CN103685300A

CN103685300A - 一种嵌入式web服务器

Info

Publication number: CN103685300A
Application number: CN201310719004.0A
Authority: CN
Inventors: 柯宗贵; 杨育斌; 余志刚
Original assignee: Bluedon Information Security Technologies Co Ltd
Current assignee: Bluedon Information Security Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种嵌入式web服务器，其由网络连接管理模块、http协议解析模块、SSL加解密层模块、session管理模块、业务线程池模块、配置管理模块、日志服务模块、插件管理模块、URL及参数验证安全模块、CGI分发配置管理模块组成。通过本发明可以提供一个实现B/S架构的最小功能集，及高效的实现框架，可以让使用者灵活的为他的嵌入式***定制一个独特小巧的，运行高效，可灵活部署的web服务***，有效的节省了嵌入式***中的计算资源及***部署及维护时间，提高了web服务器的安全性。

Description

一种嵌入式web服务器

技术领域

本发明涉及嵌入式技术领域，尤其涉及一种嵌入式web服务器。

背景技术

随着互联网的发展，以及开发技术的更新，目前市场上所有的嵌入式硬件产品或其他的软件应用类产品都需要为用户提供一个亲切友好的配置管理界面，而目前的趋势是市场上大部分产品都采用B/S架构，这就离不开web服务器软件的使用，市场上比较常见的是采用成熟的商业方案，如Tomcat+Java，Apache+php等，但这类***软件虽然成熟，功能齐全，但体积较大，运行时占用***资源较多，且部署起来较复杂，所以就不太适合一些对***资源敏感的嵌入式设备，或者一些需要在多种***、多种硬件条件下部署的软件***。所以现在就急需一种轻量级的，小型化的，可方便跨平台部署，且可方便与其他***交互的小型web服务器。且相对于公开的商业实现方案的***漏洞较容易获取来说，该方案将在***安全性方面有所增强。

目前市场上很多B/S架构的***采用Java来实现，一般采用tomcat+Java，tomcat作为web服务器，Java作为动态页面的实现。该架构的缺点是Java运行需要Java运行库及虚拟机的支持，而Java运行库及虚拟机体积大，运行效率较低，此方案不适合嵌入式设备等对***资源非常敏感的***。

还有一种常见的B/S实现采用Apache+php，该架构实现以Apache作为web服务器，php作为后端动态页面脚本语言。该架构在***资源占用方面勉强可以接受，但部署起来不是很方便。现假设有一套应用***采用该架构实现，而该***需要面对不同的用户环境，有些用户环境中已经有现成的Apache+php，且其中可能有网站***，而有些用户***中没有Apache+php，或者只有其中之一，那请考虑一下该应用***的安装包如何制作比较好呢？又要不破坏用户已有的***环境，又要让自己的应用***的B/S架构跑起来，是不是很复杂？所以当这样的实现方案需要面对很多种客户***环境时，部署将非常复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种嵌入式web服务器，其由网络连接管理模块、http协议解析模块、SSL加解密层模块、session管理模块、业务线程池模块、配置管理模块、日志服务模块、插件管理模块、URL及参数验证安全模块、CGI分发配置管理模块组成。

网络连接管理模块维护嵌入式web服务器与浏览器客户端的socket网络连接，处理网络并发，收发网络原始数据流。

SSL加解密层采用OpenSSL负责处理https协议传输的SSL加密数据，当浏览器客户端是https连接时，浏览器传输过来的请求数据将由SSL加解密层负责解密，然后交给下一层处理，嵌入式web服务器处理完成后的html数据将再由该层加密回传浏览器客户端。

http协议解析模块负责分析socket网络连接传输过来的http协议内容。

session管理模块负责维护http协议层的网络会话，维持浏览器客户端用户的持续会话操作。

业务线程池模块负责维护嵌入式web服务器处理客户端请求时的线程，当有客户端请求时，***从该线程池请求可用线程，用完归还，且线程池可随着嵌入式web服务器的负载弹性伸缩。

配置管理模块负责维护整个嵌入式web服务器的配置管理参数的加载及维护。

日志服务模块负责整个***的日志记录和收集，日志服务支持本地及远程记录，也支持与操作***日志***集成，可灵活配置。

URL及参数验证安全模块，验证URL及请求参数合法性，作为web应用程序安全防护机制。

CGI分发配置管理模块负责配置及管理客户端请求的URL与后端动态页面或CGI程序的对应关系，将客户端的请求分发到正确的处理程序，并返回结果。

插件管理模块，通过该模块嵌入式web服务器支持灵活的插件功能，通过插件功能可以给该web服务器弹性增加功能集。

本发明技术方案带来的有益效果：

本发明技术方案有效针对了目前市场上成熟的B/S架构大部分大量占用***空间，运行时大量占用***资源，不适合嵌入式***或需要灵活部署到客户***上的软件***，提供了一个实现B/S架构的最小功能集，及高效的实现框架，可以让使用者灵活的为他的嵌入式***定制一个独特小巧的，运行高效，可灵活部署的web服务***，有效的节省了嵌入式***中的计算资源及***部署及维护时间，提高了web服务器的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的嵌入式web服务器的***架构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明为了解决现有市场上成熟的web服务器(apache、iis)太大型化，功能齐全，但太占空间，配置使用较复杂，且具有太多的公开安全漏洞，不太适合在一些对***资源占用较敏感的嵌入式***中使用。本发明专门为嵌入式或对***资源敏感***提供一种实现web管理服务而需要的小型、高效的嵌入式web服务器。

本发明提供的一种嵌入式web服务器，离不开以下三大部分：1、web服务器管理网络连接，实现http/https协议等；2、后端动态页面来实现web界面中的动态交互内容（CGI）；3、URL及请求参数合法性验证机制，作为web应用程序安全防护机制。

如图1所示为本发明的嵌入式web服务器的***架构图。本发明的嵌入式web服务器采用跨平台的POCO C++Libraries开发库来实现，保证了该嵌入式web服务器跨平台特性同时也保证了***的运行效率。嵌入式web服务器由网络连接管理模块、http协议解析模块、SSL加解密层模块、session管理模块、业务线程池模块、配置管理模块、日志服务模块、插件管理模块、URL及参数验证安全模块、CGI分发配置管理模块组成。

SSL位于应用层和传输层之间，它可以为任何基于TCP等可靠连接的应用层协议提供安全性保证。SSL协议本身分为两层：

上层为SSL握手协议（SSL handshake protocol）、SSL密码变化协议（SSLchange cipher spec protocol）和SSL警告协议（SSL alert protocol）；底层为SSL记录协议（SSL record protocol）。

其中：

SSL握手协议：是SSL协议非常重要的组成部分，用来协商通信过程中使用的加密套件（加密算法、密钥交换算法和MAC算法等）、在服务器和客户端之间安全地交换密钥、实现服务器和客户端的身份验证。

SSL密码变化协议：客户端和服务器端通过密码变化协议通知对端，随后的报文都将使用新协商的加密套件和密钥进行保护和传输。

SSL警告协议：用来向通信对端报告告警信息，消息中包含告警的严重级别和描述。

SSL记录协议：主要负责对上层的数据（SSL握手协议、SSL密码变化协议、SSL警告协议和应用层协议报文）进行分块、计算并添加MAC值、加密，并把处理后的记录块传输给对端。

http协议解析模块负责分析socket网络连接传输过来的http协议内容，如通常的get、post请求等数据的解析和还原。

session管理模块负责维护http协议层的网络会话，维持浏览器客户端用户的持续会话操作。session对象，就是客户端浏览器与服务器之间建立的互动信息状态。每一个不同的用户连接将得到不同的session，也就是说session与用户之间是一种一对一的关系。session在用户进入网站时由服务器自动产生，并在用户正常离开站点时释放。使用session的好处就在于，将很多与用户相关的信息，例如用户的帐号、昵称等保存到session中，利用session跟踪用户在网站上的活动。

配置管理模块负责维护整个嵌入式web服务器的配置管理参数的加载及维护，配置信息支持ini、xml等文件格式。

CGI分发配置管理模块负责配置及管理客户端请求的URL与后端动态页面或CGI程序的对应关系，将客户端的请求分发到正确的处理程序，并返回结果。嵌入式web服务器根据请求方法的不同，做出不同的响应。如果请求方法为HEAD，则直接向浏览器返回响应首部；如果请求方法为GET，则在返回响应首部的同时，将客户端请求的URL目标文件从服务器上读出，并且发送给客户端浏览器；如果请求方法为POST，则将客户发送过来的表单信息传送给相应的CGI程序，作为CGI的参数来执行CGI程序，并将执行结果发送给客户端浏览器。功能实现也是通过建立连接、绑定端口、进行侦听、请求处理等来实现的。

页面解析也就是CGI程序，即通用网关接口（Common Network Interface）技术，它支持web数据动态刷新、转换和显示。采用c\c++来编写，以保证最大的运行效率。基于CGI接口设计的程序运行在嵌入式web服务器端，像其他类型程序设计一样，其必须通过CGI标准格式进行编写。CGI程序的运行由浏览器端的输入触发，它的任务就是执行指令，将所需数据转换为环境变量进行处理，并回传处理结果。嵌入式web服务器与CGI程序之间通过四种途径进行通信：环境变量、命令行、标准输入和标准输出。

CGI的基本工作过程为：根据浏览器的请求，CGI程序通过执行嵌入式web服务器指令，调用其它应用程序进行处理，最后将处理结果以HTML形式反馈给浏览器显示。

该嵌入式web服务器与普通web服务器一样，能够完成接收客户端请求、分析请求、响应请求、向客户端返回请求结果等任务。它的工作过程包括:

(a)完成嵌入式web服务器的初始化工作，如创建环境变量、创建TCP套接字、绑定端口、开始侦听、进入循环结构，以及等待接收客户浏览器的连接请求；

(b)当有客户端连接请求时，嵌入式web服务器负责接收客户端请求，并保存相关请求信息；

(c)在接收到客户端的连接请求之后，分析客户端请求，解析出请求的方法、URL目标、可选的查询信息及表单信息，同时根据请求做出相应的处理；

(d)嵌入式web服务器完成相应处理后，向客户端浏览器发送响应信息，关闭与客户机的TCP连接。

在本发明中通过web应用程序安全防护机制，用合法请求授权的方式来防护web应用程序的安全性，在利用该web服务器作应用程序开发的时候，需要利用URL及参数验证安全模块的独特标记语言，对web应用程序的所有URL请求的地址及请求参数作详细定义，当该模块发现用户请求的内容和这些预定义的内容不符时将阻断该次或者该客户端的所有请求，以达到web安全防护，使该web服务器在安全性上与其他web服务器有显著的加强及独特性。

安全标记语言示例：

安全标记语言说明：

Config：总安全配置标记。

Plugin：单URL安全定义。

Name：URL名字描述。

Path：URL地址。

Class：处理该URL的对应后台CGI。

Paramnum：该URL提交的参数个数。

Action：该URL的提交方式，GET、POST等http请求方式。

Params：参数定义标记。

Param：详细参数定义标记。

Param-name：参数名称。

Format：参数所包含的内容类型。支持正则表达式。

Length：参数内容最大长度。

该示例定义了web应用的两个URL。第一个定义用户登录界面的URL为：/login，对应的后台处理CGI为：UserLogin，该请求的方法是：post，参数有两个：username和password，且内容都只能是字母和数字的组合，参数内容长度都不能超过20。第二个定义获取文件列表的URL为：/filelist.php，对应的后台处理CGI为：GetDirHandler，该请求的方法是：get，上传参数只有一个pathname，且该参数上传的内容只能是”/home/jack”，最大长度不能超过256，如果web服务器收到的请求不在这些安全定义的范围内，将阻断该用户的请求。

本方案中的动态页面解析CGI部分可采用多种方案实现，如用C\C++开发CGI，或利用php、perl等动态脚本解析语言，采用php、perl等动态脚本解析语言的时候，只需要在部署时将该语言的运行环境最小化打包即可。采用后者的好处是开发效率将增高，但缺点是产生了对第三方运行时的依赖，部署相对前者将稍微复杂。

以上对本发明实施例所提供的一种嵌入式web服务器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种嵌入式web服务器，其特征在于，其由网络连接管理模块、http协议解析模块、SSL加解密层模块、session管理模块、业务线程池模块、配置管理模块、日志服务模块、插件管理模块、URL及参数验证安全模块、CGI分发配置管理模块组成；

网络连接管理模块维护嵌入式web服务器与浏览器客户端的socket网络连接，处理网络并发，收发网络原始数据流；

SSL加解密层采用OpenSSL负责处理https协议传输的SSL加密数据，当浏览器客户端是https连接时，浏览器传输过来的请求数据将由SSL加解密层负责解密，然后交给下一层处理，嵌入式web服务器处理完成后的html数据将再由该层加密回传浏览器客户端；

http协议解析模块负责分析socket网络连接传输过来的http协议内容；

session管理模块负责维护http协议层的网络会话，维持浏览器客户端用户的持续会话操作；

业务线程池模块负责维护嵌入式web服务器处理客户端请求时的线程，当有客户端请求时，***从该线程池请求可用线程，用完归还，且线程池可随着嵌入式web服务器的负载弹性伸缩；

配置管理模块负责维护整个嵌入式web服务器的配置管理参数的加载及维护；

日志服务模块负责整个***的日志记录和收集，日志服务支持本地及远程记录，也支持与操作***日志***集成，可灵活配置；

URL及参数验证安全模块，验证URL及请求参数合法性，作为web应用程序安全防护机制；

CGI分发配置管理模块负责配置及管理客户端请求的URL与后端动态页面或CGI程序的对应关系，将客户端的请求分发到正确的处理程序，并返回结果；

2.根据权利要求1所述的嵌入式web服务器，其特征在于，在本发明中通过web应用程序安全防护机制，用合法请求授权的方式来防护web应用程序的安全性，在利用该web服务器作应用程序开发的时候，需要利用URL及参数验证安全模块的独特标记语言，对web应用程序的所有URL请求的地址及请求参数作详细定义，当该模块发现用户请求的内容和这些预定义的内容不符时将阻断该次或者该客户端的所有请求，以达到web安全防护，使该web服务器在安全性上与其他web服务器有显著的加强及独特性。

3.根据权利要求1所述的嵌入式web服务器，其特征在于，嵌入式web服务器与CGI程序之间通过四种途径进行通信：环境变量、命令行、标准输入和标准输出。

4.根据权利要求1或3所述的嵌入式web服务器，其特征在于，基于CGI接口设计的程序运行在嵌入式web服务器端，像其他类型程序设计一样，其必须通过CGI标准格式进行编写。

5.根据权利要求4所述的嵌入式web服务器，其特征在于，CGI的基本工作过程为：根据浏览器的请求，CGI程序通过执行嵌入式web服务器指令，调用其它应用程序进行处理，最后将处理结果以HTML形式反馈给浏览器显示。

6.根据权利要求1所述的嵌入式web服务器，其特征在于，其工作过程为：

a)完成嵌入式web服务器的初始化工作，如创建环境变量、创建TCP套接字、绑定端口、开始侦听、进入循环结构，以及等待接收客户浏览器的连接请求；

b)当有客户端连接请求时，嵌入式web服务器负责接收客户端请求，并保存相关请求信息；

c)在接收到客户端的连接请求之后，分析客户端请求，解析出请求的方法、URL目标、可选的查询信息及表单信息，同时根据请求做出相应的处理；

d)嵌入式web服务器完成相应处理后，向客户端浏览器发送响应信息，关闭与客户机的TCP连接。

7.根据权利要求1所述的嵌入式web服务器，其特征在于，本发明中的动态页面解析CGI部分可采用多种方案实现，例如用C\C++开发CGI，或利用php、perl动态脚本解析语言，采用php、perl等动态脚本解析语言的时候，只需要在部署时将该语言的运行环境最小化打包即可。