网络编程懒人入门(十六)：手把手教你使用网络编程抓包神器Wireshark

本文由转转QA刘宝成分享，原题“抓包工具wireshark的使用”，即时通讯网进行了排版和内容优化。

1、引言

跟网络通信有关的应用场景下（比如Web系统、IM聊天应用、消息推送系统等），经常要用到网络抓包工具，用以验证客户端和服务器之间收发的数据包是否正确。以IM聊天系统为例，TLS/SSL加密开启到底有没有成功？加密效果怎么样？端到端加密后的聊天内容安全强度够不够？等等这些疑问，都需要通过网络抓包抓出样本来分析和验证。

Wireshark是一款开源和跨平台的抓包工具。它通过调用操作系统底层的API，直接捕获网卡上的数据包，因此捕获的数据包详细、功能强大。但Wireshark本身稍显复杂，本文将以用抓包实例，手把手带你一步步用好Wireshark，并真正理解抓到的数据包的各项含义。

2、系列文章

本文是系列文章中的第16篇，本系列文章的大纲如下：

• 网络编程懒人入门(一)：快速理解网络通信协议（上篇）
• 网络编程懒人入门(二)：快速理解网络通信协议（下篇）
• 网络编程懒人入门(三)：快速理解TCP协议一篇就够
• 网络编程懒人入门(四)：快速理解TCP和UDP的差异
• 网络编程懒人入门(五)：快速理解为什么说UDP有时比TCP更有优势
• 网络编程懒人入门(六)：史上最通俗的集线器、交换机、路由器功能原理入门
• 网络编程懒人入门(七)：深入浅出，全面理解HTTP协议
• 网络编程懒人入门(八)：手把手教你写基于TCP的Socket长连接
• 网络编程懒人入门(九)：通俗讲解，有了IP地址，为何还要用MAC地址？
• 网络编程懒人入门(十)：一泡尿的时间，快速读懂QUIC协议
• 网络编程懒人入门(十一)：一文读懂什么是IPv6
• 网络编程懒人入门(十二)：快速读懂Http/3协议，一篇就够！
• 网络编程懒人入门(十三)：一泡尿的时间，快速搞懂TCP和UDP的区别
• 网络编程懒人入门(十四)：到底什么是Socket？一文即懂！
• 网络编程懒人入门(十五)：外行也能读懂的网络硬件设备功能原理速成
• 网络编程懒人入门(十六)：手把手教你使用网络编程抓包神器Wireshark（* 本文)
  

3、Wireshak的安装和基本使用

安装：直接通过官方下载对应的安装包即可 https://www.wireshark.org/download.html。

使用：


如上图所示：

• 1）左上角为几个最常用的按钮：开始捕获、停止捕获、重新捕获、捕获选项；
• 2）中间为捕获过滤器，用于过滤需要捕获的数据包；
• 3）捕获过滤器下面可以选择需要捕获的网络连接。
  

下图是用Wireshark捕获的数据包：


可以看到，数据包结构是与OSI的七层模型相对应的，会详细显示每层的信息。

更多Wireshak的基本用法和手册，可以详读以下两篇：

• 理论联系实际：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次挥手过程
• 网络通讯数据抓包和分析工具 Wireshark 使用教程(中文) [附件下载]
  

4、快速理解Wireshak的过滤器

由于Wireshark直接捕获底层网络数据包，导致其捕获的数据包数量通常较大。为了便于筛选数据包，Wireshark提供了两种过滤器。

4.1捕获过滤器

用于设置什么样的数据包保存在捕获结果中，避免产生过大的日志文件。

需要在开始捕获之前设置，相对简单：


捕获过滤器语法如上，一般用于过滤协议、IP、端口等基本信息。

例如：

• 1）显示目的TCP端口为8080的包：tcp dst port 8080
• 2）显示来源IP地址为192.168.171.201的封包：ip src host 192.168.171.201
  

4.2显示过滤器

用于在捕获日志中查找数据包，可以在捕获过程中或者捕获后随时更改。

功能更加强大和复杂：


显示过滤器语法如上，比捕获过滤器更为强大，可以针对不同协议，过滤不同的字段。

例如：

• 1）源地址是192.168.171.0网段的数据包：ip.src == 192.168.171.0/24
• 2）所有的HTTP POST请求：http.request.method== "POST"
• 3）显示包含TCP SYN标志的包：tcp.flags.syn == 0×02
• 4）URL中包含baidu的http请求：http.request.uri contains "baidu"
  

5、用什么例子来动手学习Wireshak？

本来想借用RainbowChat 这种IM聊天中的TLS/SSL数据包来的分析来实战Wireshak，但考虑到IM通常都是私有协议，不利于理解。

因而接下来的内容将以HTTPS为例，来详细讲解如何借助Wireshak抓出的数据包（正好也顺验证之前那么多跟TLS/SSL加密有关的文章），详细理解和学习Wireshak的使用，同进加深对HTTPS协议本身的理解。

6、什么是HTTPS

SSL/TLS：SSL (Secure Sockets Layer)，最初由Netscape公司设计，后来逐渐演变为TLS(Transport Layer Security Protocol)，即“传输层安全协议”。

该协议工作在TCP层之上，应用层之下。在TCP连接完成后，进行通信双方的身份认证，并协商一些跟加密相关的工作。完成协商之后，就可以对双方发送的信息进行加密/解密了。

HTTPS：可以理解为HTTP over SSL/TLS。即在SSL/TLS协议之上运行HTTP协议，以保证通信的安全性。

更多深入的学习，可以从下面这几篇精选的资料开始：

• 如果这样来理解HTTPS原理，一篇就够了
• 你知道，HTTPS用的是对称加密还是非对称加密？
• 为什么要用HTTPS？深入浅出，探密短连接的安全性
• 一分钟理解 HTTPS 到底解决了什么问题
• 一篇读懂HTTPS：加密原理、安全逻辑、数字证书等
  

7、HTTPS的SSL/TLS握手过程

SSL/TLS的握手过程主要需要解决两个问题：

• 1）证明通信双方身份的真实性；
• 2）协商后续通信过程中使用的密钥；
  

如下图所示：左侧是一个简单的握手流程，右侧为对应的抓包结果，我们可以对比分析一下SSL/TLS的握手过程。



1）C：ClientHello

客户端发送协议版本号、sessionid、随机数、加密算法列表、扩展字段等信息：


2）S：ServerHello

与客户端类似，不同之处在于确定了所使用的加密算法等：


3）S：Certificate

服务端向客户端发送自己的CA证书。客户端通过证书信任链查看该证书的真实性，以验证服务端的身份。其实SSL/TLS协议还支持客户端的CA证书验证，不过在实际中使用较少。



4）S：ServerKey Exchange

服务端根据之前选择的加密算法，传输密钥协商需要的参数。从之前的报文可以看到，这里选择的是EC-DH算法。



5）S：ServerHello Done

该报文表示服务端发送完成。



6）C：ClientKey Exchange

同理，客户端也要根据之前选择的加密算法，传输相应的参数。



7）C：ChangeCipher Spec

经过上述步骤，客户端和服务器双方已经完成了身份认证，并且交换了生成密钥的全部参数。双方会根据对应的算法，各自生成加密密钥，然后就可以进行加密通信了。这个报文表示切换到密文模式，后续消息都通过加密传输。



8）C：Finished

客户端表示握手完成。这里会发送一段Verify Data，是使用新生成的密钥加密后的一段信息。双方通过该信息验证加密算法、密钥是否有效。



9）S：Change Cipher Spec

10）S：Finished

服务段也会发送对应的两条消息作为回应，不再赘述。

8、解密HTTPS报文

握手完成之后，就可以查看客户端发出的HTTP请求了。但我们看到的只是一段加密后的字符串？那么如何对HTTPS报文进行解密呢？

要想解密HTTPS报文，就必须要获取到加密密钥。Chrome、Firefox等浏览器支持将访问网站时使用的密钥输出到文件中。仅需要配置环境变量SSLKEYLOGFILE 即可。

如下：


然后需要将该密钥文件导入到Wireshark中。打开编辑-首选项，选择Protocol-SSL，填写刚才设置的文件路径。



现在，就可以通过Wireshark查看HTTPS请求中的具体信息了！

9、参考资料

[1] TCP/IP详解 - 第17章·TCP：传输控制协议
[2] 理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解
[3] 理论联系实际：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次挥手过程
[4] 网络通讯数据抓包和分析工具 Wireshark 使用教程(中文) [附件下载]
[5] 如果这样来理解HTTPS原理，一篇就够了
[6] 你知道，HTTPS用的是对称加密还是非对称加密？
[7] 为什么要用HTTPS？深入浅出，探密短连接的安全性
[8] 一分钟理解 HTTPS 到底解决了什么问题
[9] 一篇读懂HTTPS：加密原理、安全逻辑、数字证书等
[10] IM聊天系统安全手段之通信连接层加密技术
[11] IM聊天系统安全手段之传输内容端到端加密技术
[12] 传输层安全协议SSL/TLS的Java平台实现简介和Demo演示
[13] 微信新一代通信安全解决方案：基于TLS1.3的MMTLS详解
[14] 手把手教你为基于Netty的IM生成自签名SSL/TLS证书