VC++实现的WebSocket服务器端握手协议

天云上人 · 发表于 2012-7-22 18:23:54

本程序是VC++实现windows上程序内嵌WebSocket的部分代码，因为想让浏览器和本地程序直接交互，最好的办法就是websocket，windows的exe程序内嵌一个websocket服务器端程序，浏览器访问localhost，建立交互，这种办法比做成插件更好，所以我采用这种办法来联通桌面程序和浏览器。VC++实现WebSocket的服务器代码，网上还是有示例的，不过基本上不能用，我找到的两个，一个是基于MinGW编译，还有一个是基于VC++2010编译的，还有一个libwebsocket，C语言实现的库，实在是大的惊人，最后，我决定自己实现，实现WebSocket其实不复杂，在普通的socket的服务器上添加一个握手协议，这个握手协议如果用脚本语言实现，非常简单，但用户C++实现就不容易了，我这里实现的基本上是C语言的版本，因为不想使用C++庞大的类库和模板。
完整的windows版本socket握手实现：

bool WebSocket::handshake(const char* src, struct handshake* hs){
      size_t src_len  = strlen(src), i = 0 ;
      hs->resource = match_string(src, "GET ", 0x20); // 提取空格之前
      hs->host             = match_string(src, "Host: ", '\0');
      hs->origin             = match_string(src, "Origin: ", '\0');
      hs->protocol = match_string(src, "Sec-WebSocket-Protocol: ", '\0');
      hs->key1             = match_string(src, "Sec-WebSocket-Key1: ", '\0');
      hs->key2             = match_string(src, "Sec-WebSocket-Key2: ", '\0');
      char key3[8]="\0"; // 获取 key3，即最后的8位字符
      for (i = 0; i < 8; i++) key3[i] = src[src_len-8+i];
      char digits1[64]="\0", digits2[64]="\0", c='\0';
      size_t spaces1 = 0, spaces2 = 0;
      size_t key1_len = strlen(hs->key1);
      size_t key2_len = strlen(hs->key2);
      short d1 = 0, d2 = 0;
      unsigned int result1, result2;
      for (i = 0; i < key1_len; i++){
            c = hs->key1[i];
            if (c == 0x20) spaces1++;
            else if(c>='0' && c<='9') digits1[d1++]=c;
      }
      for (i = 0; i < key2_len; i++){
            c = hs->key2[i];
            if (c == 0x20) spaces2++;
            else if(c>='0' && c<='9') digits2[d2++]=c;
      }
      result1 = (unsigned int) (strtoul(digits1, NULL, 10) / spaces1);
      result2 = (unsigned int) (strtoul(digits2, NULL, 10) / spaces2);
      char chrkey1[4]="\0", chrkey2[4]="\0";
      for (i = 0; i < 4; i++) chrkey1[i] = result1 << (8 * i) >> (8 * 3);
      for (i = 0; i < 4; i++) chrkey2[i] = result2 << (8 * i) >> (8 * 3);
      unsigned char raw[16]="\0", dig[16]="\0";
      // raw 表示未md5之前的字符串，规则就是前4位key1中的数字/空格数的整数值，
      //  连接上key2的最后连接上头信息中的最后8位字符。
      memcpy(raw, chrkey1, 4);
      memcpy(&raw[4], chrkey2, 4);
      memcpy(&raw[8], key3, 8);
      //计算的md5值
      md5_state_t state;
      md5_init(&state);
      md5_append(&state, raw, 16);
      md5_finish(&state, dig);

      char handshake_str[BUFSIZ];
      memset(handshake_str, 0x00, BUFSIZ);
      char* handshakeFormat = "HTTP/1.1 101 Web Socket Protocol Handshake\r\n"
            "Upgrade: WebSocket\r\n"
            "Connection: Upgrade\r\n"
            "Sec-WebSocket-Origin: %s\r\n"
            "Sec-WebSocket-Location: ws://%s%s\r\n"
            "Sec-WebSocket-Protocol: %s\r\n\r\n";
      sprintf(handshake_str, handshakeFormat, hs->origin, hs->host, hs->resource, hs->protocol);
      free_handshake(hs); // 释放handshake指针，已经不用了！
      char response[BUFSIZ];
      memset(response,0,BUFSIZ);
      size_t j=0, handshake_len=strlen(handshake_str);
      for (i = 0; i < handshake_len; i++) response[i] = handshake_str[i];
      for (j = 0; j < 16; i++, j++) response[i] = dig[j];
      // 这里的clientSocket就是连接好的socket对象了。
      int sent = send(clientSocket, response, strlen(response), 0);
      return sent>0;
}
目录结构：
socket/
   socket.c
   md5/
      md5.h
      md5.c
库文件下载位置： http://sourceforge.net/projects/libmd5-rfc/files/ 总共3个文件，
编译命令：  gcc socket.c md5/md5.c -o socket.o
GCC 4.3编译通过，执行 ./socket.o 可以看到打出的raw和md5后的字符串信息。这里使用了一个网友用nodejs写的websocket实现版本，打出详细的头信息，然后复制到程序里，以测试生成的握手字符串是否一样。
// socket.c 代码。
// web-socket example
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <inttypes.h>
#include "md5/md5.h"

// #define BUFSIZ 512

//定义handshake结构体变量
struct handshake {
      char *resource;
      char *host;
      char *origin;
      char *protocol;
      char *key1;
      char *key2;
};

//释放握手后不再使用的部分变量
void free_handshake(struct handshake* hs){
      if( hs->resource != NULL )    free(hs->resource);
      if( hs->host != NULL )       free(hs->host);
      if( hs->origin != NULL )       free(hs->origin);
      if( hs->protocol != NULL )    free(hs->protocol);
      if( hs->key1 != NULL )       free(hs->key1);
      if( hs->key2 != NULL )       free(hs->key2);
}

// 这里对上一篇的match_string做了点修改，
// 增加了一个end参数，这样不必提取出字符串后，再做剔除处理
char* match_string(const char* src, const char* pattern, char end){
      char buf[BUFSIZ];
      memset(buf, 0, BUFSIZ);
      size_t src_len = strlen(src);
      size_t ptn_len = strlen(pattern);
      unsigned short b=0, p=0, i=0;
      char c='\0';
      for(i=0; i<src_len; i++){
            c = src[i];
            if(p==ptn_len){ // p==ptn_len 表示正在匹配中
                     if(c=='\r' || c=='\n'  || (end !='\0' && c==end) ) p++; // 匹配结束
                     else buf[b++]=c; // 匹配到的字符
            }else if(p<ptn_len){ // 为达到匹配要求
                     if(c==pattern[p]) p++;
                     else p=0;
            }
      }
      size_t ret_len = strlen(buf);
      char *ret_p;
      if( ret_len>0 ){
            ret_p = (char*)calloc(ret_len+1,sizeof(char)); // 加 1 为了存储 '\0'
            memcpy(ret_p, buf, ret_len);
      }else ret_p = NULL;
      return ret_p;
}

// md5 加密函数，用的是网上一个实现的比较通用的版本。
void md5(const char* src, size_t size, char* digest)
{
      md5_state_t state;
      md5_init(&state);
      md5_append(&state,  src, size);
      md5_finish(&state, digest);
}

void p(char*s, int len){
      unsigned short i=0;
      for(i=0; i<len; i++) printf("%c",s[i]);
      printf("%c", '\n');
}

void handshake(const char* src, struct handshake* hs){
      size_t src_len  = strlen(src), i = 0 ;
      hs->resource = match_string(src, "GET ", 0x20); // 提取空格之前
      hs->host             = match_string(src, "Host: ", '\0');
      hs->origin             = match_string(src, "Origin: ", '\0');
      hs->protocol = match_string(src, "Sec-WebSocket-Protocol: ", '\0');
      hs->key1             = match_string(src, "Sec-WebSocket-Key1: ", '\0');
      hs->key2             = match_string(src, "Sec-WebSocket-Key2: ", '\0');
      // 获取 key3，即最后的8位字符
      char key3[8]="\0";
      for (i = 0; i < 8; i++) key3[i] = src[src_len - 8 + i];
      char digits1[64]="\0", digits2[64]="\0", c='\0';
      size_t spaces1 = 0, spaces2 = 0;
      size_t key1_len = strlen(hs->key1);
      size_t key2_len = strlen(hs->key2);
      short d1 = 0, d2 = 0;
      unsigned int result1, result2;
      for (i = 0; i < key1_len; i++){
            c = hs->key1[i];
            if (c == 0x20) spaces1++;
            else if(c>='0' && c<='9') digits1[d1++]=c;
      }
      for (i = 0; i < key2_len; i++){
            c = hs->key2[i];
            if (c == 0x20) spaces2++;
            else if(c>='0' && c<='9') digits2[d2++]=c;
      }
      result1 = (unsigned int) (strtoul(digits1, NULL, 10) / spaces1);
      result2 = (unsigned int) (strtoul(digits2, NULL, 10) / spaces2);
      printf("ch1:%s\nch2:%s\n",digits1, digits2);
      printf("sp1:%d\nsp2:%d\n",spaces1, spaces2);
      printf("d1:%d\nd2:%d\n"  ,result1, result2);
      unsigned char chrkey1[4]="\0", chrkey2[4]="\0";
      for (i = 0; i < 4; i++) chrkey1[i] = result1 << (8 * i) >> (8 * 3);
      for (i = 0; i < 4; i++) chrkey2[i] = result2 << (8 * i) >> (8 * 3);
      printf("ch-key1:"); p(chrkey1,4);
      for(i=0; i<4;i++)printf("0x%02x ",chrkey1[i]);
      printf("ch-key2:"); p(chrkey2,4);
      for(i=0; i<4;i++)printf("0x%02x ",chrkey2[i]);
      unsigned char raw[16]="\0", dig[16]="\0";
      memcpy(raw, chrkey1, 4);
      memcpy(&raw[4], chrkey2, 4);
      memcpy(&raw[8], key3, 8);
      //计算的md5值
      printf("\nraw:");
      for(i=0; i<16; i++) printf("0x%02x ",raw[i]);
      md5(raw, 16, dig);
      printf("\nmd5:");
      for(i=0; i<16; i++) printf("0x%02x ",dig[i]);
}

int main()
{
      unsigned char msg[512] = "GET /pub/chat?q=me HTTP/1.1\r\n\
      Upgrade: WebSocket\r\n\
      Connection: Upgrade\r\n\
      Host: localhost:4400\r\n\
      Origin: null\r\n\
      Sec-WebSocket-Protocol: my-custom-chat-protocol\r\n\
      Sec-WebSocket-Key1: x EO2 59186 4  28\\dY 0+\r\n\
      Sec-WebSocket-Key2: 1  9  3  57695W 0\r\n\r\n";
      size_t len = strlen(msg);
      msg[len]  =0x1f;
      msg[len+1]=0xf6;
      msg[len+2]=0xf3;
      msg[len+3]=0x3f;
      msg[len+4]=0xc7;
      msg[len+5]=0x17;
      msg[len+6]=0x20;
      msg[len+7]=0x88;
      struct handshake hs = {NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL};
      handshake(msg, &hs);
      free_handshake(&hs);
      return 0;
}

测试的结果：
raw:0x19 0xbf 0x73 0xa4 0x01 0x27 0x5f 0xff 0x1f 0xf6 0xf3 0x3f 0xc7 0x17 0x20 0x88
md5:0x61 0x30 0x1e 0xe8 0x8a 0x17 0xaf 0x39 0xd6 0xad 0xef 0xb9 0x6f 0x00 0x0f 0x68
对比了nodejs的版本，握手部分生成没有错误。

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