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dongdigua 2022-07-13 20:24:38 +08:00
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p2p_chat.md
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@ -1,53 +1,53 @@
# 讲一讲我前段时间做的一个点对点加密聊天软件 [#]: author: "dongdigua"
![miku](images/miku_sheep.jpg) [#]: via: "dongdigua.github.io/p2p_chat"
## 版权声明 [#]: keywords: "elixir erlang p2p rsa 通信 开源 教程"
本文章**仅在**本人github pages发布,<br>
转载给爷**标上源链接**, 敢在某些平台转载投自制的**你\*\**!**<br>
CC BY-NC-SA
## 开头 使用 elixir 写一个简易点对点加密聊天软件
项目地址: https://github.com/dongdigua/p2p_chat<br> ===
写着玩的小项目, 肯定有很多不足 ![题图](https://dongdigua.github.io/elixir_image.jpg)
## 使用到的技术 > 尝试用 elixir 写一个 p2p 加密聊天软件
### 使用到的技术
- UDP socket - UDP socket
- 进程(这里指beam虚拟机的进程) - 进程(这里指 beam 虚拟机的进程)
- GenServer - GenServer
- ETS键值存储(Erlang Term Storage)[ETS教程](https://elixirschool.com/zh-hans/lessons/storage/ets) - ETS 键值存储(Erlang Term Storage)[ETS 教程](https://elixirschool.com/zh-hans/lessons/storage/ets)
- escript编译成可执行文件 - escript 编译成可执行文件
- rsa非对称加密 - rsa 非对称加密
- UDP打洞<br> - UDP 打洞<br>
整个思路来源都是从这两个视频来的:<br> 整个思路来源都是从这两个视频来的:<br>
[with netcat](https://www.youtube.com/watch?v=s_-UCmuiYW8) & [with python](https://www.youtube.com/watch?v=IbzGL_tjmv4)<br> [使用 Netcat 的原理讲解](https://www.youtube.com/watch?v=s_-UCmuiYW8) &
我的理解就是通过发送UDP包打开一个端口来让远程电脑能知道你的端口映射到了公网IP的哪个端口,<br> [使用 Python 实现 p2p 通信](https://www.youtube.com/watch?v=IbzGL_tjmv4)<br>
然后将两个需要发消息的客户端相互告诉对方各自的公网IP以及映射到的端口, 就能实现p2p通信.<br> 我的理解就是通过发送 UDP 包打开一个端口，<br>
然后将两个需要发消息的客户端相互告诉对方各自的公网 IP 以及映射到的端口，就能实现 p2p 通信。<br>
## 大体架构 ### 大体架构
客户端使用GenServer来实现后端接口和网络通信, 在CLI模块处理用户输入调用GenServer.<br> 客户端使用 GenServer 来实现后端接口和网络通信，在 CLI 模块处理用户输入调用 GenServer.<br>
服务端可以很简单, 就是收到两个IP然后相互发送对方的地址让客户端能够相互通信,<br> 服务端可以很简单，就是收到两个 IP 然后相互发送对方的地址让客户端能够相互通信，<br>
但是为了能够接受多对客户端以及非阻塞等待客户端, 就用ETS存储客户端的信息,<br> 但是为了能够接受多对客户端以及非阻塞等待客户端, 就用 ETS 存储客户端的信息, <br>
为了让客户端不乱配对, 就需要增加一个注册功能, 也使用ETS实现.<br> 为了让客户端不乱配对, 就需要增加一个注册功能, 也使用 ETS 实现。<br>
## 客户端实现 ### 客户端实现
内容比较多, 所以我不会讲的很全, 代码不会都放出来<br> 内容比较多, 所以我不会讲的很全, 代码不会都放出来<br>
项目目录大概是这样 项目目录大概是这样
```sh ```sh
├── client ├── client
│ ├── lib │ ├── lib
│ │ ├── client │ │ ├── client
│ │ │ ├── cli.ex # 和用户交互, 调用GenServer后端, escript入口点 │ │ │ ├── cli.ex # 和用户交互, 调用 GenServer 后端, escript 入口点
│ │ │ ├── connect.ex # 处理与服务器发送和接受的二进制字符串 │ │ │ ├── connect.ex # 处理与服务器发送和接受的二进制字符串
│ │ │ ├── crypto.ex # rsa加密解密 │ │ │ ├── crypto.ex # rsa加密解密
│ │ │ └── register.ex # 仅生成注册时需要发送的二进制字符串 │ │ │ └── register.ex # 仅生成注册时需要发送的二进制字符串
│ │ └── client.ex # 客户端核心程序, 包含GenServer和socket通信 │ │ └── client.ex # 客户端核心程序, 包含 GenServer 和 socket 通信
│ ├── mix.exs │ ├── mix.exs
│ └── mix.lock │ └── mix.lock
``` ```
注意这里只在核心程序处理socket, cli模块处理用户交互, 使项目分层化 注意这里只在核心程序处理 socket, cli 模块处理用户交互, 使项目分层化
### escript #### escript
客户端要编译成可执行文件, 要在`mix.exs`里加入`escript` 客户端要编译成可执行文件, 要在 `mix.exs` 里加入 `escript`
```elixir ```elixir
defmodule Client.MixProject do defmodule Client.MixProject do
use Mix.Project use Mix.Project
@ -78,12 +78,12 @@ defmodule Client.MixProject do
end end
end end
``` ```
`main_module`指定了程序的入口点main函数, `extra_applications`加入erlang库`:crypto`因为后续需要使用加密 `main_module` 指定了程序的入口点main函数, `extra_applications` 加入 erlang 库 `:crypto` 因为后续需要使用加密
### GenServer和socket #### GenServer 和 socket
先是定义了两个结构体, 一个用于存储peer的信息, 一个存储客户端的信息(peer键是peer结构体)<br> 先是定义了两个结构体, 一个用于存储 peer 的信息, 一个存储客户端的信息(peer 键是 peer 结构体)<br>
然后是一堆常量, 服务器可以改成你的128核心1TB内存1EB固态硬盘的小型服务器的地址, `key_integer`是客户端的密钥生成器用的<br> 然后是一堆常量, 服务器可以改成你的 128 核心 1TB 内存 1EB 固态硬盘的小型服务器的地址, `key_integer` 是客户端的密钥生成器用的<br>
其实可以在`config.exs`或者用json来配置, 但是我懒哈哈 其实可以在 `config.exs` 或者用 json 来配置
```elixir ```elixir
defmodule Client do defmodule Client do
defmodule Peer do defmodule Peer do
@ -97,7 +97,7 @@ defmodule Client do
defstruct [:socket, :name, :priv_key, peer: nil] defstruct [:socket, :name, :priv_key, peer: nil]
``` ```
GenServer初始化, UDP打开一个端口(从命令行参数传进来) GenServer 初始化, UDP 打开一个端口(从命令行参数传进来)
```elixir ```elixir
def start_link(port) do def start_link(port) do
{:ok, socket} = :gen_udp.open(port, [:binary, active: false]) {:ok, socket} = :gen_udp.open(port, [:binary, active: false])
@ -105,7 +105,7 @@ GenServer初始化, UDP打开一个端口(从命令行参数传进来)
end end
``` ```
然后是GenServer的回调函数, 实现了必要的接口 然后是 GenServer 的回调函数, 实现了必要的接口
```elixir ```elixir
def init(%Client{} = client), do: {:ok, client} def init(%Client{} = client), do: {:ok, client}
@ -157,8 +157,8 @@ GenServer初始化, UDP打开一个端口(从命令行参数传进来)
end end
``` ```
### 用户交互CLI #### 用户交互 CLI
首先使用`OptionParser`解析命令行参数, 如果解析成功就启动GenServer 首先使用 `OptionParser` 解析命令行参数, 如果解析成功就启动 GenServer
```elixir ```elixir
def main(args \\ []) do def main(args \\ []) do
{opts, args, invalid} = OptionParser.parse(args, strict: [ {opts, args, invalid} = OptionParser.parse(args, strict: [
@ -172,10 +172,10 @@ def main(args \\ []) do
end end
end end
``` ```
然后`main_cli()`就处理用户的输入,<br> 然后 `main_cli()` 就处理用户的输入, <br>
然后先向服务器发起find peer请求(需要身份验证), 找到peer之后交换密钥然后就可以发消息了<br> 然后先向服务器发起 find peer 请求(需要身份验证), 找到 peer 之后交换密钥然后就可以发消息了<br>
这里主要说一下输入密码的部分:<br> 这里主要说一下输入密码的部分:<br>
erlang的`:io.get_password()`函数在mix中不管用, 所以就需要自己写一个清空用户输入的小东西 erlang 的 `:io.get_password()` 函数在 mix 中不管用, 所以就需要自己写一个清空用户输入的小东西
```elixir ```elixir
def gets_passwd(prompt) do def gets_passwd(prompt) do
pid = spawn(fn -> clear_input(prompt) end) pid = spawn(fn -> clear_input(prompt) end)
@ -196,7 +196,7 @@ end
``` ```
## 服务端实现 ### 服务端实现
服务端仅作为暴露客户端连接和将两个客户端牵手的作用, 当然为了区分还要有注册功能<br> 服务端仅作为暴露客户端连接和将两个客户端牵手的作用, 当然为了区分还要有注册功能<br>
项目目录大概是这样 项目目录大概是这样
```sh ```sh
@ -210,10 +210,10 @@ end
│   └── server.ex │   └── server.ex
└── mix.exs └── mix.exs
``` ```
这里用docker方便部署 这里用 docker 方便部署
### 应用程序监视器 #### 应用程序监视器
因为是服务端嘛, 鬼知道用户或其它东西会整出什么么蛾子, 所以使用应用程序监视器在程序挂掉时重启进程很有必要<br> 因为是服务端嘛, 鬼知道用户或其它东西会整出什么么蛾子, 所以使用应用程序监视器在程序挂掉时重启进程很有必要<br>
这也是erlang/OTP的let it crash思想的一种体现[我做的"crash辅导"视频](https://www.bilibili.com/video/BV193411A7fa) 这也是 erlang/OTP 的 let it crash 思想的一种体现
```elixir ```elixir
defmodule Server.Application do defmodule Server.Application do
use Application use Application
@ -229,9 +229,9 @@ defmodule Server.Application do
end end
end end
``` ```
### socket #### socket
首先还是定义一个结构体用于存储每个用户的数据<br> 首先还是定义一个结构体用于存储每个用户的数据<br>
启动两个数据库, 打开UDP端口 启动两个数据库, 打开 UDP 端口
```elixir ```elixir
defmodule Server do defmodule Server do
defmodule UserData do defmodule UserData do
@ -248,8 +248,8 @@ defmodule Server do
end end
``` ```
根据收到的消息头部的不同选择处理不同的内容(其实这里的区分判断应该写全, 但是我懒, 能用就行呗)<br> 根据收到的消息头部的不同选择处理不同的内容(其实这里的区分判断应该写全, 但能用就行呗)<br>
然后递归调用自己形成循环(elixir有尾递归优化, 所以这样递归不会有性能问题) 然后递归调用自己形成循环(elixir 有尾递归优化, 所以这样递归不会有性能问题)
```elixir ```elixir
def serve(socket) do def serve(socket) do
case :gen_udp.recv(socket, 0) |> IO.inspect() do case :gen_udp.recv(socket, 0) |> IO.inspect() do
@ -297,9 +297,27 @@ defmodule Server do
end end
``` ```
## 使用方式 ### 使用方式
### 客户端 #### 服务端
### 服务端 ```sh
mix run --no-halt
```
#### 客户端
```sh
mix escript.build
./client --port 2000
```
输入 register 注册一个聊天, 输入 find 连接另一个使用相同用户名密码 find 的人
### 更多参考
[B站搬运的 Python 实现](https://www.bilibili.com/video/BV1Vo4y1S7XQ)<br>
[在 Python 实现之前使用 Netcat 演示](https://www.youtube.com/watch?v=TiMeoQt3K4g&ab_channel=EngineerMan)
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作者简介: 一个高中生<br>
B站: 董地瓜(Minecraft红石生存, 高压电, 编程, GeoGebra 区up猪)
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## 后记 ## 后记