2017-2018-1 20155327 实验五 通讯协议设计

实验一：

实验要求：

在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业
两人一组
基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端
研究OpenSSL算法，测试对称算法中的AES，非对称算法中的RSA，Hash算法中的MD5
选用合适的算法，基于混合密码系统实现对TCP通信进行机密性、完整性保护。
学有余力者，对系统进行安全性分析和改进。
提交运行结果截图

实验过程：

1.阅读博客：

• OpenSSL
  是一个安全套接字层密码库，囊括主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能及SSL协议，并提供丰富的应用程序供测试或其它目的使用。
• OpenSSL主要的功能部分：
  密码算法库
  SSL协议库
  应用程序
• 在密码算法库的基础上实现的，SSL协议部分完全实现和封装了SSL协议的三个版本和TLS协议。使用协议库，你完全可以建立一个SSL服务器和SSL客户端。

应用程序是基于密码算法库和SSL协议库实现的命令，熟悉OpenSSL可以从使用这些应用程序开始。应用程序覆盖了密码技术的应用，主要包括了各种算法的加密程序和各种类型密钥的产生程序(如RSA、Md5、Enc等等)、证书签发和验证程序（如Ca、X509、Crl等）、SSL连接测试程序（如S_client和S_server等）以及其它的标准应用程序（如Pkcs12和Smime等）。
2.Linux下OpenSSL的安装
过程一般是：

configure
make
make install

OpenSSL的安装也是这样。首先解压源代码：

tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz
然后进入源代码目录：

cd openssl-1.1.0-pre1

然后使用下列命令编译安装：

./configuremakesudo make install

3.Linux下OpenSSL的使用
OpenSSL应用程序

通过man openssl查看帮助文档。

OpenSSL密码算法库

编写一个测试代码test_openssl.c：

#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>int main(){OpenSSL_add_all_algorithms();return 0;
}

然后用下面命令编译：

gcc -o to test_openssl.c -I /usr/local/ssl/inlcude /usr/local/ssl/lib -ldl -lpthread

执行./to;echo $?,结果打印0.
实验中我负责客户端的代码：

实验结果：

实验二：

实验要求：

在Ubuntu中实现对实验二中的“wc服务器”通过混合密码系统进行防护
提交测试截图

实验过程：

1.混合密码系统：

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <resolv.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>#include <openssl/evp.h>#define MAXBUF 1024  void ShowCerts(SSL * ssl)
{  X509 *cert;  char *line;  cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);  if (cert != NULL) {  printf("数字证书信息:\n");  line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);  printf("证书: %s\n", line);  free(line);  line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);  printf("颁发者: %s\n", line);  free(line);  X509_free(cert);  } else  printf("无证书信息！\n");
}  int main(int argc, char **argv)
{  int sockfd, len;  struct sockaddr_in dest;  char buffer[MAXBUF + 1];  SSL_CTX *ctx;  SSL *ssl;  if (argc != 3) {  printf("参数格式错误！正确用法如下：\n\t\t%s IP地址 端口\n\t比如:\t%s 127.0.0.1 80\n此程序用来从某个"  "IP 地址的服务器某个端口接收最多 MAXBUF 个字节的消息",  argv[0], argv[0]);  exit(0);  }  /* SSL 库初始化，参看 ssl-server.c 代码 */  SSL_library_init();  OpenSSL_add_all_algorithms();  SSL_load_error_strings();  ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());  if (ctx == NULL) {  ERR_print_errors_fp(stdout);  exit(1);  }  /* 创建一个 socket 用于 tcp 通信 */  if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {  perror("Socket");  exit(errno);  }  printf("socket created\n");  /* 初始化服务器端（对方）的地址和端口信息 */  bzero(&dest, sizeof(dest));  dest.sin_family = AF_INET;  dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));  if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) {  perror(argv[1]);  exit(errno);  }  printf("address created\n");  /* 连接服务器 */  if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {  perror("Connect ");  exit(errno);  }  printf("server connected\n");  /* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */  ssl = SSL_new(ctx);  SSL_set_fd(ssl, sockfd);  /* 建立 SSL 连接 */  if (SSL_connect(ssl) == -1)  ERR_print_errors_fp(stderr);  else {  printf("Connected with %s encryption\n", SSL_get_cipher(ssl));  ShowCerts(ssl);  }  /* 接收对方发过来的消息，最多接收 MAXBUF 个字节 */  bzero(buffer, MAXBUF + 1);  /* 接收服务器来的消息 */  len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);  if (len > 0)  printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n",  buffer, len);  else {  printf  ("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",  errno, strerror(errno));  goto finish;  }  bzero(buffer, MAXBUF + 1);  strcpy(buffer, "from client->server");  /* 发消息给服务器 */  len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer));  if (len < 0)  printf  ("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",  buffer, errno, strerror(errno));  else  printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n",  buffer, len);  finish:  /* 关闭连接 */  SSL_shutdown(ssl);  SSL_free(ssl);  close(sockfd);  SSL_CTX_free(ctx);  return 0;
}  

service

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>#include <openssl/evp.h>#define MAXBUF 1024int main(int argc, char **argv)
{int sockfd, new_fd;socklen_t len;struct sockaddr_in my_addr, their_addr;unsigned int myport, lisnum;char buf[MAXBUF + 1];SSL_CTX *ctx;if (argv[1])myport = atoi(argv[1]);elsemyport = 7838;if (argv[2])lisnum = atoi(argv[2]);elselisnum = 2;/* SSL 库初始化 */SSL_library_init();/* 载入所有 SSL 算法 */OpenSSL_add_all_algorithms();/* 载入所有 SSL 错误消息 */SSL_load_error_strings();/* 以 SSL V2 和 V3 标准兼容方式产生一个 SSL_CTX ，即 SSL Content Text */ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());/* 也可以用 SSLv2_server_method() 或 SSLv3_server_method() 单独表示 V2 或 V3标准 */if (ctx == NULL) {ERR_print_errors_fp(stdout);exit(1);}/* 载入用户的数字证书， 此证书用来发送给客户端。 证书里包含有公钥 */if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {ERR_print_errors_fp(stdout);exit(1);}/* 载入用户私钥 */if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0){ERR_print_errors_fp(stdout);exit(1);}/* 检查用户私钥是否正确 */if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {ERR_print_errors_fp(stdout);exit(1);}/* 开启一个 socket 监听 */if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {perror("socket");exit(1);} elseprintf("socket created\n");bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));my_addr.sin_family = PF_INET;my_addr.sin_port = htons(myport);my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr))== -1) {perror("bind");exit(1);} elseprintf("binded\n");if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {perror("listen");exit(1);} elseprintf("begin listen\n");while (1) {SSL *ssl;len = sizeof(struct sockaddr);/* 等待客户端连上来 */if ((new_fd =accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr,&len)) == -1) {perror("accept");exit(errno);} elseprintf("server: got connection from %s, port %d, socket %d\n",inet_ntoa(their_addr.sin_addr),ntohs(their_addr.sin_port), new_fd);/* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */ssl = SSL_new(ctx);/* 将连接用户的 socket 加入到 SSL */SSL_set_fd(ssl, new_fd);/* 建立 SSL 连接 */if (SSL_accept(ssl) == -1) {perror("accept");close(new_fd);break;}/* 开始处理每个新连接上的数据收发 */bzero(buf, MAXBUF + 1);strcpy(buf, "server->client");/* 发消息给客户端 */len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));if (len <= 0) {printf("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",buf, errno, strerror(errno));goto finish;} elseprintf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n",buf, len);bzero(buf, MAXBUF + 1);/* 接收客户端的消息 */len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);if (len > 0)printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n",buf, len);elseprintf("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",errno, strerror(errno));/* 处理每个新连接上的数据收发结束 */finish:/* 关闭 SSL 连接 */SSL_shutdown(ssl);/* 释放 SSL */SSL_free(ssl);/* 关闭 socket */close(new_fd);}/* 关闭监听的 socket */close(sockfd);/* 释放 CTX */SSL_CTX_free(ctx);return 0;
}