OpenHarmony解读之设备认证：pake协议-客户端发起end请求

一、概述

在前面的文中，客户端首先发起start请求，然后服务端进行响应，本文将介绍客户端收到来自服务端的响应（response）消息的处理过程以及客户端针对该响应发起end请求的过程。

二、源码分析

这一模块的源码位于：/base/security/deviceauth。

1. 首先解析该response消息，调用parse_pake_response函数实现：

/*
函数功能：解析pake服务端响应消息
函数参数：
    payload：消息负载
    data_type：数据类型
函数返回值：
    成功：返回存放解析完成后的数据结构pake_start_response_data
    失败：NULL
*/
void *parse_pake_response(const char *payload, enum json_object_data_type data_type)
{
    struct pake_start_response_data *pake_response =
        (struct pake_start_response_data *)MALLOC(sizeof(struct pake_start_response_data));//为"响应消息"内容申请空间
    if (pake_response == NULL) {
        return NULL;
    }
    (void)memset_s(pake_response, sizeof(*pake_response), 0, sizeof(*pake_response));//清空该空间
    json_pobject obj = parse_payload(payload, data_type);//解析消息负载部分，将json格式的字符串数据解析成cjson结构体对象
    if (obj == NULL) {
        LOGE("Parse Pake Response parse payload failed");
        goto error;
    }
    /* challenge */
    int32_t result = byte_convert(obj, FIELD_CHALLENGE, pake_response->challenge.challenge,
                                  &pake_response->challenge.length, CHALLENGE_BUFF_LENGTH);//获取挑战值，字节转换函数，将十六进制字符串转换为byte数组
    if (result != HC_OK) {
        LOGE("Parse Pake Response failed, field is null in challenge");
        goto error;
    }
    /* salt */
    result = byte_convert(obj, FIELD_SALT, pake_response->salt.salt,
                          (uint32_t *)&pake_response->salt.length, HC_SALT_BUFF_LEN);//获取salt值，字节转换函数，将十六进制字符串转换为byte数组
    if (result != HC_OK) {
        LOGE("Parse Pake Response failed, field is null in salt");
        goto error;
    }
    /* epk */
    result = byte_convert(obj, FIELD_EPK, pake_response->epk.epk,
                          &pake_response->epk.length, PAKE_EPK_LENGTH);//获取epk值，字节转换函数，将十六进制字符串转换为byte数组
    if (result != HC_OK) {
        LOGE("Parse Pake Response failed, field is null in epk");
        goto error;
    }
    /* version */
    json_pobject obj_ver = get_json_obj(obj, FIELD_VERSION);//获取版本号
    bool ret = parse_version(obj_ver, &pake_response->self_version, &pake_response->self_support_version);//解析版本号
    if (!ret) {
        LOGE("Parse Pake Response failed, field is null in version");
        goto error;
    }
    free_payload(obj, data_type);
    return (void *)pake_response;//返回解析完成的消息数据
error:
    free_payload(obj, data_type);
    FREE(pake_response);
    return NULL;
}
/*
函数功能：如果消息负载为json格式的字符串，则将json格式的数据解析成cjson结构体对象；如果消息负载为cjson结构体对象类型，则返回原内容；否则返回NULL
函数参数：
    payload：消息负载地址
    data_type：数据类型：只有JSON_STRING_DATA和JSON_OBJECT_DATA
*/
void *parse_payload(const char *payload, enum json_object_data_type data_type)
{
    if (data_type == JSON_STRING_DATA) {//如果json对象类型为：json格式的字符串
        return parse_json(payload);//将json格式的数据解析成cjson结构体对象
    } else if (data_type == JSON_OBJECT_DATA) {//如果json对象类型为：cjson结构体对象
        return (void *)payload;//直接返回原内容
    } else {
        return NULL;//如果都不是，返回NULL
    }
}
/*
函数功能：字节转换函数，将十六进制字符串转换为byte数组
函数参数：
    obj：cjson结构体对象
    field：目标字段
    hex：目标数组地址
    length：数组长度
    max_len：最大长度
函数返回值：
    成功：0
    失败：error number
*/
int32_t byte_convert(json_pobject obj, const char *field, uint8_t *hex, uint32_t *length, uint32_t max_len)
{
    const char *str_json = get_json_string(obj, field);//获取field对象的字符串值
    if (str_json == NULL) {
        return HC_INPUT_ERROR;
    }
    uint32_t len = strlen(str_json);//获取字符串长度
    if ((len / BYTE_TO_HEX_OPER_LENGTH) > max_len) {
        return HC_INPUT_ERROR;
    }
    if (hex_string_to_byte(str_json, len, hex) != HC_OK) {//将十六进制字符串转换为byte数组
        return HC_INPUT_ERROR;
    }
    *length = len / BYTE_TO_HEX_OPER_LENGTH;//byte数组长度
    return HC_OK;
}

2. 接着进入消息处理阶段，根据相关消息字段，应调用proc_pake_response_message函数进行处理。

/*
函数功能：处理pake响应消息
函数参数：
    handle：hichain实例
    nav：导航消息，消息头格式
    receive：接收的消息
    send：待发送消息
函数返回值：
    成功：0
    失败：error num
*/
static int32_t proc_pake_response_message(struct hichain *handle, struct header_analysis *nav,
    struct message *receive, struct message *send)
#if !(defined(_CUT_PAKE_) || defined(_CUT_PAKE_CLIENT_))
{
    DBG_OUT("Object %u proc pake %d response message", pake_client_sn(handle->pake_client), nav->msg_type);
    int32_t ret;
    if (nav->msg_type == PAKE_START_MSG) {//根据消息类型进行不同的处理
        ret = send_pake_end_request(handle->pake_client, receive, send);//准备发送pake end请求，客户端根据该响应消息准备回复数据
    } else if (nav->msg_type == PAKE_END_MSG) {
        ret = receive_pake_end_response(handle->pake_client, receive);//接收pake end响应
        if (ret == HC_OK) {
            handle->cb.set_session_key(&handle->identity, &handle->pake_client->service_key);//设置会话密钥为service_key
            (void)memset_s(handle->pake_client->service_key.session_key, HC_SESSION_KEY_LEN, 0, HC_SESSION_KEY_LEN);
        }
    } else {
        return HC_UNKNOW_MESSAGE;
    }
    return ret;
}

3. 根据消息类型，接下来执行send_pake_end_request函数，准备发送pake end请求。

/*
函数功能：准备发送pake end请求，客户端根据该响应消息准备回复数据
函数参数：
    pake_client：pake客户端对象
    receive：接收到的消息
    send：待发送消息地址
函数返回值：
    成功：0
    失败：error num
*/
int32_t send_pake_end_request(struct pake_client *pake_client, const struct message *receive, struct message *send)
{
    check_ptr_return_val(pake_client, HC_INPUT_ERROR);//检查参数有效性
    check_ptr_return_val(receive, HC_INPUT_ERROR);
    check_ptr_return_val(send, HC_INPUT_ERROR);
    DBG_OUT("Receive pake start response message object %u success", pake_client_sn(pake_client));
    struct pake_start_response_data *receive_data = (struct pake_start_response_data *)receive->payload;//用pake_start_response_data结构接收响应消息数据
    struct pake_end_request_data *send_data =
        (struct pake_end_request_data *)MALLOC(sizeof(struct pake_end_request_data));//为待发送数据申请空间，to 服务端
    if (send_data == NULL) {
        LOGE("Malloc struct pake_end_request_data failed");
        return HC_MALLOC_FAILED;
    }
    (void)memset_s(send_data, sizeof(*send_data), 0, sizeof(*send_data));//清空该空间
    int32_t ret = send_end_request(pake_client, receive_data, send_data);//根据收到的响应消息准备待发送的end请求数据，保存在send_data中
    if (ret != HC_OK) {//准备end请求失败
        LOGE("Called send_end_request failed, error code is %d", ret);
        FREE(send_data);
        send->msg_code = INFORM_MESSAGE;
    } else {//准备end请求成功
        DBG_OUT("Called send_end_request success");
        send->msg_code = PAKE_CLIENT_CONFIRM;//置消息码为PAKE_CLIENT_CONFIRM
        send->payload = send_data;//赋值消息负载
    }
    return ret;
}

4. send_end_request函数，准备待发送的end请求数据。

/*
函数功能：准备待发送的end请求数据
函数参数：
    handle：句柄，可用相关结构体获取
    receive_data：接收到的消息数据
    send_data：待发送数据地址
函数返回值：
    成功：0
    失败：error num
*/
int32_t send_end_request(void *handle, void *receive_data, void *send_data)
{
    check_ptr_return_val(handle, HC_INPUT_ERROR);//检查参数有效性
    check_ptr_return_val(receive_data, HC_INPUT_ERROR);
    check_ptr_return_val(send_data, HC_INPUT_ERROR);
    struct key_agreement_client *client = (struct key_agreement_client *)handle;//用密钥协商客户端接收该对象
    struct key_agreement_protocol *base = &client->protocol_base_info;//定义密钥协商协议基础信息
    DBG_OUT("Object %u begin receive start response data and send end request data", base->sn);
    if (is_state_error(client, SEND_END_REQUEST)) {//判断协议状态和协议动作是否对应错误
        LOGE("Object %u state error", base->sn);
        return PROTOCOL_STATE_ERROR;
    }
    struct client_virtual_func_group *funcs = &client->package_funcs;//客户端虚函数组，定义打包函数
    int32_t ret = funcs->parse_start_response_data(handle, receive_data);//解析start响应数据
    if (ret != HC_OK) {
        set_state(base, PROTOCOL_ERROR);
        LOGE("Object %u parse start response data failed, error code is %d", base->sn, ret);
        return ret;
    }
    ret = funcs->build_end_request_data(handle, send_data);//构造end请求数据保存在send_data中
    if (ret != HC_OK) {
        set_state(base, PROTOCOL_ERROR);
        LOGE("Object %u build end request data failed, error code is %d", base->sn, ret);
        return ret;
    }
    set_state(base, END_REQUEST);//设置协议状态为END_REQUEST
    set_last_time_sec(base);//设置上一次的时间
    DBG_OUT("Object %u receive start response data and send end request data success", base->sn);
    return HC_OK;
}

5. parse_start_response_data函数，解析start响应数据。

/*
函数功能：解析start响应数据
函数参数：
    handle：pake客户端对象
    data：服务端回复的响应数据
函数返回值：
    成功：返回0
    失败：返回error num
*/
static int32_t parse_start_response_data(void *handle, void *data)
{
    struct pake_client *pake_client = (struct pake_client *)handle;
    struct pake_start_response_data *receive = (struct pake_start_response_data *)data;
    if (!is_peer_support_current_version(&receive->self_version, &receive->self_support_version)) {//检查对端是否支持当前版本
        LOGE("Unsupport version received");
        return HC_VERSION_UNSUPPORT;
    }
    pake_client->salt = receive->salt;//保存salt值
    pake_client->peer_epk = receive->epk;//保存对端epk值
    pake_client->peer_challenge = receive->challenge;//保存对端的挑战值
    struct hkdf secret = { 0, {0} };//hkdf派生密钥
    int32_t ret = compute_hkdf((struct var_buffer *)&pake_client->pin, &pake_client->salt,
                               HICHAIN_SPEKE_BASE_INFO, HC_HKDF_SECRET_LEN,
                               (struct var_buffer *)&secret);//基于HKDF算法的密钥派生函数，根据密钥派生种子和salt值计算出派生密钥保存在secret中
    if (ret != HC_OK) {
        LOGE("Object %u generate hkdf failed, error code is %d", pake_client_sn(pake_client), ret);
        return ret;
    }
    uint32_t esk_len = 0;
    uint32_t prime_len = 0;
    ret = gen_esk_prime_len(pake_client, receive, &esk_len, &prime_len);//产生esk素数长度
    if (ret != HC_OK) {
        return ret;
    }
    if (pake_client->client_info.protocol_base_info.state == START_REQUEST) {
        struct random_value rand = generate_random(esk_len);//生成随机数
        if (rand.length == 0) {
            LOGE("Generate random value failed");
            return HC_GEN_RANDOM_FAILED;
        }
        pake_client->self_esk = *(struct esk *)&rand;//将生成的随机数作为本端esk
    }
    struct exponent exp = {.length = 1};
    exp.exp[0] = 2; /* square */
    struct epk base = { 0, {0} };
    ret = cal_bignum_exp((struct var_buffer *)&secret, (struct var_buffer *)&exp,
                         prime_len, (struct big_num *)&base);//计算大素数指数输出到base中
    if (ret != HC_OK) {
        return HC_CAL_BIGNUM_EXP_FAILED;
    }
    struct epk self_epk = { 0, {0} };
    ret = cal_bignum_exp((struct var_buffer *)&base, (struct var_buffer *)&pake_client->self_esk,
                         prime_len, (struct big_num *)&self_epk);//再次计算大素数指数作为本端临时公钥self_epk
    if (ret != HC_OK) {
        return HC_CAL_BIGNUM_EXP_FAILED;
    }
    pake_client->self_epk = self_epk;//赋值本端epk
    return HC_OK;
}

6. build_end_request_data函数，构造end请求数据。

/*
函数功能：构造end请求数据
函数参数：
    handle：pake客户端对象
    data：待发送数据地址
函数返回值：
    成功：0
    失败：error num
*/
static int32_t build_end_request_data(void *handle, void *data)
{
    struct pake_client *pake_client = (struct pake_client *)handle;//接收pake客户端对象
    struct pake_end_request_data *send = (struct pake_end_request_data *)data;//接收之前准备的待发送数据
    int32_t ret = generate_session_key(pake_client, &pake_client->peer_epk);//根据对端epk生成会话密钥保存到pake客户端对象中
    if (ret != HC_OK) {
        LOGE("Object %u generate session key failed", pake_client_sn(pake_client));
        return ret;
    }
    struct challenge challenge = { 0, {0} };//定义challenge
    struct random_value rand = generate_random(CHALLENGE_BUFF_LENGTH);//生成challenge长度的随机数
    if (rand.length == CHALLENGE_BUFF_LENGTH) {
        DBG_OUT("Generate challenge success");
        challenge.length = rand.length;
        if (memcpy_s(challenge.challenge, sizeof(challenge.challenge), rand.random_value,
            CHALLENGE_BUFF_LENGTH) != EOK) {//将产生的随机数作为challenge值
            return memory_copy_error(__func__, __LINE__);
        }
    } else {
        LOGE("Generate challenge failed.");
    }
    pake_client->self_challenge = challenge;//将产生的challenge值作为本端challenge值
    pake_client->kcf_data = generate_proof(pake_client);//根据hmac密钥和双端challenge值生成一个HMAC值proof赋给kcf_data
    send->challenge = challenge;//将本段challenge值作为发送数据
    send->epk = pake_client->self_epk;//封装本端epk在待发送数据中
    send->kcf_data = pake_client->kcf_data;//封装本端kcf_data在待发送数据中
    return HC_OK;
}

DD一下： 欢迎大家关注公众号<程序猿百晓生>，可以了解到以下知识点。

`欢迎大家关注公众号<程序猿百晓生>，可以了解到以下知识点。`
1.OpenHarmony开发基础
2.OpenHarmony北向开发环境搭建
3.鸿蒙南向开发环境的搭建
4.鸿蒙生态应用开发白皮书V2.0 & V3.0
5.鸿蒙开发面试真题（含参考答案） 
6.TypeScript入门学习手册
7.OpenHarmony 经典面试题(含参考答案)
8.OpenHarmony设备开发入门【最新版】
9.沉浸式剖析OpenHarmony源代码
10.系统定制指南
11.【OpenHarmony】Uboot 驱动加载流程
12.OpenHarmony构建系统--GN与子系统、部件、模块详解
13.ohos开机init启动流程
14.鸿蒙版性能优化指南
.......

7. generate_proof函数，客户端生成认证证据保存在kcf_data中，发送给服务端。

/*
函数功能：根据hmac密钥和双端challenge值生成一个HMAC值proof（客户端）
函数参数：
    pake_client：pake客户端对象
函数返回值：
    返回生成的proof值
*/
static struct hmac generate_proof(struct pake_client *pake_client)
{
    struct hmac proof = { 0, {0} };//证据/证明
    struct uint8_buff challenge = {//定义一个challenge buf存放本端challenge值和对端challenge值
        .val = NULL,
        .length = 0,
        .size = CHALLENGE_BUFF_LENGTH + CHALLENGE_BUFF_LENGTH
    };
    challenge.val = (uint8_t *)MALLOC(challenge.size);//申请空间
    if (challenge.val == NULL) {
        LOGE("Object %u MALLOC generate proof buffer failed.", pake_client_sn(pake_client));
        return proof;
    }
    (void)memset_s(challenge.val, challenge.size, 0, challenge.size);//清空该空间
    (void)memcpy_s(challenge.val, challenge.size, pake_client->self_challenge.challenge, CHALLENGE_BUFF_LENGTH);//将本端challenge值拷贝到该challenge buf中
    challenge.length = CHALLENGE_BUFF_LENGTH;//赋值challenge长度
    (void)memcpy_s(challenge.val + challenge.length, challenge.size - challenge.length,
                   pake_client->peer_challenge.challenge, CHALLENGE_BUFF_LENGTH);//将对端challenge值拷贝到该challenge buf中
    challenge.length += CHALLENGE_BUFF_LENGTH;//加上challenge长度
    //challenge缓冲区中的顺序为：{客户端challenge，服务端challenge}
    int32_t ret = compute_hmac((struct var_buffer *)&pake_client->hmac_key, &challenge, &proof);//根据hmac密钥和双端challenge值计算HMAC值保存在proof中
    FREE(challenge.val);
    if (ret != HC_OK) {
        LOGE("Object %u generate proof hmac failed, error code is %d.", pake_client_sn(pake_client), ret);
        proof.length = 0;
    }
    DBG_OUT("Object %u generate proof success", pake_client_sn(pake_client));
    return proof;//返回proof
}

8. 准备完待发送数据之后，调用函数make_pake_client_confirm构造json格式的pake客户端confirm消息，向服务端发起end请求。

/*
函数功能：构造json格式的pake客户端confirm消息
函数参数：
    data：待发送数据
函数返回值：
    返回封装好的json数据
{
    "message":0x0002,                           //消息码：PAKE_CLIENT_CONFIRM
    "payload":
    {
        "kcfData":"十六进制格式的字符串",         //kcfData,用于身份认证
        "challenge":"十六进制格式的字符串",       //基于"挑战/响应"方式的挑战值，是一个随机值
        "epk":"十六进制格式的字符串"              //临时公钥，也是一个随机值
    }
}
*/
char *make_pake_client_confirm(void *data)
{
    struct pake_end_request_data *pake_client_confirm = data;
    /* kcfData */
    uint8_t *tmp_kcf_data_hex = raw_byte_to_hex_string(pake_client_confirm->kcf_data.hmac,
                                                       pake_client_confirm->kcf_data.length);//将kcfData转换为十六进制格式的字符串
    if (tmp_kcf_data_hex == NULL) {
        return NULL;
    }
    /* challenge */
    uint8_t *tmp_cha_data_hex = raw_byte_to_hex_string(pake_client_confirm->challenge.challenge,
                                                       pake_client_confirm->challenge.length);//将challenge转换为十六进制格式的字符串
    if (tmp_cha_data_hex == NULL) {
        FREE(tmp_kcf_data_hex);
        return NULL;
    }
    /* epk */
    uint8_t *tmp_epk_data_hex = raw_byte_to_hex_string(pake_client_confirm->epk.epk,
                                                       pake_client_confirm->epk.length);//将epk转换为十六进制格式的字符串
    if (tmp_epk_data_hex == NULL) {
        FREE(tmp_kcf_data_hex);
        FREE(tmp_cha_data_hex);
        return NULL;
    }
    char *ret_str = (char *)MALLOC(RET_STR_LENGTH);//申请回复字符串存储空间
    if (ret_str == NULL) {
        FREE(tmp_kcf_data_hex);
        FREE(tmp_cha_data_hex);
        FREE(tmp_epk_data_hex);
        return NULL;
    }
    (void)memset_s(ret_str, RET_STR_LENGTH, 0, RET_STR_LENGTH);//清空该空间
    if (snprintf_s(ret_str, RET_STR_LENGTH, RET_STR_LENGTH - 1,
        "{\"%s\":%d,\"%s\":{\"%s\":\"%s\", \"%s\":\"%s\", \"%s\":\"%s\"}}", FIELD_MESSAGE,
        PAKE_CLIENT_CONFIRM, FIELD_PAYLOAD, FIELD_KCF_DATA, tmp_kcf_data_hex, FIELD_CHALLENGE,
        tmp_cha_data_hex, FIELD_EPK, (char *)tmp_epk_data_hex) < 0) {
        LOGE("String generate failed");
        FREE(ret_str);
        ret_str = NULL;
    }//构造构造json格式的pake客户端confirm消息
    FREE(tmp_kcf_data_hex);
    FREE(tmp_cha_data_hex);
    FREE(tmp_epk_data_hex);
    return ret_str;
}

三、小结

至此，客户端发起end请求过程结束，经过分析，客户端发送的confirm消息格式如下：

{
    "message":0x0002,                           //消息码：PAKE_CLIENT_CONFIRM
    "payload":
    {
        "kcfData":"十六进制格式的字符串",         //kcfData,用于身份认证，根据hmac密钥和双端challenge值生成的HMAC值
        "challenge":"十六进制格式的字符串",       //基于"挑战/响应"方式的挑战值，是一个随机值
        "epk":"十六进制格式的字符串"              //临时公钥，也是一个随机值
    }
}

在这一个过程中，客户端根据服务端的epk、客户端esk、salt、双端challenge值利用HKDF、HMAC等算法生成一个认证证据proof存在kcfData字段中，然后连同客户端生成的challenge和epk封装成confirm消息发送给服务端。