2018-2019-2 20175327 实验五《网络编程与安全》实验报告
实验步骤:
任务一
实验要求：两人一组结对编程：
- 参考http://www.cnblogs.com/rocedu/p/6766748.html#SECDSA
- 结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
- 结对实现从上面功能中获取的表达式中实现后缀表达式求值的功能,调用MyDC.java
- 上传测试代码运行结果截图和码云链接
实验过程：
- 将运算符写在两个操作数中间的表达式，称为“中缀表达式”，如1+2*(3-4)+5。在中缀表达式中，运算符具有不同的优先级，圆括号用于改变运算符的运算次序，所以求值过程不能直接按照从左到右的顺序进行。
- 将运算符写在两个操作数之后的表达式称为“后缀表达式”，如上面的中缀表达式可转换为后缀表达式1 2 3 4 - * + 5 +。后缀表达式中没有括号，而且运算符没有优先级。后缀表达式的求值过程能够严格地从左到右按顺序进行，符合运算器的求值规律。
- 表达式求值算法分两步进行：①中缀转后缀；②求后缀表达式的值。
- 由中缀式求得后缀式可以使用栈，伪代码如下：
- 设立一个栈，存放运算符，首先栈为空；
- 从左到右扫描中缀式，若遇到操作数，直接输出，并输出一个空格作为两个操作数的分隔符；
- 若遇到运算符，则与栈顶比较，比栈顶级别高则进栈，否则退出栈顶元素并输出，然后输出一个空格 作分隔符；
- 若遇到左括号，进栈；若遇到右括号，则一直退栈输出，直到退到左括号止。
- 当栈变成空时，输出的结果即为后缀表达式。
实验主要代码：
MyBC.java
import java.util.*;
public class MyBC {
private Stack<String> stack;
private List<String> list;
private String message, Message = "";
public MyBC() {
stack = new Stack<String>();//用来暂时存放运算符的栈
list = new ArrayList<String>();//用来暂时存放操作数及运算符的列表
}
public void conversion(String expr) { //中缀转后缀
String token;
StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(expr);
while (tokenizer.hasMoreTokens()) {
//当tokenizer有下一个值时，进行循环，并把值赋给token
token = tokenizer.nextToken();
if (token.equals("(")) {
//如果是左括号，入栈
stack.push(token);
} else if (token.equals("+") || token.equals("-")) {
//如果是“+”或“-”，继续判断栈是否为空
if (!stack.empty()) {
//如果栈非空，判断栈顶元素是什么
if (stack.peek().equals("(")) {
//如果栈顶为“（”，运算符入栈
stack.push(token);
} else {
//否则先把栈顶元素移除，加到列表中，再将运算符入栈
list.add(stack.pop());
stack.push(token);
}
} else {
//若栈为空，运算符入栈
stack.push(token);
}
} else if (token.equals("*") || token.equals("÷")) {
//如果是“*”或“÷”，继续判断栈是否为空
if (!stack.empty()) {
//如果栈非空，判断栈顶元素是什么
if (stack.peek().equals("*") || stack.peek().equals("÷")) {
//如果栈顶为“*”或“÷”，先把栈顶元素移除，加到列表中，再将运算符入栈
list.add(stack.pop());
stack.push(token);
} else {
//如果栈顶为其他，运算符直接入栈
stack.push(token);
}
} else {
//如果栈为空，运算符直接入栈
stack.push(token);
}
} else if (token.equals(")")) {
//如果遇到“）”，开始循环
while (true) {
//先把栈顶元素移除并赋给A
String A = stack.pop();
if (!A.equals("(")) {
//如果A不为“（”，则加到列表
list.add(A);
} else {
//如果A为“（”，退出循环
break;
}
}
} else {
//如果为操作数，进入列表
list.add(token);
}
}
while (!stack.empty()) {
//将栈中元素取出，加到列表中，直到栈为空
list.add(stack.pop());
}
ListIterator<String> li = list.listIterator();//返回此列表元素的列表迭代器（按适当顺序）。
while (li.hasNext()) {
//将迭代器中的元素依次取出，并加上空格作为分隔符
Message += li.next() + " ";
li.remove();
}
message = Message;
}
public String getMessage() {
return message;
}
}
MyDC.java
import java.util.*;
public class MyDC {
private final char ADD = '+';
private final char SUBTRACT = '-';
private final char MUTIPLY = '*';
private final char DIVIDE = '/';
private Stack<Integer> stack;
public MyDC(){
stack = new Stack<Integer>();
}
public int evaluate(String expr){
int op1,op2,result = 0;
String token;
StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(expr);
while(tokenizer.hasMoreTokens()){
token = tokenizer.nextToken();
if(isOperator(token)){
op2 = (stack.pop().intValue());
op1 = (stack.pop().intValue());
result = evalSingleOp(token.charAt(0),op1,op2);
stack.push(new Integer(result));
}
else {
stack.push(new Integer((Integer.parseInt(token))));
}
}
return result;
}
private boolean isOperator(String token){
return (token.equals("+")||token.equals("-")||token.equals("*")||token.equals("/"));
}
private int evalSingleOp(char operation,int op1,int op2) {
int result = 0;
switch (operation){
case ADD:
result = op1+op2;
break;
case SUBTRACT:
result = op1-op2;
break;
case MUTIPLY:
result = op1*op2;
break;
case DIVIDE:
result = op1/op2;
}
return result;
}
}
测试代码:
Calculator.java
import java.util.*;
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
String expression;
int result;
MyBC nts = new MyBC();
MyDC value = new MyDC();
System.out.println("Please input a nifix expression");
Scanner in = new Scanner(System.in);
expression = in.nextLine();
nts.conversion(expression);
System.out.println("The postfix expression is :"+nts.getMessage());
result = value.evaluate(nts.getMessage());
System.out.println("The result is :"+result);
}
}
实验截图：
任务二：
实验要求
- 结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
- 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
- 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
- 客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式通过网络发送给服务器
- 服务器接收到后缀表达式，调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
- 客户端显示服务器发送过来的结果
实验原理
java.net.Socket』：
- 套接字是一个网络连接的端点。在java中，使用java.net.Socket对象来表示一个套接字。
- 要创建一个套接字，可以使用Socket的构造方法，如：public Socket(java.lang.String host, int port)。其中，host是远程机器名或IP地址，port是远程应用程序的端口号。
- 一旦成功创建了Socket类的一个实例，就可以使用它发送或接收字节流。要发送字节流，必须先调用Socket类的getOutputStream方法来获取一个java.io.OutputStream对象。要向远程应用程序发送文本，通常要从返回的OutputStream对象构建一个java.io.PrintWriter对象。要接收来自连接的另一端的字节流，可以调用Socket类的getInputStream方法，它返回一个java.io.InputStream。
『java.net.ServerSocket』： - ServerSocket是服务器套接字的一个实现。ServerSocket和Socket不同，服务器套接字的角色是，等待来自客户端的连接请求。一旦服务器套接字获得了一个连接请求，它就会创建一个Socket实例，以处理和客户端的通信。
实验截图：
任务三：
实验要求
- 一人负责客户端，一人负责服务器
- 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
- 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
- 客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
- 服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密（和客户端协商密钥，可以用数组保存），然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
- 客户端显示服务器发送过来的结果
实验原理
- 实现DES加密主要有以下几个步骤：
- 对称密钥的生成和保存；
- 使用对称密钥进行加密和解密；
- 从文件中获取加密时使用的密钥，使用密钥进行解密。
实验截图：
任务四：
实验要求：
- 密钥分发结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
- 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
- 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
- 客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器
- 客户端和服务器用DH算法进行DES或AES算法的密钥交换
- 服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
- 客户端显示服务器发送过来的结果
实验过程
- 两人先使用Key_DH类生成各自的DH公钥和私钥
- 俩人使用对方的公钥和自己的私钥，用KeyAgree，生成共享密钥
- 客户端使用共享密钥对原有的密钥进行加密，并把密文和加密后的密钥传输给服务器
- 服务器先用共享密钥对客户端加密的密钥进行解密，再用解密后的密钥解密密文
实验截图：
任务五：
实验要求：
- 完整性校验结对编程：
- 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
- 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
- 客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器
- 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
- 服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，解密后计算明文的MD5值，和客户端传来的MD5进行比较，一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
- 客户端显示服务器发送过来的结果
实验原理：
Java密码学算法中“Java摘要算法- MD5”部分的内容
实验截图：
码云链接： 代码
实验体会
此次实验的内容主要是是网络编程，同时结合密码学算法。在这次实验之前，虽然有学过Java网络编程理论内容，但真正自己动手编程时，发现并不太理解如何实现客户端和服务器，在和结对伙伴一起复习网络编程和密码学算法相关内容后，我们参考书上代码和Java 密码学算法，最终完成了实验，在这个过程中，我们复习了相关知识，也学到了很多信息安全的内容。