这次是从 socket 开始实现一个邮件客户端,也是计算机网络实验的作业之一,大概算是从 socket 开始实现一个简单的 FTP 客户端的姊妹篇了。

MIME, SMTP 和 POP3 相关概念

电子邮件的概念就不再提了,相信各位都不陌生,这里要提的是 MIME , MIME(ultipurpose Internet Mail Extensions) 是最初电子邮件设定的一个拓展,这个拓展允许了非 ASCII 字符、二进制格式附件等多种格式的邮件消息,可以说 MIME 是现代电子邮件中很重要的一环,具体的标准非常多,从RFC 1847RFC 2045RFC 2046RFC 2047RFC 4288RFC 4289RFC 2049RFC 2231RFC 2387中都有提。

具体来说,作为一个 MIME 格式的邮件,一般包含有 From(发信人),To(收信人),Subject(邮件主题),Date(日期),MIME-Version(遵循 MIME 的版本),Content-Type(内容类型),Content-Transfer-Encoding(基本传输编码)等基本信息,你可以在自己手动编写的时候直接把 raw 的邮件输出看一下,然后可以选择自己处理或者直接用 Python 里 email 库里的东西。如果你想详细地了解邮件的格式信息,可以翻一下上面的标准。

再说说 SMTP(简单邮件传输协议,Simple Mail Transfer Protocol) 和 POP(邮局协议,Post Office Protocol),POP3 是 POP 的最新标准,简单点来说,SMTP 是发送邮件相关的协议,而 POP3 是管理收件相关的协议,当然管理收件我们也可以选择 IMAP ,IMAP 相对于 POP3 更加灵活一些,如果感兴趣 IMAP 、 SMTP 以及 POP 的标准,可以 wiki 一下,这里不再多说。

实现 POP3

个人感觉无论是 POP3 还是 SMTP 来说,与 FTP 都很像,如果看过 FTP 的实现,这个大概也不难理解。

当然最开始依然是用与服务器建立 socket 通信:

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sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((self.url, self.port))

之后会收到服务器的应答,以 163 的非 SSL 端口为例,会回复:

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+OK Welcome to coremail Mail Pop3 Server

值得一提的是,POP3 中,对于命令的正确应答一般都是以+OK开头的,这省了不少事。

这之后列举 POP3 的常用命令:

USER 和 PASS

字面意思,用于认证,分别是用户名和密码,发送格式为'USER ' + 用户名 + '\r\n' 和‘PASS ‘ + 密码 + ‘\r\n’,如果正确的话会返回+OK`和邮箱状态提示。

STAT

显示邮箱状态,发送格式为'STAT\r\n',正常的话返回+OK以及邮件数目和总占用空间大小。

LIST

返回每一封邮件的状态,发送格式为'LIST\r\n',正常的话返回+OK以及邮件数目和总占用空间大小,之后每一行返回一个邮件的序号和他的大小,换行符为\r\n

RETR

返回某一编号的邮件的全部数据,发送格式为'RETR ' + 编号 + '\r\n',正常的话会直接返回邮件的所有数据,这些数据可以直接用 email 模块里的方法处理。

DELE

删除某一编号的邮件,发送格式为'DELE ' + 编号 + '\r\n'

RSET

撤消删除的决定,发送格式为'RSET\r\n'

QUIT

断开连接,并更新邮件列表(即执行刚才的删除),发送格式为'QUIT\r\n'

NOOP

这个是向服务器表示存活的,即防超时断开,发送格式为'NOOP\r\n'

SMTP 的实现

依然是先建立 socket 连接,然后就是发送HELO请求或者EHLO请求,之后再进行其他的操作。

HELO 和 EHLO

HELO 或者 EHLO 在与 SMTP 服务器建立连接之后是必须,是和服务器确认身份的命令,发送格式为'HELO ' + 邮件域 + '\r\n' 或者 'EHLO ' + 邮件域 + '\r\n',例如,和 163 邮件服务器通信,须发送EHLO 163.com\r\n,HELO 和 EHLO 作用虽然相同,但返回是不同的,EHLO相对于 HELO 会返回 SMTP 服务器的认证方式信息,例如:

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250-hz-b-163smtp1.163.com
250-mail
250-PIPELINING
250-8BITMIME
250-AUTH LOGIN PLAIN
250-AUTH=LOGIN PLAIN

250-AUTH LOGIN PLAIN指明了认证方式是 LOGIN 和 PLAIN,除此之外,认证方式还有 CRAM-MD5 、 GSSAPI 、 DIGEST-MD5、 MD5,这里我们介绍前三种:

LOGIN 认证

LOGIN 是基于 BASE64 编码的认证。

具体步骤为:

  1. 客户端发送AUTH LOGIN\r\n请求认证。
  2. 服务器返回334 VXNlcm5hbWU6,后面即 BASE64 编码的Username:
  3. 发送 BASE64 编码的用户名。
  4. 服务器返回334 UGFzc3dvcmQ6,后面即 BASE64 编码的Password:
  5. 发送 BASE64 编码的密码。
  6. 服务器返回 235 ,认证成功。
PLAIN 认证

还是基于 BASE64 的认证。(其实感觉 BASE64 基本是防君子不防小人的东西,基本和明文区别不太大了。)

具体步骤为直接发送’AUTH PLAIN ‘,然后再发送BASE64编码下的用户名+\0+用户名+\0+密码,也有的服务器是两者直接合并发送。

CRAM-MD5 认证

还是基于 BASE64 的认证。

具体步骤为:

  1. 客户端发送AUTH CRAM-MD5
  2. 服务器返回 334 以及一段 BASE64 编码的值,解开后是<24609.1047914046@popmail.Space.Net>这种形式,我们把前者称为一个随机值。
  3. 我们通过公式MD5((密码 XOR opad), MD5((密码 XOR ipad), 随机值))(ipad 和 opad 为 Keyed-MD5 算法规定的常数)组合一个新密文,然后把 BASE64 编码的用户名 + ' ' + 新密文发送过去。
  4. 返回认证成功。

这基本是一种挑战式的认证,非 SSL 下感觉除了中间人攻击就没辙了。

剩下的几种可以参照这里,如果后面有时间,我会再翻译一下= x =。

MAIL

MAIL 命令的格式为'mail from: <' + 发件人 + '>',是设定发件人初始化邮件的命令,正常返回 250。

RCPT

RCPT 命令的格式为'rcpt to: <' + 收件人 + '>',正常返回 250 ,如果有多个收件人,就多次发送这个命令就好。

DATA

DATA 命令的格式为'DATA\r\n',之后接到 354 状态码就可以发送邮件内容了,如果想省事的话,这里完全可以用 email 模块里的方法生成str类型的邮件。最后以\r\n.\r\n结束。正常返回 250。(这里没有试验一次多封邮件的状况是不是多次使用 DATA 命令。)

RSET

放弃该邮件,格式为'RSET\r\n'

QUIT

发送并推出,格式为'QUIT\r\n'

完全不想提的 GUI 部分

好像没啥好说的,因为之前就写过邮件管理的 GUI ,所以这次基本也是轻车熟路了。要说注意的就还是线程安全问题。

最后

SMTPPOP3 在 Python 中也有现成的模块,可以去看看来提升一下自己代码的美观。

想看源码的戳我,然后我默默地继续去复习软件安全 (:з」∠)_。

拓展阅读:
SMTP AUTH
MIME wiki 页面(众标准也在里面)
POP3 wiki 页面(众标准也在里面)
SMTP wiki 页面(众标准也在里面)