該文章是之前計算機網絡課程的一個作業，所以排版是實驗報告的形式。也只對P2P網絡中使用到的技術的概念進行介紹，想看深入介紹的可以點“X”了。。。然后之前看關於Tox協議的介紹好像也不多，這篇簡單了介紹了Qt + Tox的使用。
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實驗名稱
使用Tox協議進行p2p聊天
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實驗目的
- 了解和使用Tox端到端加密及點對點即時通訊協議
- 了解NAT和UDP打洞
- 了解DHT
- 了解ECDH密鑰交換算法
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實驗內容
創建一個tox實例，綁定回調函數
創建一個tox實例，綁定回調函數
使用Timer每1000ms調用一次tox主循環
處理好友請求，直接調用tox_friend_add_norequest()同意好友申請‘
處理好友發來消息，將消息添加到界面上
處理網絡變化，將狀態添加到界面上
處理好友狀態變化，根據不同場景顯示狀態到界面上
界面上的發送按鈕的點擊事件處理函數，使用tox_friend_send_message（）向好友發送消息
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- NAT穿透：NAT是作為一種解決IPv4地址短缺以避免保留IP地址困難的方案而流行起來，NAT同樣也帶來一些問題，就比如兩個NAT后的主機沒辦法直接連接。為了實現p2p就必須繞過NAT，Tox使用了相比TCP打洞更加可靠的UDP打洞，打洞過程：NAT A下有主機A服務，NAT B下有主機B服務，A服務通過NAT A給B服務發一個包，NAT A會記錄下B服務發過來的包都轉發給A服務，同理B服務通過NAT B向A服務發送一個包，NAT B會記錄下A服務發過來的包都轉發給B服務，此后A服務和B服務就可以通信了。
- DHT：在UDP打洞中，必要條件就是A得知道B使用的公網ip和端口，B也得知道A使用的公網ip和端口。而在DHT網絡中，IP和UDP端口就被放在DHT節點路由表中。每一條路由信息由如下3部分組成：IP Address、UDP Port、Node ID。Tox DHT是基於Kademlia的，在Kademlia中，每個節點有一個唯一ID（Tox中為256bit長），節點之間的距離以兩節點ID異或XOR計算度量，網絡中每個節點可以看為二叉樹中的節點。
Kademlia協議中，每個節點按照與自己的距離來切割節點網絡樹：被切割的子樹稱之為Bucket，每個Bucket以節點ID最長公共前綴划分，也就是說每個Bucket中的節點必然與本節點具有相同的最長公共前綴。
我們從0011節點看，與其他節點最長公共前綴有0，1，2，3四種（對應圖中四個圈起來部分），根據距離的不同放入不同的K桶中（每個K桶容量有限，這個容量也被稱為K值）。
| Bucket0 |
11111 |
11110 |
1110 |
1101 |
1100 |
101 |
… |
| Bucket1 |
0111 |
01101 |
01100 |
01011 |
0100 |
01010 |
… |
| Bucket2 |
000 |
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| Bucket3 |
00101 |
00100 |
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查詢過程：假設ID為X的節點要查詢ID為T的節點，先計算X到T的距離D = X xor T，然后根據這個距離D去對應的k桶取出一定數量的節點（如果數量不足，則向此距離D最近的幾個K桶取），並向這些節點發出FIND_NODE操作，這些節點如果發現自己就是T，就會返回自己是最接近T的，否則計算自己與T的距離然后根據此距離查詢自己對應K桶選取節點返回給X。X接收到返回給他的節點，對這些節點進行FIND_NODE操作，不斷重復此過程直到找到X。理論上只要最多LogN步就可以找到任意一節點。
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- 加密：密鑰交換：X25519；流加密：Xsalsa20；驗證：Poly1305
利用X25519密鑰交換，A和B各自有一公鑰密鑰對，tox使用crypto_box_keypair生成的公鑰密鑰對（均為256bit），此公鑰密鑰對可以用來生成一個共享密鑰。如，A的密鑰和B的公鑰可以生成一個共享密鑰，且此共享密鑰與A的公鑰和B的密鑰可以生成的共享密鑰相同。此后我們利用這個共享密鑰使用XSalsa20 流對稱加密方法對數據加密。
使用密鑰交換，就會出現中間人攻擊的風險，如出現一個C，在A向B發送自己公鑰的時候，C將其改成自己的公鑰，在B向A發送自己公鑰的時候，C也改成自己的公鑰，這樣C就可以監聽和篡改AB之間的通信了。因此需要加入驗證器去驗證對方的身份，tox使用的sodium庫使用的是Poly1305。Poly1305輸入一個256bit密鑰和消息，輸出一個128bit標簽，此標簽就可用來對密鑰和消息進行驗證。使用crypto_box_easy時，會將此128bit標簽放在密文前，這也是每次加密后，密文會比原文多16Byte(128bit)的原因。輸入的密鑰由AB的共享密鑰和一隨機數共同決定。
驗證示例，key為密鑰，out為標簽
Sodium庫中：
生成標簽
驗證
實驗源代碼及注解
不直接貼代碼了，畢竟不是實驗，放gitlab吧
https://gitlab.com/ithepug/toxwithqt