DTLSクライアント

この例では、クライアント側の DTLS 接続を実装する方法を示します。

DTLSクライアントのサンプル画面のスクリーンショット。

注：この DTLS クライアントの例は、DTLS サーバーの例と併せて実行することを想定しています。

このDTLSクライアントの例では、1つまたは複数のDTLSサーバーに対して複数のDTLS接続を確立できます。クライアント側のDTLS接続は、DtlsAssociationクラスによって実装されています。このクラスは、データグラムの読み書きにQUdpSocket を、暗号化にQDtls を使用しています：

class DtlsAssociation : public QObject
{
    Q_OBJECT

public:
    DtlsAssociation(const QHostAddress &address, quint16 port,
                    const QString &connectionName);
    ~DtlsAssociation();
    void startHandshake();

signals:
    void errorMessage(const QString &message);
    void warningMessage(const QString &message);
    void infoMessage(const QString &message);
    void serverResponse(const QString &clientInfo, const QByteArray &datagraam,
                        const QByteArray &plainText);

private slots:
    void udpSocketConnected();
    void readyRead();
    void handshakeTimeout();
    void pskRequired(QSslPreSharedKeyAuthenticator *auth);
    void pingTimeout();

private:
    QString name;
    QUdpSocket socket;
    QDtls crypto;

    QTimer pingTimer;
    unsigned ping = 0;

    Q_DISABLE_COPY(DtlsAssociation)
};

コンストラクタは、新しい DTLS 接続の最小限の TLS 設定を行い、サーバーのアドレスとポートを設定します:

    ...
auto configuration = QSslConfiguration::defaultDtlsConfiguration();
configuration.setPeerVerifyMode(QSslSocket::VerifyNone);
crypto.setPeer(address, port);
crypto.setDtlsConfiguration(configuration);
    ...

QDtls::handshakeTimeout() シグナルは、ハンドシェイクフェーズ中のパケット損失や再送信に対処するために、handleTimeout() スロットに接続されています:

    ...
connect(&crypto, &QDtls::handshakeTimeout, this, &DtlsAssociation::handshakeTimeout);
    ...

サーバーからのデータグラムのみを受信するようにするため、UDPソケットをサーバーに接続します：

    ...
socket.connectToHost(address.toString(), port);
    ...

QUdpSocket::readyRead() シグナルは、readyRead() スロットに接続されています:

    ...
connect(&socket, &QUdpSocket::readyRead, this, &DtlsAssociation::readyRead);
    ...

サーバーとのセキュアな接続が確立されると、`DtlsAssociation` オブジェクトがタイマーを使用してサーバーに短い ping メッセージを送信します:

pingTimer.setInterval(5000);
connect(&pingTimer, &QTimer::timeout, this, &DtlsAssociation::pingTimeout);

startHandshake() は、サーバーとのハンドシェイクを開始します:

void DtlsAssociation::startHandshake()
{
    if (socket.state() != QAbstractSocket::ConnectedState) {
        emit infoMessage(tr("%1: connecting UDP socket first ...").arg(name));
        connect(&socket, &QAbstractSocket::connected, this, &DtlsAssociation::udpSocketConnected);
        return;
    }

    if (!crypto.doHandshake(&socket))
        emit errorMessage(tr("%1: failed to start a handshake - %2").arg(name, crypto.dtlsErrorString()));
    else
        emit infoMessage(tr("%1: starting a handshake").arg(name));
}

readyRead()スロットは、サーバーから送信されたデータグラムを読み取ります：

QByteArray dgram(socket.pendingDatagramSize(), Qt::Uninitialized);
const qint64 bytesRead = socket.readDatagram(dgram.data(), dgram.size());
if (bytesRead <= 0) {
    emit warningMessage(tr("%1: spurious read notification?").arg(name));
    return;
}

dgram.resize(bytesRead);

ハンドシェイクがすでに完了している場合、このデータグラムは復号されます：

if (crypto.isConnectionEncrypted()) {
    const QByteArray plainText = crypto.decryptDatagram(&socket, dgram);
    if (plainText.size()) {
        emit serverResponse(name, dgram, plainText);
        return;
    }

    if (crypto.dtlsError() == QDtlsError::RemoteClosedConnectionError) {
        emit errorMessage(tr("%1: shutdown alert received").arg(name));
        socket.close();
        pingTimer.stop();
        return;
    }

    emit warningMessage(tr("%1: zero-length datagram received?").arg(name));
} else {

そうでない場合は、ハンドシェイクの継続を試みます:

    if (!crypto.doHandshake(&socket, dgram)) {
        emit errorMessage(tr("%1: handshake error - %2").arg(name, crypto.dtlsErrorString()));
        return;
    }

ハンドシェイクが完了すると、最初のpingメッセージを送信します:

    if (crypto.isConnectionEncrypted()) {
        emit infoMessage(tr("%1: encrypted connection established!").arg(name));
        pingTimer.start();
        pingTimeout();
    } else {

pskRequired() スロットは、ハンドシェイクフェーズで必要となる事前共有鍵 (PSK) を提供します:

void DtlsAssociation::pskRequired(QSslPreSharedKeyAuthenticator *auth)
{
    Q_ASSERT(auth);

    emit infoMessage(tr("%1: providing pre-shared key ...").arg(name));
    auth->setIdentity(name.toLatin1());
    auth->setPreSharedKey(QByteArrayLiteral("\x1a\x2b\x3c\x4d\x5e\x6f"));
}

注：簡潔にするため 、pskRequired()の定義は過度に単純化されています。QSslPreSharedKeyAuthenticator クラスのドキュメントには、このスロットを適切に実装する方法が詳しく説明されています。

pingTimeout()は、暗号化されたメッセージをサーバーに送信します：

void DtlsAssociation::pingTimeout()
{
    static const QString message = QStringLiteral("I am %1, please, accept our ping %2");
    const qint64 written = crypto.writeDatagramEncrypted(&socket, message.arg(name).arg(ping).toLatin1());
    if (written <= 0) {
        emit errorMessage(tr("%1: failed to send a ping - %2").arg(name, crypto.dtlsErrorString()));
        pingTimer.stop();
        return;
    }

    ++ping;
}

ハンドシェイクフェーズ中、クライアントはパケット損失によって発生し得るタイムアウトに対処する必要があります。handshakeTimeout()スロットは、ハンドシェイクメッセージを再送信します:

void DtlsAssociation::handshakeTimeout()
{
    emit warningMessage(tr("%1: handshake timeout, trying to re-transmit").arg(name));
    if (!crypto.handleTimeout(&socket))
        emit errorMessage(tr("%1: failed to re-transmit - %2").arg(name, crypto.dtlsErrorString()));
}

クライアント接続が切断される前に、その DTLS 接続をシャットダウンする必要があります:

DtlsAssociation::~DtlsAssociation()
{
    if (crypto.isConnectionEncrypted())
        crypto.shutdown(&socket);
}

エラーメッセージ、情報メッセージ、およびサーバーからの復号済み応答は、UIに表示されます：

const QString colorizer(QStringLiteral("<font color=\"%1\">%2</font><br>"));

void MainWindow::addErrorMessage(const QString &message)
{
    ui->clientMessages->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("Crimson"), message));
}

void MainWindow::addWarningMessage(const QString &message)
{
    ui->clientMessages->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("DarkOrange"), message));
}

void MainWindow::addInfoMessage(const QString &message)
{
    ui->clientMessages->insertHtml(colorizer.arg(QStringLiteral("DarkBlue"), message));
}

void MainWindow::addServerResponse(const QString &clientInfo, const QByteArray &datagram,
                                   const QByteArray &plainText)
{
    static const QString messageColor = QStringLiteral("DarkMagenta");
    static const QString formatter = QStringLiteral("<br>---------------"
                                                    "<br>%1 received a DTLS datagram:<br> %2"
                                                    "<br>As plain text:<br> %3");

    const QString html = formatter.arg(clientInfo, QString::fromUtf8(datagram.toHex(' ')),
                                       QString::fromUtf8(plainText));
    ui->serverMessages->insertHtml(colorizer.arg(messageColor, html));
}

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