什么是OpenSSL BIO？它们如何工作？OpenSSL中如何使用BIO？

Question

我需要有关OpenSSL BIO的一些常规信息。对它的某种介绍。什么是OpenSSL BIO？它的总体思路是什么？我知道这是某种用于输入/输出的API。但是，例如，它与stdio或套接字API有何不同？

我知道有源，接收和过滤BIO。什么是过滤器BIO？什么是源BIO？什么是接收器BIO？

据说，过滤器BIO用于处理数据。如何使用过滤器BIO处理数据？我如何通过它运行数据？我是否必须使用该BIO_write功能将数据馈送到过滤器BIO并使用该功能获取已处理的数据BIO_read？

为什么在OpenSSL中根本需要BIO？使用OpenSSL编程时如何使用它们？有什么例子吗？

OpenSSL提供哪些BIO？您能否提供一些BIO的例子并说明它们之间的区别？

Answer 1

什么是OpenSSL BIO？

OpenSSL BIO是提供输入/输出相关功能的API。

它的总体思路是什么？它与stdio API或套接字API有何不同？

第一个想法是，它不是用于某些特定类型的IO（例如，用于文件或用于网络）的API。它是用于各种类型的能够进行输入/输出操作的实体的通用API。它类似于具有纯虚函数的C ++抽象类。您仅使用单个接口，但是行为因所使用的特定BIO对象而异。例如，它可以是套接字对象或文件对象。如果将此BIO_write函数与套接字对象一起使用，则数据将通过网络发送。如果将此BIO_write功能与文件对象一起使用，则数据将被写入文件。

OpenSSL BIO API背后的第二个想法是BIO对象可以堆叠在一起成为单个线性链。它允许在将数据发送到最终输出（接收器）之前或从初始输入（源）读取数据之后，通过不同的过滤器处理数据。过滤器也是BIO对象。

什么是过滤器BIO？什么是源BIO？什么是接收器BIO？

OpenSSL筛选器BIO是获取数据，处理数据并将其传递给另一个BIO的BIO。

OpenSSL源BIO是一种BIO，它不会从另一个BIO接收数据，而是从其他地方（从文件，网络等）获取数据。

OpenSSL接收器BIO是不会将数据传递到另一个BIO而是将其传输到其他地方（文件，网络等）的BIO。

关于源和接收BIO，没有特定的源BIO，也没有特定的接收BIO，只有“源-接收” BIO。作为源BIO的BIO也是宿BIO。例如，套接字BIO同时是源BIO和宿BIO。将数据写入套接字BIO时，该BIO充当接收器。从套接字BIO读取数据时，BIO会作为源。源宿BIO始终是BIO链的终结部​​分。这不同于通常的数据处理管道，在常规数据处理管道中，源是管道的开始，而接收器是管道的结束。

如何通过过滤器BIO运行数据？我是否必须使用该BIO_write功能将数据馈送到过滤器BIO并使用该功能获取已处理的数据BIO_read？

如果使用该BIO_write函数将数据放入过滤器，则仅BIO_read通过在BIO上调用该函数就无法获取处理后的数据。筛选器BIO的工作方式不同。过滤器BIO可以避免将处理后的数据存储在缓冲器中。它可能只使用输入数据，对其进行处理，然后立即BIO_write使用与将数据放入BIO 相同的功能将其传递到链中的下一个BIO。接下来，下一个BIO可能会在处理后将数据写入链中的下一个BIO。如果某些BIO将数据存储在其内部缓冲区中（如果它没有足够的数据来生成下一个BIO的输出），或者如果数据到达接收器，则该过程将停止。

如果您只需要通过过滤器BIO运行数据，而无需通过网络发送数据或将其写入文件，则可以将过滤器BIO附加到OpenSSL内存BIO（即，建立以下链：）filter bio <-> memory bio。内存BIO是源－接收器BIO，但它不会将数据发送到任何地方，而只是将数据存储在内存缓冲区中。将数据写入过滤器BIO之后，数据将被写入存储器BIO，并将其存储在存储器缓冲区中。内存BIO具有特殊的接口，可以直接从缓冲区获取数据（尽管您可以BIO_read用来获取写入内存BIO的数据，请参见下文）。

从过滤器BIO读取的工作方式相反。如果您请求从过滤器BIO读取数据，则过滤器BIO可能又请求从链中的下一个BIO读取数据。如果某个BIO具有足够的缓冲数据要返回，或者该过程到达了源BIO，则该过程停止。一次调用BIO_read过滤器BIO上的函数可能会导致多次调用BIO_read过滤器BIO内的函数，以从下一个BIO获取数据。过滤器BIO将继续调用，BIO_read直到获得足够的数据以生成处理结果为止。

如果链的源宿BIO以非阻塞模式工作，则情况会更加复杂。例如，使用非阻塞套接字或使用内存BIO（内存BIO本质上是非阻塞的）。

还应注意，与写入该BIO时进行的处理相比，从过滤器BIO进行读取确实会逆转数据处理。例如，如果您使用密码BIO，则对BIO进行写入将对写入的数据进行加密，但是从该BIO进行读取将对输入数据进行解密。这样可以建立这样的链：your code <-> cipher BIO <-> socket BIO。您将未加密的数据写入密码BIO，该密码对其进行加密并将其发送到套接字。当您从密码BIO读取数据时，它首先会从套接字获取加密的数据，然后将其解密并将未加密的数据返回给您。这使您可以通过网络设置加密通道。你只需要使用BIO_write，并BIO_read和所有的加密/解密是由BIO链自动完成。

通常，BIO链如下图所示：

/------\                 /--------\                 /---------\                 /-------------\
| your | -- BIO_write -> | filter | -- BIO_write -> | another | -- BIO_write -> | source/sink |
|      |                 |        |                 |  filter |                 |             |
| code | <- BIO_read  -- |  BIO   | <- BIO_read  -- |   BIO   | <- BIO_read  -- |     BIO     |
\------/                 \--------/                 \---------/                 \-------------/

为什么OpenSSL需要BIO？使用OpenSSL编程时如何使用它们？有什么例子吗？

当操作SSL / TLS协议时，OpenSSL使用BIO与远程端进行通信。该SSL_set_bio功能用于设置BIO，以在SSL / TLS链接的具体实例中进行通信。例如，您可以使用套接字BIO通过网络连接运行SSL / TLS协议。但是您也可以开发自己的BIO（是，可能），或使用内存BIO通过自己的链接类型运行SSL / TLS协议。

您还可以将SSL / TLS链接的实例包装为BIO本身（BIO_f_ssl）。调用BIO_writeSSL BIO将导致调用SSL_write。通话BIO_read将导致通话SSL_read。

尽管SSL BIO是过滤器BIO，但与其他过滤器BIO有所不同。调用BIO_writeSSL BIO可能会导致两者同时发生，BIO_read并会BIO_write调用链中的下一个BIO。因为SSL_write（在BIO_writeSSL BIO 内部使用），不仅发送数据，而且还提供运行中的SSL / TLS协议，这可能需要双方之间进行多个数据交换步骤才能执行某些协商。BIO_readSSL BIO 也是如此。这就是SSL BIO与普通过滤器BIO的不同之处。

另请注意，您无需使用SSL BIO。您仍然可以直接使用SSL_read和SSL_write。

OpenSSL提供哪些BIO？您能否提供一些BIO的例子并说明它们之间的区别？

以下是OpenSSL提供的源宿BIO的示例：

• 文件BIO（BIO_s_file）。它是stdio FILE*对象的包装。它用于写入和读取文件。
• 文件描述符BIO（BIO_s_fd）。它类似于文件BIO，但与POSIX文件描述符而不是stdio文件一起使用。
• 套接字BIO（BIO_s_socket）。它是POSIX套接字的包装。它用于通过网络进行通信。
• 空BIO（BIO_s_null）。它类似于/dev/nullPOSIX系统中的设备。写入此BIO只是丢弃数据，从中读取数据将导致EOF（文件末尾）。
• 内存BIO（BIO_s_mem）。本质上，这是一个环回BIO。从这种类型的BIO读取将返回先前写入BIO的数据。但是，也可以通过调用特定于此类型BIO的函数来从内部缓冲区提取数据（或将其放置到内部缓冲区中）（每种类型的BIO都具有仅适用于此类BIO的函数）。
• “生物” BIO（BIO_s_bio）。它是一个类似管道的生物。可以创建一对这样的BIO。写入该对中的一个BIO的数据将被放置以读取该对中的第二个BIO。反之亦然。它与内存BIO相似，但是内存BIO将数据放置到自身中，而管道BIO将数据放置到与之配对的BIO中。

约之间的相似性的一些信息BIO_s_mem，并BIO_s_bio可以在这里找到：OpenSSL的“BIO_s_mem” VS“BIO_s_bio”。

以下是过滤器BIO的示例：

• base64 BIO（BIO_f_base64）。BIO_write通过此BIO将数据编码为base64格式。BIO_read通过此BIO可以解码base64格式的数据。
• 密码BIO（BIO_f_cipher）。它加密/解密通过它的数据。可以使用不同的密码算法。
• 摘要计算BIO（BIO_f_md）。它不会修改通过它的数据。它仅计算流经其中的数据摘要，而数据本身保持不变。可以使用不同的摘要计算算法。可以使用特殊功能检索计算的摘要。
• 缓冲的BIO（BIO_f_buffer）。它也不会更改通过它的数据。写入该BIO的数据被缓冲，因此并非每次对该BIO的写入操作都会导致将数据写入下一个BIO。至于阅读，情况类似。这样可以减少位于缓冲IO后面的BIO上的IO操作数。
• SSL BIO（BIO_f_ssl）。上面已经描述了这种类型的BIO。它将SSL链接包装在内。