MINA通信入门(七)-通信中的安全传输

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MINA通信入门(七)-通信中的安全传输

1. 通信中的安全传输是什么

通信中的安全传输是指在数据从源端传输到目的端的过程中, 保护数据的机密性、完整性和真实性。它确保数据在传输过程中不被未经授权的第三方窃听、篡改或伪造。

在电表与主站的通信中,安全传输尤为重要。电表传输的数据可能包含敏感的用户信息和计量数据,如果这些数据在传输过程中被窃取或篡改,可能会导致严重的隐私泄露和经济损失。

大致的流程如下：

通信中的安全传输

2. 为什么要安全传输

安全传输的主要目的是保护通信双方的数据安全和隐私。列下一些常见的原因:

防止数据泄露。安全传输可以防止敏感数据在传输过程中被未经授权的第三方窃听或拦截。
确保数据完整性。安全传输可以检测并防止数据在传输过程中被篡改或损坏,确保接收到的数据与发送的数据一致。
验证数据来源。安全传输可以验证数据的来源,确保数据确实来自合法的发送方,防止伪造和欺骗。
符合法规要求。像海外的电力公司对数据安全和隐私保护有一定的法规要求, 如果软件中没有实现安全传输的话是过不了验收的。

3. 怎么实现通信的安全传输

实现通信的安全传输通常涉及以下几个方面:

加密: 使用加密算法对传输的数据进行加密,使得即使数据被拦截,也无法被解密和读取。常见的加密算法包括对称加密 (如AES) 和非对称加密 (如RSA)。
消息完整性校验: 使用数字签名或消息认证码(MAC)等技术,验证数据在传输过程中是否被篡改。接收方可以检查数据的完整性,确保数据没有被修改。
身份验证: 使用数字证书、共享密钥等方式,验证通信双方的身份,确保数据来自合法的发送方,防止伪造和欺骗。
安全协议: 使用安全通信协议,如 SSL/TLS ,在传输层提供加密、完整性验证和身份验证等安全功能,保护通信的安全。

这里有个概念需要区分下，加密跟校验是两个不同的东西。比如 AES 以及RSA 等是起到加密的作用， MAC 或者 MD5 是计算出一个值来校验消息是否被篡改，是为了做完整性校验。

我一开始也是分不清加密跟校验，老是将 MD5 之类的摘要算法也理解成加密。

4. Mina 中实现安全传输

还是电表通信常见举例。在电表通信中,我们通常需要对敏感数据进行加密,以防止数据在传输过程中被窃取或篡改。Mina提供了 SSLFilter 类,可以方便地实现基于SSL/TLS的安全通信。

4.1 服务端配置

4.1.1 创建 SslContext 对象

要使用 SSLFilter ,我们需要先创建一个SslContext对象,用于配置SSL/TLS的参数,如协议版本、加密算法、密钥等。例如:

SslContext sslContext = SslContextBuilder.forServer(new File("server.crt"), new File("server.key"))
        .sslProvider(SslProvider.JDK)
        .protocols("TLSv1.2")
        .ciphers(Arrays.asList("TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256"))
        .build();

在上面的代码中,我们使用SslContextBuilder来创建一个服务端的SslContext,并指定了服务端证书server.crt和私钥server.key。我们还设置了SSL/TLS的提供者为JDK,协议版本为TLSv1.2,加密算法为TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256。

4.1.2 创建 SSLFilter 对象

有了SslContext后,我们就可以创建SSLFilter对象,并将其添加到IoFilterChain中:

SslFilter sslFilter = new SslFilter(sslContext);
acceptor.getFilterChain().addLast("ssl", sslFilter);

这样,当客户端连接到服务器时,就会自动进行SSL/TLS握手,并建立安全的加密连接。

4.2 电表端配置

4.2.1 创建 SslContext 对象

在电表端,我们也需要创建一个SslContext,并配置客户端证书和信任的服务端证书。例如:

SslContext sslContext = SslContextBuilder.forClient()
        .sslProvider(SslProvider.JDK)
        .protocols("TLSv1.2")
        .ciphers(Arrays.asList("TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256"))
        .keyManager(new File("client.crt"), new File("client.key"))
        .trustManager(new File("server.crt"))
        .build();

在上面的代码中,我们使用 SslContextBuilder 来创建一个客户端的 SslContext ,并指定了客户端证书 client.crt 和私钥 client.key ,以及信任的服务端证书 server.crt。

4.2.2 创建 SSLFilter 对象

有了客户端的 SslContext 后,我们就可以创建 SSLFilter 对象,并将其添加到 IoFilterChain 中:

SslFilter sslFilter = new SslFilter(sslContext);
connector.getFilterChain().addLast("ssl", sslFilter);

这样,当电表连接到服务器时,就会自动进行SSL/TLS握手,并建立安全的加密连接。

4.3 服务端证书配置与电表端证书校验

在使用SSL/TLS进行安全通信时,服务端需要配置证书,用于向客户端证明自己的身份。而客户端需要验证服务端证书的有效性,以防止中间人攻击。

服务端证书的配置比较简单,只需要将证书文件和私钥文件传递给SslContextBuilder即可,如前面示例中的:

SslContext sslContext = SslContextBuilder.forServer(new File("server.crt"), new File("server.key"))
        .build();

服务端证书可以自签名,也可以由权威的CA机构签发。自签名证书的配置比较简单,但是安全性较低,适合于内部测试环境。CA签发的证书安全性更高,但是需要购买和申请,适合于生产环境。

在电表端,我们需要验证服务端证书的有效性,以确保连接的服务器是可信的。验证证书的方法有很多种,如检查证书的颁发者、有效期、吊销状态等。Mina的SSLFilter提供了一个setTrustManagerFactory方法,可以方便地配置证书验证的逻辑。例如:

TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory.getInstance("X509");
tmf.init(loadKeyStore("trustStore.jks"));
sslFilter.setTrustManagerFactory(tmf);

在上面的代码中：

首先创建了一个 TrustManagerFactory ,用于管理受信任的证书。
然后从 trustStore.jks 文件中加载了信任的证书,并将其初始化给 TrustManagerFactory。
最后将 TrustManagerFactory 设置给 SSLFilter ,这样在SSL/TLS握手时,就会自动使用该 TrustManagerFactory 来验证服务端证书。

如果服务端证书未通过验证, Mina 就会抛出一个 SSLException ,我们可以捕获该异常,并进行相应的处理,如关闭连接、重试等。比如我们开发环境就碰到了证书到期了，然后导致 Mina 一直抛出 SSLException 的问题。

5. 总结

在电表与服务端的通信中,安全传输是非常重要的。它确保了数据的机密性、完整性。

Mina框架提供了多种方式来实现安全传输,包括 SSL/TLS 支持、自定义加密过滤器、自定义协议编解码器和使用安全的传输层协议等。通过合理地使用这些方法,可以有效地保护电表与服务端之间的通信安全。不过也需要需要考虑安全措施的性能开销，找到安全性和效率的最佳平衡点，毕竟加解密有时候也会降低系统性能。