2017-2018-1 20155232 实验五 通讯协议设计

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Linux下OpenSSL的安装与使用

OpenSSL简介

OpenSSL是一个SSL协议的开源实现，采用C语言作为开发语言，具备了跨平台的能力，支持Unix/Linux、Windows、Mac OS等多种平台。

OpenSSL最早的版本在1995年发布，1998年后开始由OpenSSL项目组维护和开发。当前最新的版本是1.1.0 alpha版本，完全实现了对SSLv1、SSLv2、SSLv3和TLS的支持。。目前，OpenSSL已经得到了广泛的应用，许多类型的软件中的安全部分都使用了OpenSSL的库，如VOIP的OpenH323协议、Apache服务器、Linux安全模块等等。

基本功能

OpenSSL整个软件包大概可以分成三个主要的功能部分：

• 密码算法库

• SSL协议库

• 应用程序

密码算法库是一个强大完整的密码算法库，它是OpenSSL的基础部分，也是很值得一般密码安全技术人员研究的部分，它实现了目前大部分主流的密码算法和标准。主要包括对称算法、非对称算法、散列算法、数字签名和认证、X509数字证书标准、PKCS12、PKCS7等标准。其他两个功能部分SSL协议和应用程序都是基于这个库开发的。

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）。

实验步骤

实验5-1

• 在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业

• 提交运行结果截图

Linux下OpenSSL的安装

Linux下的应用大多可以直接使用，也可以获取源代码自己进行编译、安装，使用源代码安装的过程一般是：

configure
make
make install

• 在虚拟机中打开OpenSSL官网，选择打开OpenSSL源码下载地址，在图中下载压缩包
• 首先在下载的文件夹中国进行解压

使用命令

tar xzvf    openssl-1.1.0-pre1.tar.gz

然后在源代码目录文件夹下打开终端或者使用命令进入：

cd openssl-1.1.0-pre1

然后使用下列命令编译安装：

./configure

make

 make install

使用make test测试一下有没有问题。

OpenSSL应用程序：通过man openssl查看帮助文档。

测试

• 测试代码

test_openssl.c：

#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>

int main(){
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    return 0;
}

• 使用命令编译，生成“test_openssl”可执行文件

gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread

-L选项——指定链接库的文件夹地址；-lcrypto——导入OpenSSL所需包；-ldl选项——加载动态库；-lpthread选项——链接POSIX thread库

• 运行程序，并执行

echo $?

结果打印0，测试结果表明安装成功。

基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端

基于Linux Socket程序设计实现wc服务器和客户端

• 客户端传一个文本文件给服务器
• 服务器返加文本文件中的单词数

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

AES算法

对称加密：对称加密需要使用的标准命令为 enc

openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a/-base64]
   [-A] [-k password] [-kfile filename] [-K key] [-iv IV] [-S salt] [-salt] [-nosalt] [-z] [-md]
   [-p] [-P] [-bufsize number] [-nopad] [-debug] [-none] [-engine id]

-in filename：指定要加密的文件存放路径

-out filename：指定加密后的文件存放路径

-salt：自动插入一个随机数作为文件内容加密，默认选项

-e：可以指明一种加密算法，若不指的话将使用默认加密算法

-d：解密，解密时也可以指定算法，若不指定则使用默认算法，但一定要与加密时的算法一致

-a/-base64：使用-base64位编码格式

openssl enc -aes-128-cbc -in my.txt -out out.txt -pass pass:123456   

RSA:

RSA 的用法如下：

openssl rsa [-inform PEM|NET|DER] [-outform PEM|NET|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout arg]
   [-sgckey] [-des] [-des3] [-idea] [-text] [-noout] [-modulus] [-check] [-pubin] [-pubout] [-engine id]
常用选项：

-in filename：指明私钥文件

-out filename：指明将提取出的公钥保存至指定文件中 

-pubout：根据私钥提取出公钥

RSA是一个非对称加密算法。简单说来，非对称加密算法就是说加密解密一个文件需要有两个密钥，一个用来加密，为公钥，一个用来解密，为私钥。证书可以用来授权公钥的使用。

• 首先需要进入openssl的交互界面，在命令行了输入

openssl

即可；

生成RSA私钥：

genrsa -out rsa_private_key.pem 1024

该命令会生成1024位的私钥，生成成功的界面如下：

此时我们就可以在当前路径下看到rsa_private_key.pem文件了。

生成RSA公钥

输入命令

rsa -in rsa_private_key.pem -pubout -out rsa_public_key.pem

并回车，得到生成成功的结果，如下图：

加密文件

在目录中创建一个hello的文本文件，然后利用此前生成的公钥加密文件：

 openssl rsautl -encrypt -in hello.txt -inkey rsa_public_key.pem -pubin -out hello.e

-in指定要加密的文件，

-inkey指定密钥，

-pubin表明是用纯公钥文件加密，

-out为加密后的文件。

解密文件：

使用命令

openssl rsautl -decrypt -in hello.e -inkey rsa_private_key.pem -out hello.de

-in指定被加密的文件，

-inkey指定私钥文件，

-out为解密后的文件。

MD5

• 用oppnssl md5 加密字符串和文件的方法。

1. oppnssl md5 加密字符串的方法

在终端中输入openssl后回车。
　　

OpenSSL> md5        //输入md5后回车
　     
hello iam genius duanzhuazhua　          //接着输入明文，不要输入回车。然后按3次ctrl+d。
　
hello iam genius duanzhuazhua(stdin)= 409af646870cb6fc4d827616d91a86f5
//等号后面就是密文

实验5-2

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

头文件：

#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>

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();

产生一个 SSL_CTX

ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
if (ctx == NULL) {
    ERR_print_errors_fp(stdout);
    exit(1);}

载入用户的数字证书

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);
    }
    
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
    ERR_print_errors_fp(stdout);
    exit(1);
    }

基于 ctx 产生一个新的 SSL，并将连接用户的 socket 加入到 SSL

ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, new_server_socket_fd);
建立 SSL 连接
if (SSL_accept(ssl) == -1) {
    perror("accept");
    close(new_fd);
    break;

}

SSL数据传输

int 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
", buffer, len);
else
    printf("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",errno, strerror(errno));

客户端与服务器传输完数据后，关闭 SSL 连接，释放 SSL

SSL_shutdown(ssl);

SSL_free(ssl);
释放 CTX

SSL_CTX_free(ctx);

客户端码云链接

服务器码云链接

生成的证书和私钥

• 使用命令进行编译:

gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread

gcc -o telent telent.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread

• 生产私钥和证书

openssl genrsa -out privkey.pem 1024
openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095

• 程序运行方式:

./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem
./telent 127.0.0.1 7838

实验中的问题及解决过程

问题1：在使用下面命令安装编译时出现下图错误：

./configure

make

 make install

解决：

在命令

make install

前面加上

sudo 

即可。

问题2：使用命令编译，test_openssl文件，报错信息如下：

gcc -o to test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread

解决：

在/usr/local/ssl路径下创建lib文件夹，然后把openssl_master目录下所有*.a文件复制到/usr/local/ssl/lib路径下：

sudo cp /home/下载/openssl-master/*.a /usr/local/ssl/lib

并且将原命令中的to 去掉，即可编译成功，命令如下：

gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread

编译成功：

问题3

在MD5加密中为什么在输入明文后不回车呢？
　　
　　
　　

解决

是因为openssl默认会把回车符当做要加密的字符串中的一个字符，所以得到的结果不同。如果你输入明文后回车，在按2次ctrl+d。得到的结果是：
上面是正确结果，下面是输入回车后的错误结果：

知识点

• OpenSSL 是一个开源项目，其组成主要包括一下三个组件：

openssl：多用途的命令行工具

libcrypto：加密算法库

libssl：加密模块应用库，实现了ssl及tls

• OpenSSL对于随机数的生成和管理也提供了一整套的解决方法
• openssl口令生成密钥的API，和证书签发
• openssl子命令,分为三类：

标准命令
消息摘要(dgst子命令)
加密命令(enc子命令)

• RSA是一个非对称加密算法，需要有两个密钥，一个用来加密，为公钥，一个用来解密，为私钥。
• 证书可以用来授权公钥的使用。
• openssl命令分类

实验体会

对于OpenSSL的使用我是第一次接触，很多都不是很熟悉，需要上网查询有关资料。通过查询资料，了解了很多的知识点和方法，也了解了其背后的原理，总之就是通过实践掌握了很多知识，也收获了很多。

参考

Linux下OpenSSL的安装与使用

利用openssl进行RSA加密解密

openssl命令分类