基于HarmonyOS的HTTPS请求过程开发示例(ArkTS) 原创

HarmonyOS开发者
发布于 2023-11-10 09:39
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介绍

本篇Codelab基于网络模块以及Webview实现一次HTTPS请求,并对其过程进行抓包分析。效果如图所示:

相关概念

● ​Webview:提供Web控制能力,Web组件提供网页显示能力。

● ​HTTP数据请求:网络管理模块,提供HTTP数据请求能力,支持GET、POST、OPTIONS、HEAD、PUT、DELETE、TRACE、CONNECT请求方法。

● HTTPS:应用层协议,支持加密传输以及身份认证,保证数据的安全传输。

● SSL:SSL(Secure Socket Layer)安全套接层是位于传输通信协议(TCP/IP)之上实现的一种安全协议。

● TLS:TLS(Transport Layer Security)是一种安全协议,旨在实现数据加密传输。

完整示例

gitee源码地址

源码下载

HTTPS请求过程(ArkTS).zip

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环境搭建

我们首先需要完成HarmonyOS开发环境搭建,可参照如下步骤进行。

软件要求

● ​DevEco Studio版本:DevEco Studio 3.1 Release。 

● ​HarmonyOS SDK版本:API version 9。

硬件要求

● 设备类型:华为手机或运行在DevEco Studio上的华为手机设备模拟器。

● HarmonyOS系统:3.1.0 Developer Release。

环境搭建

1.  安装DevEco Studio,详情请参考下载和安装软件

2.  设置DevEco Studio开发环境,DevEco Studio开发环境需要依赖于网络环境,需要连接上网络才能确保工具的正常使用,可以根据如下两种情况来配置开发环境:

● 如果可以直接访问Internet,只需进行下载HarmonyOS SDK操作。

● 如果网络不能直接访问Internet,需要通过代理服务器才可以访问,请参考配置开发环境

3.  开发者可以参考以下链接,完成设备调试的相关配置:

● ​使用真机进行调试

● ​使用模拟器进行调试

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代码结构解读

本篇Codelab只对核心代码进行讲解,对于完整代码,我们会在源码下载或gitee中提供。

├──entry/src/main/ets                // 代码区
│  ├──common
│  │  ├──constants
│  │  │  ├──StyleConstants.ets       // 样式常量类 
│  │  │  └──CommonConstants.ets      // 常量类
│  │  └──utils
│  │     ├──HttpUtil.ets             // 网络请求方法
│  │     └──Logger.ets               // 日志打印工具类
│  ├──entryability
│  │  └──EntryAbility.ts             // 程序入口类
│  └──pages
│     └──WebPage.ets                 // 页面入口
└──entry/src/main/resources          // 资源文件目录

创建HTTPS请求

HTTPS协议是位于应用层的一种安全传输协议,与HTTP最大的区别是服务端与客户端之间进行数据传输都会经过TLS/SSL加密。该示例请求HarmonyOS官网,并将请求得到的内容通过Web容器展示出来。效果如图所示:

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首先在HttpUtil.ets中调用createHttp方法创建一个请求任务,再通过request方法发起网络请求。该方法支持三个参数:url、options以及callback回调,其中options可以设置请求方法、请求头以及超时时间等。

// HttpUtil.ets
import http from '@ohos.net.http';
export default async function httpGet(url: string) {
  if (!url) {
    return undefined;
  }
  let request = http.createHttp();
  let options = {
    method: http.RequestMethod.GET,
    header: { 'Content-Type': 'application/json' },
    readTimeout: CommonConstant.READ_TIMEOUT,
    connectTimeout: CommonConstant.CONNECT_TIMEOUT
  } as http.HttpRequestOptions;
  let result = await request.request(url, options);
  return result;
}

接着在入口页面中调用上述封装的httpGet方法请求指定网址,将请求得到的内容嵌入到Web组件中。

// WebPage.ets
import http from '@ohos.net.http';
...
@Entry
@Component
struct WebPage {
  @State webVisibility: Visibility = Visibility.Hidden;
  ...
  build() {
    Column() {
      ...
    }
  }

  async onRequest() {
    if (this.webVisibility === Visibility.Hidden) {
      this.webVisibility = Visibility.Visible;
      try {
        let result = await httpGet(this.webSrc);
        if (result && result.responseCode === http.ResponseCode.OK) {
          this.controller.clearHistory();
          this.controller.loadUrl(this.webSrc);
        } 
      } catch (error) {
        promptAction.showToast({
          message: $r('app.string.http_response_error')
        })
      }
    } else {
      this.webVisibility = Visibility.Hidden;
    }
  }
}

分析模块源码可知,通过request方法建立请求后,模块底层首先会调用三方库libcurl中的curl_easy_init初始化一个简单会话。初始化完成后,接着调用curl_easy_setopt方法设置传输选项。其中CURLOPT_URL用于设置请求的URL地址,对应request中的url参数;CURLOPT_WRITEFUNCTION可以设置一个回调,保存接收的数据;CURLOPT_HEADERDATA支持设置回调,在回调中保存响应头数据。

// http_exec.cpp
bool HttpExec::RequestWithoutCache(RequestContext *context)
{
    if (!staticVariable_.initialized) {
        NETSTACK_LOGE("curl not init");
        return false;
    }
    auto handle = curl_easy_init();
    ...
    if (!SetOption(handle, context, context->GetCurlHeaderList())) {
        NETSTACK_LOGE("set option failed");
        return false;
    }
    ...
    return true;
}
...
bool HttpExec::SetOption(CURL *curl, RequestContext *context, struct curl_slist *requestHeader)
{
    const std::string &method = context->options.GetMethod();
    if (!MethodForGet(method) && !MethodForPost(method)) {
        NETSTACK_LOGE("method %{public}s not supported", method.c_str());
        return false;
    }
    if (context->options.GetMethod() == HttpConstant::HTTP_METHOD_HEAD) {
        NETSTACK_CURL_EASY_SET_OPTION(curl, CURLOPT_NOBODY, 1L, context);
    }
    // 设置请求URL
    NETSTACK_CURL_EASY_SET_OPTION(curl, CURLOPT_URL, context->options.GetUrl().c_str(), context);
    ...
    // 设置CURLOPT_WRITEFUNCTION传输选项,OnWritingMemoryBody为回调函数
    NETSTACK_CURL_EASY_SET_OPTION(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, OnWritingMemoryBody, context);
    NETSTACK_CURL_EASY_SET_OPTION(curl, CURLOPT_WRITEDATA, context, context);
    // 在OnWritingMemoryHeader写入响应头数据
    NETSTACK_CURL_EASY_SET_OPTION(curl, CURLOPT_HEADERFUNCTION, OnWritingMemoryHeader, context);
    NETSTACK_CURL_EASY_SET_OPTION(curl, CURLOPT_HEADERDATA, context, context);
    ...
    return true;
}
...
#define NETSTACK_CURL_EASY_SET_OPTION(handle, opt, data, asyncContext)                                   \
    do {            
        CURLcode result = curl_easy_setopt(handle, opt, data);                                           \
        if (result != CURLE_OK) {                                                                        \
            const char *err = curl_easy_strerror(result);                                                \
            NETSTACK_LOGE("Failed to set option: %{public}s, %{public}s %{public}d", #opt, err, result); \
            (asyncContext)->SetErrorCode(result);                                                        \
            return false;                                                                                \
        }                                                                                                \

传输选项设置成功后,调用curl_multi_perform执行传输请求,并通过curl_multi_info_read查询处理句柄是否有消息返回,最后进入HandleCurlData方法处理返回数据。

// http_exec.cpp
void HttpExec::SendRequest()
{
    ...
    do {
        ...
        auto ret = curl_multi_perform(staticVariable_.curlMulti, &runningHandle);
        ...
    } while (runningHandle > 0);
}
...
void HttpExec::ReadResponse()
{
    CURLMsg *msg = nullptr; /* NOLINT */
    do {
        ...
        msg = curl_multi_info_read(staticVariable_.curlMulti, &leftMsg);
        if (msg) {
            if (msg->msg == CURLMSG_DONE) {
                HandleCurlData(msg);
            }
        }
    } while (msg);
}

在HandleCurlData函数中调用ParseHeaders函数将上面回调写入的响应头解析出来,其中响应头中会携带客户端和服务端支持的最高网络协议,如果是HTTP/2表示支持HTTPS加密传输。

// http_exec.cpp
bool HttpExec::GetCurlDataFromHandle(CURL *handle, RequestContext *context, CURLMSG curlMsg, CURLcode result)
{
    ...
    context->response.ParseHeaders();
    return true;
}
// http_response.cpp
void HttpResponse::ParseHeaders()
{
    std::vector<std::string> vec = CommonUtils::Split(rawHeader_, HttpConstant::HTTP_LINE_SEPARATOR);
    for (const auto &header : vec) {
        if (CommonUtils::Strip(header).empty()) {
            continue;
        }
        auto index = header.find(HttpConstant::HTTP_HEADER_SEPARATOR);
        if (index == std::string::npos) {
            header_[CommonUtils::Strip(header)] = "";
            NETSTACK_LOGI("HEAD: %{public}s", CommonUtils::Strip(header).c_str());
            continue;
        }
        header_[CommonUtils::ToLower(CommonUtils::Strip(header.substr(0, index)))] =
            CommonUtils::Strip(header.substr(index + 1));
    }
}

将本篇Codelab中的网址协议头更改为http时,在DevEco Studio的日志中看到服务端会返回301状态码永久重定向到https,因此最终通信依旧会经历TLS加密传输。

模块源码可以在Gitee开源仓库communication_netstack中获取,本篇Codelab引用源码部分位于http_exec文件中。

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TLS/SSL握手过程

本章节主要通过抓包数据分析TLS协议的握手过程,其中包括交换参数、证书验证、密钥计算以及验证密钥等,抓包内容如图所示:

基于HarmonyOS的HTTPS请求过程开发示例(ArkTS)-鸿蒙开发者社区

握手过程如图所示:

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5.1 第一次握手

根据上图中可以看到,客户端首先会进行第一次握手连接,发送“Client Hello”消息给服务端开启一个新的会话连接。分析数据包得到,客户端在第一次握手时会向服务端传递协议版本号(TLS1.2)、随机数(Client Random,用于后续生成“会话密钥”)、Session ID以及Cipher Suites(客户端支持的密码套件)。数据内容如图所示:

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5.2 第二次握手

服务端接收到客户端数据后,将响应数据通过“Sever Hello”传递给客户端,包括随机数(Sever Random,用于后续生成“会话密钥”)、协议版本号(TLS1.2)以及Cipher Suite(任意选择一个客户端支持的密码套件),数据内容如图所示:

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服务端传递“Sever Hello”后,紧跟着会将Certificate(证书)、“Sever Key Exchange”消息以及“Server Hello Done”消息传递给客户端。此处着重分析“Sever Key Exchange”,数据内容如图所示:

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5.3 第三次握手

客户端收到“Server Hello Done”消息后,会将Client Params数据传递给服务端,其中包含自身生成的椭圆曲线公钥(Pubkey),数据内容如图所示:

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经过上述过程,客户端持有Client Random、Server Random以及Server Params,将Server Params使用服务端公钥解密后得到“Server Key Exchange”消息中的临时公钥,客户端使用x25519算法计算出预主密钥(Premaster Secret),然后再结合客户端随机数、服务端随机数以及预主密钥生成主密钥,最终构建“会话密钥”。“Change Cipher Spec”消息表示客户端已经生成密钥,并切换到加密模式。最后将之前所有的握手数据做一个摘要,再利用双方协商好的对称密钥进行加密, 通过“Encrypted Handshake Message”消息将加密数据传递给服务端做校验。数据内容如图所示:

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5.4 第四次握手

服务端利用Client Random、Server Random以及Client Params计算得出“会话密钥”,向客户端传递“Change Cipher Spec”和“Encrypted Handshake Message”消息供客户端校验。当双方校验通过后,真正的数据才开始传输。

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总结

您已经完成了本次Codelab的学习,并了解到以下知识点:

1.  使用@ohos.net.http建立一次https请求。

2.  通过分析TLS/SSL握手过程中的传输数据包来理解数据安全传输。

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