TLS-PSK-tuki Java-palvelimessa

Abstract

Ennalta jaettujen salausavaimien protokollan (TLS-PSK) tuelle ei ollut hyvin tunnettua ratkaisua Java-palvelimille, joten opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia esineiden internetin laitteiden ja Java-palvelimien välistä TLS-PSK-tukea. Opinnäytetyön tilaajana toimi Arm Finland Oy.

Opinnäytetyön alussa tavoitteiksi määriteltiin tutkia, mitkä kryptografiakirjastot voisivat tukea TLS-PSK:ta, ja tutkia, mikä näistä sopisi parhaiten täyttämään yrityksen tarpeet. Tutkimustyön lisäksi tavoitteeksi määriteltiin tehdä Java-palvelinsovellus, joka tukee TLS-PSK:ta, käyttäen valittua kirjastoa.

Kryptografiakirjastoksi valikoitui OpenSSL, sillä se tuki TLS-PSK:ta, sille löytyi hyvin tukea muista kirjastoista ja se osoittautui vähiten resursseja vieväksi kirjastoksi. Ennalta jaettujen salausavaimien käsittelyyn valittiin Googlen kehittämä Conscrypt-kirjasto.

Aluksi näitä kirjastoja käyttäen tehtiin JSSE-echo-palvelinsovellus, joka käytti asiakasohjelmien todentamiseen ennalta jaettuja salausavaimia. Palvelimen toiminnallisuuden testaamiseen käytettiin OpenSSL:n asiakasohjelmaa. Kun palvelin osoittautui toimivaksi, tehtiin monipuolisempi Netty-chat-palvelin.

Kun toimiva palvelin saatiin tehtyä, tehtiin suorituskykytesti, jolla pystyi mittaamaan, kuinka monta TLS-kättelyä palvelin kykeni tekemään asiakasohjelmien kanssa sekunnissa. Suorituskykytestejä varten tehtiin palvelimeen sopiva Netty-chat-asiakasohjelma. Tulosten vertailun vuoksi tehtiin myös samankaltaiset Netty-palvelinsovellukset ja -asiakasohjelmat, jotka käyttivät x.509-sertifikaatteja todentamiseen.

Opinnäytetyön lopputuloksena valmistui chat-palvelin, joka käyttää TLS-PSK:ta asiakasohjelmien todentamiseen. Tämä työ todisti, että TLS-PSK:ta voidaan käyttää Java-palvelimessa käyttäen OpenSSL:ää ja Conscryptiä. Jatkossa tätä ratkaisua voidaan käyttää Java-pohjaisissa esineiden internetin palvelimissa

The purpose of the thesis was to research TLS-PSK support between devices of internet of things (IoT) and Java-server. The thesis was done for Arm Finland Ltd.

The first task for the thesis was to investigate which cryptographic libraries support PSK key-exchange algorithms. The second task was to investigate which library would suit the company’s needs the best and the last task was to make a Java-server application using this library.

OpenSSL was chosen to be the cryptographic library because it supported PSKs, it was well supported by other libraries and it proved to be the least resource consuming library. Google’s Conscrypt-library was chosen to be the handler of PSKs.

By using these libraries, a JSSE-echo-server was made. OpenSSL’s s_client command line tool was used to test the functionality of the server. When the server was proved to operate the right way a more useful Netty-chat-server was made.

As an additional task a performance test was made for the server to see how many TLS handshakes the server can operate within a second. To create the test a client had to be done. Also, to compare the results, another version of the server and client that used x.509 certificates were done.

As a result, a chat server was done that uses PSKs to authenticate the clients. This work proved that TLS-PSK can be used in a Java server by using OpenSSL and Conscrypt. In the future, this work can be used as an example in Java based IoT servers.