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chenjintao 3a0714c735 Accelerate legacy WSS elliptic-curve operations and time TLS phases

Enable mbedTLS NIST modular reduction and report per-phase handshake timings. Add handshake-loop regression tests and a certificate verification benchmark, and document the full kernel and APP package requirement.

2026-09-16 14:38:43 +08:00

11 KiB

Raw Blame History

旧板 WSS 适配与联调

本次修改位于 legacy-board-wss（基于 legacy-board），默认地址为 wss://banban.api.talkingq.com:443/ws。沿用无 GNSS、默认音量 100 的旧板配置。上板暴露内核缺少 ECDSA 后，已补齐内核 TLS 能力并统一 APP/内核配置；本次必须更新内核和 APP。

后台实测（2026-09-16）

地址	结果
`wss://banban.api.talkingq.com:443/ws`	11:32 复测：TLS 1.2、证书链、域名、WebSocket Accept 校验通过，返回 HTTP 101；此前 404 已解决
`wss://banban.api.talkingq.com:8080/ws`	TLS 握手失败，端口未提供可用的 TLS 服务
`ws://banban.api.talkingq.com:8080/ws`	明文 Upgrade 返回 HTTP 101，Accept 值正确

8080 当前是明文 WebSocket 服务，443 的 WSS 入口已可用。测试没有发送设备身份或业务数据，也没有修改服务器。

若 nginx 与 8080 服务部署在同一主机，可在现有 listen 443 ssl 的域名配置中参考以下转发（由后台按真实部署调整）：

location /ws {
    proxy_pass http://127.0.0.1:8080;
    proxy_http_version 1.1;
    proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
    proxy_set_header Connection "upgrade";
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_read_timeout 300s;
}

可重新运行 powershell.exe -NoProfile -ExecutionPolicy Bypass -File tools\probe_talkingq_wss.ps1。必须得到有效 HTTP 101 和匹配的 Sec-WebSocket-Accept；仅 HTTPS 打得开或证书正常不代表 WebSocket 已可用。

上板 -9774 的修复

11:42 日志中，联网和 MQTT 正常，WSS 在解析根 CA 时返回 -9774（-0x262E：未知签名算法）。ISRG Root X2 使用 ECDSA/SHA-384，原内核 mini TLS 配置没有编译 ECDSA。此前主机 OpenSSL 验证通过，仅能证明证书链有效，不能证明内核支持它。

新增 ql-config/config/talkingq_mbedtls_config.h，由 APP 和内核 mini profile 共用；增加 ECDSA、ECDHE-ECDSA、AES-GCM 和证书日期校验。
内核缺失的 mbedtls/ecdsa.h 从 APP 中同版本 2.28.9 SDK 头文件补入。
ARMCC 编译内核头文件、GCC 编译 APP 头文件，对比 10 种 TLS 类型的大小和关键字段偏移，防止调用内核 API 时结构体布局不一致。
内核的 GetCurrentCompTime() 在此产品上是空 shim。X.509 时间检查改用 mbedtls_time() 的真实 RTC 时间和 UTC 转换，保留证书日期验证。
日志增加失败阶段及十六进制错误码；CA 解析成功会输出 WSS root CA parsed successfully。

不能仅刷 APP 修复本次问题，也不能只用未修改配置的旧内核重新打包。

固件行为

2026-09-16 14:06 板端已通过根 CA 解析、TLS 握手、服务器证书和域名校验。后续 recv data failed / HTTP 0 定位到 APP 接收函数：TLS 返回 WANT_READ/WANT_WRITE 后跳出循环，错误变量仍为初始值 -1，导致误断线。现已在该分支明确清除错误状态，由原握手循环继续等待；真实 EOF、TLS 错误和握手超时仍会结束连接。

inc/talkingq_wss.h 集中定义默认地址。解析独立处理域名、端口、路径，默认端口 443、无路径时默认 /ws；拒绝明文 URL、非法端口、过长字段和 CR/LF 注入。现有存储容量为 64 字节；不支持 IPv6 字面量。
hal_os_get_talkingq_url() 在没有保存地址、或保存值与已知旧默认地址完全匹配时，返回新默认 WSS 地址。此迁移在读取时生效，不改写 Flash。自定义地址保留；自定义明文地址会明确失败，不自动降级。
启用 librws 的 mbedTLS 实现，统一公共和私有头文件中的宏。TCP 继续使用现有蜂窝 PDP profile 1，避免 SDK 定制 mbedtls_net_connect 的 CID/端口 ABI 差异。
设置 SNI 和预期服务器域名，使用 MBEDTLS_SSL_VERIFY_REQUIRED 和 TLS 1.2 下限。没有客户端证书、客户端私钥或双向 TLS。
使用现有 NITZ/RTC 时间检查证书有效期；时间明显未初始化会拒绝连接并打印原因。不会通过关闭校验来绕过时间问题。上板需要确认运营商时间同步有效。
修复 TLS 短写、WANT_READ/WANT_WRITE、断线处理与资源清理；TLS 握手最多等待 20 秒，HTTP Upgrade 最多 10 秒，应用连接等待 45 秒。DNS/TCP 调用和任务调度还会消耗时间，45 秒不是所有底层调用的硬性总期限。
WSS 每次产生随机 WebSocket nonce，校验 HTTP 101、Upgrade、Connection、对应 Accept；支持拆分到多个 TLS 记录的响应头，保留响应头后的 WebSocket 数据。
连接失败唤醒等待方；超时停止待连接 socket，回调只处理对应 socket。工作任务栈从 4 KiB 增至 16 KiB，给 TLS 证书和密码运算留出空间；仍需上板观察实际栈和堆余量。
WebSocket 成功后，仍由原 sendAuthentication() 发送 device_id、serial_number。本次不改变 MQTT、HTTP 下载及其他业务连接。

TLS 握手耗时优化（2026-09-16）

14:20 板端日志中，TCP 在 14:20:39.114 已连接，TLS 在 14:20:48.752 左右完成，约 9.6 秒；HTTP 101 在 14:20:48.894 完成，约再耗时 0.1 秒。原 socket break 仅表示退出 TCP 连接重试循环，现改为 TCP connected; leaving connect loop。这不是固定 10 秒延时，也不是 WebSocket HTTP 握手耗时。

共享 TLS 配置启用 MBEDTLS_ECP_NIST_OPTIM，使用 SDK 自带的 NIST 曲线快速模约减，减少证书 ECDSA 校验和相应 ECDHE 运算的开销。不改变证书信任、域名和日期校验规则，不调整服务器地址、设备鉴权、曲线列表或连接生命周期。

APP 通过 SDK 导出的 mbedtls_ssl_handshake_step 驱动同一 TLS 1.2 握手状态机，保留 WANT 重试和 20 秒超时；仅在 WANT 状态等待，正常状态推进不增加睡眠。每阶段打印 WSS TLS phase ... elapsed=... ms, calls=... ms, retries=...，结束打印 WSS TLS handshake total=... ms。elapsed 是该阶段总时间，calls 是 SDK 调用内累计经过时间（含任务调度，并非纯 CPU 时间），retries 是等待 I/O 的返回次数；时间分辨率为 SDK 的 5 ms tick。证书和密钥交换阶段仍可能同时包含网络与运算时间，不能单凭阶段名归因。

同一 Windows 主机上用实际 SDK crypto/X.509 源码验证相同证书链，各运行 20 次：关闭 NIST 优化平均 36.8 ms，开启后 10.2 ms，约 3.6 倍。两种配置均通过证书链、错误域名、不可信根、证书日期与 AES-GCM 检查。这是主机算法对比，不是板端总握手时间预测。可运行 tools/test_mbedtls_cert.py --compare-nist 复测；tools/test_wss_handshake.py 验证计时握手循环的状态推进、WANT、真实错误、超时与 tick 回绕。

最新包是 artifacts/wss/tls-speed/EG800AKCN_11LG-legacy-wss-fast.zip，本次需要重新编译并烧录内核和 APP。recv-fix 包保留为已上板通过的回退版本。优化包仍需采集阶段日志确认实际收益；若主要耗时在网络等待，再评估会话恢复或提前连接，不能用主机基准推断网络影响。

根证书来源与验证

固件内置的是公共根 CA ISRG Root X2，不是短期服务器证书。

来源：对目标域名进行 Windows 系统信任和域名校验后导出的证书链根。
根证书 DER SHA-256：69729b8e15a86efc177a57afb7171dfc64add28c2fca8cf1507e34453ccb1470。
根证书有效期到 2040-09-17。
实测链：banban.api.talkingq.com → Let's Encrypt YE1 → Root YE（由 X2 交叉签名）→ ISRG Root X2。
当前服务器证书有效期：2026-08-28 至 2026-11-26。后台正常续期且仍能链到内置根时，不需要随服务器证书续期更新固件。
Python/OpenSSL 仅加载从固件源码提取的这一张根 CA，没有加载系统证书库或自动下载中间证书，TLS 1.2 验证成功；错误域名和空信任库均验证失败。
固件进行证书链、有效期和域名验证；未增加 OCSP/CRL 吊销查询。后端更换到其他根 CA 时，需要评估并更新信任根。

可重跑：ql-cross-tool\win32\owtoolchain\Python\python.exe tools\probe_wss_root.py。该测试验证服务器链完整性和内置信任根，不能代替板端 mbedTLS 实测。

构建与验证

tools\test_wss.cmd
ql-cross-tool\win32\owtoolchain\Python\python.exe tools\check_mbedtls_abi.py
build.bat kernel
build.bat app
build.bat firmware

主机测试使用 MSVC 编译实际 URL 和握手解析源码；另从真实实现提取 TLS 写入和取消连接函数，注入桩测试短写、重试、超时、时钟回绕和资源释放。tools/test_wss_receive.py 提取实际接收和握手等待函数，结合实际 HTTP 解析器验证 WANT_READ/WANT_WRITE、分片 101、响应后帧数据保留、超时和时钟回绕、EOF/真实错误、空 TLS 上下文及错误 Accept；修复前可复现误断线，修复后通过。解析测试覆盖合法地址、非法端口、明文拒绝、缓冲区边界、旧地址识别、每个响应头分片边界、非 101、错误/重复 Accept、缺失 Upgrade/Connection 和响应大小上限。

在 Visual Studio 开发者终端运行 ql-cross-tool\win32\owtoolchain\Python\python.exe tools\test_mbedtls_cert.py，使用 SDK 实际 crypto/X.509 源码和共享配置验证内置根 CA、当前服务器证书链、错误域名、空信任库、过期/尚未生效日期，以及 AES-GCM 标准测试向量。测试中的分配器、UTC 时钟和日志适配到 Windows，文件读取由测试程序完成；没有替换证书算法实现。默认使用 artifacts/wss/retest-443/chain-0.pem 至 chain-2.pem，可把探测输出目录作为脚本参数。

导出到下述路径后运行 ql-cross-tool\win32\owtoolchain\Python\python.exe tools\verify_wss_package.py，核对 ZIP CRC、APP/内核与当前构建的字节一致性、无 GNSS 入口以及内核 ECDSA/GCM/日期校验符号。SDK 有既有编译警告，不能仅凭外层批处理退出码认定成功。

最新优化包位于 artifacts/wss/tls-speed/EG800AKCN_11LG-legacy-wss-fast.zip，标准输出为 target/EG800AKCN_11LG/EG800AKCN_11LG.zip，两者字节一致。这是完整多分区烧录包。本次新增内核 NIST 加速，需依次 build.bat kernel、build.bat app、build.bat firmware，不能仅更新 APP。运行 ql-cross-tool\win32\owtoolchain\Python\python.exe tools\verify_wss_package.py 校验默认最新包；也可显式传入该 ZIP 路径。

ecc-fix/EG800AKCN_11LG-legacy-wss-ecc.zip 保留用于对照接收错误。原 artifacts/wss/EG800AKCN_11LG-legacy-wss.zip 存在缺失 ECDSA 的问题，请勿用于验证本次修复。旧板明文 WS 包仍保留在 artifacts/legacy-no-gnss/。

上板验收

443 /ws 已通过主机握手测试；ECC/RTC 和接收修复已在板端通过 TLS、HTTP 101，用户确认功能正常。本次 NIST 加速/计时包仍需上板检查：

无 GNSS 旧板正常启动、蜂窝网络就绪、RTC 时间正确。
先出现 WSS root CA parsed successfully，再出现 WSS TLS handshake and certificate/hostname verification passed。
出现 WebSocket upgrade verified: HTTP 101 和 ws connect okay。
服务器确认原设备鉴权成功，再测试收发音频、断网重连和休眠唤醒。
记录 WSS TLS phase 和 WSS TLS handshake total，同一网络环境多次对比原约 9.6 秒的 TLS 握手耗时。

11 KiB Raw Blame History Unescape Escape