUF( 3, "master secret", , 48 );
    MBEDTLS_SSL_DEBUG_BUF( 4, "random bytes", handshake->randbytes, 64 );
    MBEDTLS_SSL_DEBUG_BUF( 4, "key block", keyblk, 256 );
    ...
}

其中session->master保存的是密钥，handshake->randbytes保存的是客户端和服务器的随机数。也就是说，将这两个参数保存到 sslkey.log 文件中，那么 wireshark 就能解密设备上的https数据包。

编写 udp 客户端，将客户端随机数和密钥发送到 windows，windows 编写 udp server python 脚本，用于接收数据，并将数据写入 sslkey.log 文件

#include <rtthread.h>
#include <stdio.h>

#include <sys/socket.h> 
#include "netdb.h"

static int port = 5000;

void udpcli_send(char* ip, char* random_c, int random_len, char* master, int master_len)
{
    int sock;
    struct hostent *host;
    struct sockaddr_in server_addr;
    char random_ptr[100] = {0};
    char master_ptr[100] = {0};
    int i = 0;

    if(random_c == RT_NULL || master == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("random_c or master is null\n");
        return;
    }

    host = (struct hostent *) gethostbyname(ip);
    if(host == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("Get host by name failed!\n");
        return;
    }

    //random server_random : 32bit + client_random : 32bit
    for(i = 0; i < 32; i++)
    {
        sprintf(&random_ptr[i*2], "%02x", random_c[32+i]);
    }

    for(i = 0; i < 48; i++)
    {
        sprintf(&master_ptr[i*2], "%02x", master[i]);
    }    
    rt_kprintf("random : %s\n", random_ptr);
    rt_kprintf("master : %s\n", master_ptr);

    if((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)) == -1)
    {
        rt_kprintf("Create socket error");
        return;
    }

    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(port);
    server_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);

    rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));

    // sendto(sock, send_data, rt_strlen(send_data), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr));
    sendto(sock, random_ptr, 64, 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr));
    sendto(sock, master_ptr, 96, 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr));

    if(sock >= 0)
    {
        closesocket(sock);
        sock = -1;
    }
}

udpserver.py

import socket

BUFSIZ = 1024
ip_port = ('0.0.0.0', 5000)
file = r'd:\work\tmp\sslkey.log'

server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(ip_port)

while True:
    random_c, client_addr = server.recvfrom(BUFSIZ)
    master, client_addr = server.recvfrom(BUFSIZ)
    print("open file" + " " + file)
    write_data = 'CLIENT_RANDOM ' + str(random_c, encoding='utf-8') + ' ' + str(master, encoding='utf-8')
    print(write_data)

    with open(file, 'a') as f:
        f.write(write_data)
    print("close file" + " " +file)

需要注意的是，设备使用上述方法解密 https 的数据包，加密算法目前只能是 RSA，所以还需要强制客户端发送的加密方式(cipher suites)只能是 RSA。

修改packages\mbedtls-latest\ports\inc\tls_config.h，注释掉如下宏定义：

// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_PSK_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_DHE_PSK_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDHE_PSK_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_RSA_PSK_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_DHE_RSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDHE_RSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDHE_ECDSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDH_ECDSA_ENABLED
// #define MBEDTLS_KEY_EXCHANGE_ECDH_RSA_ENABLED

这样就可以确保客户端和服务器只使用 RSA 的加密方式进行通信, 但是部分服务器不支持 RSA 的方式，握手过程会失败。

将udpcli_send函数添加到mbedtls_ssl_derive_keys函数中,如下所示

    MBEDTLS_SSL_DEBUG_MSG( 3, ( "ciphersuite = %s",
                   mbedtls_ssl_get_ciphersuite_name( session->ciphersuite ) ) );
    MBEDTLS_SSL_DEBUG_BUF( 3, "master secret", session->master, 48 );
    MBEDTLS_SSL_DEBUG_BUF( 4, "random bytes", handshake->randbytes, 64 );
    MBEDTLS_SSL_DEBUG_BUF( 4, "key block", keyblk, 256 );

    //replace your ip address
    udpcli_send("192.168.123.206", handshake->randbytes, 32, session->master, 48);

    mbedtls_zeroize( handshake->randbytes, sizeof( handshake->randbytes ) );

windows 运行 python 脚本(注意修改sslkey.log的文件路径)

python udpserver.py

设备联网成功后，在 MSH 终端输入

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[I/SAL_SOC] Socket Abstraction Layer initialize success.

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msh /mnt/sdcard>
msh /mnt/sdcard>
msh /mnt/sdcard>
msh /mnt/sdcard>wget https://www.rt-thread.com/service/rt-thread.txt 1.txt