安全机制 - 解析XMPP协议分析与应用

　　3  安全机制

　　3.1 简单认证和安全层协商机制

　　简单认证和安全层（Simple Authentication and Security Layer，SASL）可以为基于连接的协议加入认证机制，提供KERBEROS_V4、PLAIN和DIGEST-MD5等多种认证方法。每种认证机制包含认证机制名、认证过程初始化命令、认证控制命令、特定8位码和解释器等信息。

　　在认证过程中，认证服务器完成认证、授权标识传送、简单认证和安全层协商3个方面的工作。在XMPP中，SASL处理步骤如下（C：客户端，S：SASL认证服务器）：

　　（1）C、S之间建立连接。（2）S向C提供认证机制列表。（3）C在认证机制列表中选择一种认证机制。（4）S向C询问授权信息。（5）C向S提交授权信息。（6）S向C返回认证成功或失败信息。

　　3.2 回拨认证

　　在通信过程中，2个XMPP服务器之间经常需要通信，为避免利用服务器欺骗方式进行信息伪造，XMPP 采用了回拨认证机制。回拨认证依靠DNS技术完成，利用回拨认证机制，一个服务器可以确认与自己建立连接的服务器是否经过合法授权，回拨认证过程为：（1）源服务器和接收服务器建立连接，并向接收服务器请求认证。接收服务器回应，并分配认证会话ID。（2）源服务器向接收服务器发送认证密钥。（3）接收服务器与认证服务器建立连接。认证服务器同时为该认证会话分配一个验证会话ID。（4）接收服务器把源服务器提交来的密钥和验证会话ID 发送给认证服务器，请求验证。（5）认证服务器验证密钥，并给接收服务器返回认证结果。（6）接收服务器给源服务器返回认证结果。

　　3.3 加  密

　　虽然SASL提供了先进的认证机制，通信双方必须经过特定的授权认证才能进行正常通信，但是登录信息一般都是密码和用户名等重要信息，它们大多采用明文方式传送，因此很容易被窃听。为解决该问题，XMPP采用基于传输层安全协议的“STARTTLS”扩展来为通信双方提供机密性和数据完整性服务。TLS 协议包括两个协议组―― TLS 记录协议和 TLS 握手协议――每组具有很多不同格式的信息。TLS 记录协议是一种分层协议。每一层中的信息可能包含长度、描述和内容等字段。记录协议支持信息传输、将数据分段到可处理块、压缩数据、应用 MAC 、加密以及传输结果等。对接收到的数据进行解密、校验、解压缩、重组等，然后将它们传送到高层客户机。TLS 连接状态指的是TLS 记录协议的操作环境。它规定了压缩算法、加密算法和 MAC 算法。TLS 记录层从高层接收任意大小无空块的连续数据。密钥计算：记录协议通过算法从握手协议提供的安全参数中产生密钥、 IV 和 MAC 密钥。TLS 握手协议由三个子协议组构成，允许对等双方在记录层的安全参数上达成一致、自我认证、例示协商安全参数、互相报告出错条件。

　　TLS协议框架主要有2个层次的协议：TLS握手协议和TLS记录协议。TLS握手协议用来让服务器与客户在传输应用层数据之前交换TLS协议版本信息、协商加密算法、进行（相互）身份认证并交换密钥。TLS记录协议用来将应用层提供的信息进行分组、压缩、数据完整性检查和加密。数据完整性检查通过比较传输前后使用安全散列函数（如SHA和MD5 等）计算出来的数据的MAC值是否一致来完成。数据加密采用对称密码算法（如R4和DES等）。对数据进行完整性检查和加密的密钥由TLS握手协议来协商。

　　XMPP中采用的STARTTLS扩展处理流程如下（C：客户端，S：TLS服务器）：

　　（1）C、S之间建立XML流会话连接。

　　（2）S 向C 发送STARTTLS扩展服务需求及支持的其他认证机制列表，代码实例如下：

　　

　　

　　

　　

　　

　　DIGEST-MD5

　　PLAIN

　　

　　

　　（3）C发送STARTTLS命令给S。

　　（4）C、S中TLS握手协议开始协商相关加密算法及密钥。

　　（5）若TLS握手协议协商成功，则关闭当前XML流会话，C发起一个新的XML流会话，所有传送的信息均被TLS记录协议加密。TLS握手协议协商不成功则发出警告信息。

　　（6）S向C回复新XML流会话。

　　4  客户端程序设计中的关键问题

　　由于网络中已存在大量的XMPP服务器，在一般的应用开发中，只要设计自定功能的客户端程序即可，并可以选用Smack库来加速开发。

　　（1）创建一个XMPP连接。因为XMPP使用TCP协议，所以首先必须创建一个网络连接，XMPPConnection就是Smack库用来创建与XMPP服务器连接的类，创建一个XMPP连接的代码如下：

　　XMPPConnection connection=new XMPPConnection（″jab-

　　ber.org″）；

　　如要创建加密连接，可以使用SSLXMPPConnection类：

　　XMPPConnection connection=new SSLXMPPConnection（″jabber.org″）；

　　（2）登录。TCP连接创建后，需要使用用户名和密码登录到XMPP服务器，登录程序可以使用XMPPConnection.login（String username，String password）方法。登录后就可以和其他人聊天。

　　connection.login（″yb″，″password″）；//connection为已创建的XMPP连接，下同

　　connection.createChat（″[e-mail]″）。sendMessage

　　（″Hello!″）；

　　（3）操作名册。每个用户都包括：一个XMPP地址（如mailto:[e-mail]”）、名称或昵称（如″yb″），及其所属列表（如好友、同事等）。名册能够跟踪好友或某用户组是否在线及其状态信息，登录后，可以使用Roster类来取得好友或某用户组的状态，代码如下：

　　Roster roster=con.getRoster（ ）；

　　for （Iterator i=roster.getEntries（ ）；i.hasNext（ ）； ） {

　　System.out.println（i.next（ ））；}

　　名册信息通常是随时变化的，可能需要增加或删除。要监听名单及其在线状态的改变，可以使用RosterListener。

　　（4）发送和接收消息。发送接收消息可以使用Chat和GroupChat类。下面介绍如何使用Chat发送文本消息，GroupChat的使用方法类似。

　　Chat newChat=connection.createChat（″[e-mail]″）；//创建新Chat

　　newChat.sendMessage（″Hello!″）；//发送消息″Hello!″

　　利用Chat.sendMessage（ ）方法可以方便地创建一个消息对象，它的参数就是消息内容，执行后消息会发送出去。

　　Chat newChat=connection.createChat（″[e-mail]″）；

　　newMessage.setBody（″Hi， I′m waiting for you.″）；

　　while （true） {

　　Message message=newChat.nextMessage（ ）；//等待对方发送消息

　　newChat.sendMessage（message.getBody（））；//把对方

　　}//发送来的消息发回去

　　（5）修改状态。要修改状态可以用presence.Type.UNAV-ILABLE作为参数创建一个presence，状态将改变为不在线状态。

　　Presence presence=new Presence（Presence.Type.UNAVAILABLE）；

　　presence.setStatus（″Gone skating″）；

　　5  结束语

　　目前，全球有20万个即时通信平台支持XMPP，有1 000万人在使用。简单的接口、开放的协议、互联的架构、权威的标准再加上坚实的用户基础是XMPP的优势。