如何通过Python3和ssl实现加密通信功能

1. SSL简介

SSL（Secure Socket Layer），是一种用于网络安全的协议。它采用了公钥加密、对称加密、数字签名等技术，可用于实现数据的保密性、完整性和可信性。其最常见的应用场景就是HTTPS，即在HTTP基础上增加了SSL/TLS协议。

1.1 TLS与SSL的关系

SSL最新版本为SSL3.0，但随着其安全性逐渐被攻破，TLS（Transport Layer Security）成为了其继任者。但由于历史原因，TLS协议的名字中仍包含SSL的字样，因此TLS与SSL这两个词经常会被混淆使用。在本文中，我们使用SSL来统称这两个协议。

2. Python3中的ssl模块

Python3中内置的ssl模块提供了对SSL/TLS协议的支持。使用该模块，我们可以在Python3中实现加密通信的功能。

2.1 ssl模块的基本用法

下面是一个使用ssl模块实现HTTPS通信的例子：

import ssl

import http.client
context = ssl.create_default_context()
conn = http.client.HTTPSConnection("www.example.com", context=context)
conn.request("GET", "/")
response = conn.getresponse()
print(response.read())

在这个例子中，我们首先使用ssl.create_default_context()创建了一个默认的SSL上下文。然后，使用http.client.HTTPSConnection创建了一个HTTPS连接，并将创建的SSL上下文传给了该对象。最后，我们向该连接发送一个GET请求，并输出响应结果。

2.2 SSL上下文

在上面的例子中，我们创建了一个默认的SSL上下文。实际上，我们可以通过ssl.SSLContext类来创建自定义的SSL上下文，从而更细致地控制SSL的行为。

以下是创建一个自定义的SSL上下文并使用它建立一个HTTPS连接的例子：

import ssl

import http.client
context = ssl.SSLContext(ssl.PROTOCOL_TLS)
context.verify_mode = ssl.CERT_REQUIRED
context.check_hostname = True
context.load_default_certs()
conn = http.client.HTTPSConnection("www.example.com", context=context)
conn.request("GET", "/")
response = conn.getresponse()
print(response.read())

在这个例子中，我们首先创建了一个使用TLS协议的SSL上下文。然后，我们将验证模式设为CERT_REQUIRED，即要求服务器必须提供一个有效的证书。我们还将check_hostname属性设为True，即要求检查服务器返回的证书中的主机名与所连接的主机名是否一致。最后，我们调用load_default_certs()方法加载系统默认的证书，这样可以确保我们可以与大多数常见的网站建立连接。

3. 双向认证

SSL/TLS协议支持双向认证，即客户端与服务器双方都可以互相验证对方的身份。在双向认证场景中，除了服务器外，客户端也需要提供一个证书。在python3中，我们可以使用ssl.SSLContext.load_cert_chain()方法来为客户端提供证书。

以下是一个使用双向认证的HTTPS通信例子：

import ssl

import http.client
context = ssl.SSLContext(ssl.PROTOCOL_TLS)
context.verify_mode = ssl.CERT_REQUIRED
context.check_hostname = True
context.load_default_certs()
context.load_cert_chain(certfile="/path/to/client.crt", keyfile="/path/to/client.key")
conn = http.client.HTTPSConnection("www.example.com", context=context)
conn.request("GET", "/")
response = conn.getresponse()
print(response.read())

在这个例子中，我们首先创建了一个默认的SSL上下文，并开启了证书验证和主机名检查的功能。接着，我们调用load_default_certs()方法加载系统默认的证书。然后，我们使用load_cert_chain()方法为客户端提供了一个客户端证书和私钥。最后，我们使用HTTPSConnection创建连接并发送请求。

4. SSL与socket结合使用

除了http.client模块外，我们还可以使用socket模块结合ssl模块来实现加密通信的功能。下面是一个使用SSL/TLS协议与服务器建立连接并发送数据的例子：

import socket

import ssl
sock = socket.socket()
ssl_sock = ssl.wrap_socket(sock, server_side=False, cert_reqs=ssl.CERT_NONE, ssl_version=ssl.PROTOCOL_TLS)
ssl_sock.connect(('www.example.com', 443))
ssl_sock.sendall(b'Hello, World!')
print(ssl_sock.recv(1024))

在这个例子中，我们首先创建了一个普通的socket对象。然后，我们使用ssl.wrap_socket()函数将其封装成一个SSL/TLS连接，指定了服务器地址和端口号。我们将server_side参数设为False表示我们要作为客户端与服务器建立连接。此外，我们将cert_reqs参数设为CERT_NONE，表示不需要验证服务器提供的证书（这个选项并不安全，仅用于调试）。最后，我们使用connect()方法连接到服务器，并使用sendall()方法向服务器发送数据。

5. 总结

通过Python3中的ssl模块，我们可以轻松地实现加密通信的功能。不仅可以与HTTP协议结合使用，还可以与socket等协议结合使用。在实际应用场景中，由于安全性要求越来越高，我们可以根据实际需求使用自定义的SSL上下文，以满足更具体的安全需求。