基于XMPP协议的即时通信系统设计和实现

2023-01-07王延军孙欣欣

信息记录材料 2022年11期

王延军，孙欣欣

（中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄 050000）

0 引言

随着智能设备的持续发展，移动终端被广泛应用到人们生活中。即时通信是指能够对互联网消息即时接收和发送的业务，其功能使人们的通信方式有所改变。国内外各平台也有所研究，但不同平台即时通信系统无法解决互联互通问题。所以，对即时通信系统的设计研究尤为重要[1]。

1 系统的体系结构设计

系统体系结构的构成为：其一是服务器。对发送连接和其他实体会话进行管理，转发或者接收XML 流元素到授权服务器和客户端中；其二是协议网关。实现XMPP 协议传输信息和外部消息系统对信息翻译的识别；其三是客户终端。连接服务器，利用XMPP 得到服务器或者任何服务的全部功能。XMPP 网络能够连接各个客户端、服务器，图1为客户端连接架构。

图1 客户端连接架构

通过Android 设计客户端，对通信过程进行初始化，在实现即时通信的过程中，通过客户端对服务器发送创建连接请求。系统利用GPRS 无线网络创建连接，利用服务器和Android 客户端实现即时通信。

服务器端使用Openfire 作为服务器，能够使多个客户端同时登录并且发送到连接服务器中。服务器能够实现客户端连接认证，如果客户端认证通过，就会创建会话，通过此会话上下文实现客户端和服务器端的通信[2]。

1.1 服务器端

使用Java 语言实现Openfire 的开发，基于XMPP 协议实现实时协作服务器的设计，主要特点为跨平台，服务器能够在多种操作系统平台中假设。Openfire 使用XMPP协议，利用各种支持XMPP 协议的IM 客户端软件登录服务。Openfire 服务器的主要特点是通过连接管理组件、会话、管理更新组件等构成，能够实现插件机制，使扩展更加的方便，利用安装插件和其他通信软件进行通讯。在连接网络的过程中，使用Apache 中的MINA 框架进行连接，MINA框架使用高性能、非阻塞性的I/O 底层，使用异步I/O 事件与事件驱动机制，提高服务器的性能和效率，对大量客户端进行处理[3]。

1.2 客户端结构

将Android 平台作为基础设计系统客户端，将XMPP作为即时通信协议，XMPP 是将XML 为基础，对两个任意网络终端进行信息通信。使用Android 平台中的XML 解析包解析XML，因为应用活动在主线程中运行，所以使用多线程技术使系统通信问题得到解决。对于通信安全网问题，系统聊天信息和用户信息通过客户端在Android中存储，图片文件和多媒体文件在Android 虚拟文件存储设备中存储[4]。

1.3 XMPP 协议

XMPP 属于基于标准通用标记语言的子集XML 协议，具有较强的可扩展性。此协议主要包括客户端和服务器，利用计算机网络应用层协议进行工作。XMPP 服务器与客户端利用socket 方式进行通信，实现稳定TCP 连接的创建。通过JID 地址标识符实现不同节点通信的网络寻址，满足设定标准需求，主要包括节点名、域名、资源名。另外，不同客户端和服务器能够通过XML 流实现消息的传递。

2 系统的设计

2.1 客户端设计

通过XMPP 协议实现可靠通信的连接，利用服务器端实现数据组织的管理和消息路由的转发。在此方式使用过程中，能够在添加功能时对服务器修改实现。客户端在设计过程中的原则为实现人机交互，向下封装能够通信接口进行处理，客户端功能模块包括：

2.1.1 注册模块

注册模块能够验证用户登录信息，针对客户端，登录功能能够将创建连接请求发送到服务器端，将用户名与密码作为验证信息。通过服务器查询数据库中用户列表，对用户名与密码进行验证。假如匹配失败，说明验证没有通过。注册功能为新用户提供通信服务入口，根据用户密码和ID 登录，注册模块结构详见图2。

图2 注册模块结构

2.1.2 好友管理模块

通过好友管理模块得出联系人名册并且删除、添加和创建群组，得到联系人名册和用户在线状态与好友列表。通过用户添加好友或者删除，基于对方用户名提出请求，等待应答。通过客户端实现群组聊天，根据用户的不同需求实现不同群组的创建，还能够实现群组的信息交互。

2.1.3 消息处理模块

消息处理模块针对客户端能够接收文本信息、发送。在不同用户之间，文本信息能够利用XML 流传递，消息处理模块能够转变XML 消息和文本消息。用户对好友列表的联系人发送消息，如果对方在线发送成功；如果不在线，利用服务器对信息存储。一个用户能够对多个联系人通信，通过客户端对多线程技术提供支持[5]。

2.1.4 文件传输模块

在已经注册的用户成功登录之后，能够对联系人发送文件传输请求，此请求通过服务器在客户端中转发，客户端接收请求之后回应。假如对方同意，就能够传输文件；要不然就终止文件传输。如果一种方法失败了，就会自动选择另外一个方法：

第一，点对点方法。客户端在对文件进行传输的过程中，要创建P2P 连接。两个用户在同个网络中P2P 连接比较快。但是，在一个用户通过防火墙后，利用P2P 方式传输文件的时候就会失败。

第二，代理服务器方式。假如P2P 连接失败，客户端就会寻找一个代理服务器传输文件。虽然代理服务器方式在文件传输的过程中传输速度比较慢，但是有效。代理服务器方式有效，除非某用户在严格防火墙后，代理服务能够作为服务器外部组件进行使用。

第三，带内文件传输。假如上述传输方法失败，客户端就使文件分割成为数据块，作为编码信息利用IM 服务器实现带内传输。不管网络配置怎样，此方法能够传输文件，但是传输速度比较慢。

2.2 TCPClient 的创建

系统中的服务器端利用ServerSocket 类监听客户端发送Socket 连接请求，要不然就处于等待的状态；如果有，进行后续操作。通过Socket accept（）函数全面监听网络中客户端的连接请求。

在结束Socket 通信后，通过close（）函数关闭终端Socket 通信。服务器能够监听客户端的连接请求，如果存在多客户端连接请求时，要全部处理，通过PC 实现服务器端的实验程序运行[6]。

2.3 安全加密

因为大部分即时通信系统是公开的，所以要求重视即时通信市场的安全性。大部分IM 系统在设计过程中都会对可扩展性进行考虑，但并没有考虑安全问题。主要是大部分免费在线即时信息系统都缺乏加密功能，具备传统企业防火墙功能，提高网络管理难度。

另外，系统中密码管理并不安全，导致账户受到攻击，还能够受到拒绝服务攻击。以此要求假如知道一个用户即时通讯地址，就能够直接将信息发送给对方，导致企业员工、政府工作人员可能对外界泄露数据。其实IM 自身特点会导致IM 系统迅速传输混合病毒和计算机蠕虫。例如，IM 应用比较广泛，为病毒传播提供了环境。IM 集成能够对新目标目录进行查找，满足病毒集群传播需求。IM 能够被简单易变脚本进行控制，大部分IM 系统能够编写脚本，使用户编写VB 系统，对不同方式信息代理进行控制。在为用户提供方便时，还为混合病毒与蠕虫传播提供途径。

企业内部即时通信是高质量统一通信综合战略中重要的一部分。在系统设计过程中要充分考虑交流、传输的安全加密方法。目前简单可行的方法就是实现传输信息的加密传输，使信息流通控制和管理得到加强，本文系统使用BlowFish 算法实现加密。BlowFish 算法能够对64 Bit 长度字符串进行加密。BlowFish 算法包络BF_En 核心算法，此算法输入64 位信息。在预算之后，根据64 位密文方式进行输出。算法加密过程为：

第一，密钥预处理；

第二，信息加密：

使用sbox 对key_sbox 进行填充；

用自己所选择的key8 亦或pbpx，key 能够循环使用；

使用BF_En 加密全0 的64 位信息；

替换key_sbox。

信息加密就是使用函数将待加密信息x 分为32 位的两部分，密钥预处理过程和加密相同，信息解密过程就是使信息加密过程中的key_sbox 进行使用。