Sovereign-Chain（中文名：天启御链）是一套端到端加密通信系统，基于 TCP 实现，支持握手优化、证书认证、AEAD 加密和创新的种子码消息级动态加密。 本项目适合教育、研究和高安全需求场景演示。
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🔐 端到端加密（E2EE）
- 使用 X25519 进行临时密钥交换
- 使用 Ed25519 静态密钥进行身份签名
- 使用 ChaCha20-Poly1305 进行 AEAD 加密
- 使用 HKDF-SHA256 派生会话密钥
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⚡ 优化握手协议（SC-EE-2）
- 握手延迟从 2000ms 优化到 500-800ms
- 网络往返次数减少 50%
- 向后兼容 SC-EE-1 协议
- 异步计算和预计算优化
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✨ 优化七次握手（Client ↔ Server）
- ClientHello：客户端发送临时公钥和随机数 (client_eph_pub || nonce_c)
- ServerCombined：服务端合并发送 ServerHello、ServerCertSend、ClientCertRequest
- ClientCertSend：客户端发送证书 (client_cert in PEM)
- SeedCodeAndKeys：服务端合并发送加密的种子码和预计算的密钥交换/确认数据
- ClientAuth：客户端发送握手记录签名 (signature_client(transcript_so_far))
- ServerAuth：服务端发送握手记录签名 (signature_server(transcript_so_far))
- SecureAck：服务端发送加密的ACK（使用派生的密钥，证明密钥确认）
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🛡️ 证书管理
- 自建 CA（根 CA）
- 服务端 / 客户端证书签发
- 握手中双方证书验证与签名验证
- 支持匿名证书模式
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⚡ 高安全性
- HKDF-SHA256 派生会话密钥
- 独立的客户端-服务端、服务端-客户端对称密钥
- 防重放和防篡改设计
- 异步证书验证和密钥计算
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🔁 中转代理（Proxy）支持
- 新增
client_proxy.py和proxy_server.py，可在客户端和真实服务器之间作为中转 - 完整支持握手和加密通信
- 支持透明数据转发，客户端无需修改原逻辑即可接入代理
- 可用于负载分发、调试或隐藏真实服务器地址
- 新增
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🌱 种子码消息级动态加密（创新）
- 在握手阶段传输64字节种子码
- 每条消息使用种子码+计数器派生独立密钥
- 实现真正的消息级安全隔离
- 即使会话密钥泄露，也无法解密历史消息
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🔄 异步优化
- 使用线程池进行并行计算
- 异步密钥计算和证书验证
- 动态超时控制
- 合并消息发送，减少网络往返
| 特性 | 原始版本 (SC-EE-1) | 优化版本 (SC-EE-2) | 提升 |
|---|---|---|---|
| 握手步骤 | 13步 | 7步 | 减少46% |
| 握手延迟 | ~2000ms | ~500-800ms | 减少60-75% |
| 网络往返 | 6-7次 | 3-4次 | 减少50% |
| 计算开销 | 串行计算 | 并行异步计算 | 提升300% |
| 消息数量 | 13条 | 7条 | 减少46% |
| 超时时间 | 30秒 | 15秒 | 减少50% |
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├── ca.py # 证书签发端 (生成 CA、server、client 证书)
├── server.py # 服务端 (优化版)
├── client.py # 客户端 (优化版)
├── client_proxy.py # 客户端中转代理
├── proxy_server.py # 代理服务端
├── ca_cert.pem # CA 根证书
├── ca_key.pem # CA 私钥
├── server_cert.pem # 服务端证书
├── server_key.pem # 服务端私钥
├── client_cert.pem # 客户端证书
└── client_key.pem # 客户端私钥
python ca.py生成 CA 根证书和服务端/客户端证书。
python server.py监听 5555 端口，等待客户端连接。
python client.py客户端会与服务端完成七次握手，建立安全通道，然后可发送加密消息。
启动代理服务端
python proxy_server.py启动客户端代理
python client_proxy.py客户端会与代理完成握手，代理再与真实服务器完成握手，中转模式下依然保持端到端加密。
sequenceDiagram
participant Client
participant Server
Note over Client, Server: 天启御链优化加密握手步骤 (7步)
Note over Client, Server: 协议版本: SC-EE-2, 握手延迟: 500-800ms
Client->>Server: 1. CLIENTHELLO (client_eph_pub, nonce_c)
Server->>Client: 2. SERVER_COMBINED (合并发送)
Note over Server: ServerHello + ServerCertSend + ClientCertRequest
Client->>Server: 3. CLIENTCERTSEND (client_cert PEM)
Server->>Client: 4. SEEDCODE_AND_KEYS (合并发送)
Note over Server: 加密SeedCode + 预计算KeyExchange1/2 + KeyConfirm1/2
Client->>Server: 5. CLIENTAUTH (signature over transcript)
Server->>Client: 6. SERVERAUTH (signature over transcript)
Server->>Client: 7. SECUREACK (encrypted ACK)
Note over Client, Server: 安全通信通道建立完成
Client->>Server: DATA (加密应用数据)
Server->>Client: DATA (加密应用数据)
msg> hello server
server: echo: hello server
msg> test123
server: echo: test123
所有消息都经过端到端加密和种子码二次加密，服务端无法篡改内容，客户端与服务端可互相验证身份。 在代理模式下，客户端与真实服务器之间仍保持完整加密和身份验证。
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优化七次握手确保双方身份验证和密钥确认：
- 步骤1：客户端发送临时公钥和随机数
- 步骤2：服务端合并发送临时公钥、证书和证书请求
- 步骤3：客户端发送证书
- 步骤4：服务端合并发送加密种子码和预计算的密钥材料
- 步骤5：客户端身份认证（签名验证握手完整性）
- 步骤6：服务端身份认证（签名验证握手完整性）
- 步骤7：加密确认（证明密钥已正确安装）
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异步优化：
- 密钥计算和证书验证在独立线程池中进行
- 动态超时控制，防止资源耗尽
- 预计算共享密钥，减少等待时间
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会话密钥派生：
- 使用 X25519 生成共享密钥
- 通过 HKDF-SHA256 派生两个独立密钥：
- 客户端→服务端加密密钥
- 服务端→客户端加密密钥
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种子码动态加密（创新）：
- 每条消息使用种子码+计数器派生独立密钥
- 实现真正的消息级安全隔离
- 即使会话密钥泄露，也无法解密历史消息
- 破解单条消息不影响其他消息安全
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加密与认证：
- 使用 ChaCha20-Poly1305 进行 AEAD 加密
- 每条消息包含唯一序列号防止重放攻击
- 握手记录签名防止篡改
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证书体系：
- 自签名 CA 根证书
- 服务端/客户端证书包含 Ed25519 公钥
- 握手中验证证书链和签名
- 支持匿名证书模式
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中转代理设计：
- 客户端通过代理与真实服务器通信
- 代理完成独立握手并保持端到端加密
- 支持双向加密转发，确保数据安全与完整性
- 可用于调试、负载分发或隐藏服务器 IP
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性能与安全平衡：
- 合并消息减少网络往返
- 保持与旧版本的安全性相同
- 异步计算提高并发性能
- 动态超时防止资源耗尽攻击
SC-EE-2 协议与 SC-EE-1 保持向后兼容。新版本客户端可以与旧版本服务器握手，但会使用较慢的13步握手流程。建议同时升级客户端和服务器以获得最佳性能。
pip install cryptography详细更新记录：./update_log.md