2017-2018-1 20155318 《信息安全系统设计基础》 实验五 通讯协议设计

2017-2018-1 20155318 《信息安全系统设计基础》 实验五 通讯协议设计

Linux下OpenSSL的安装与测试

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

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（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）
  • SSL协议库（SSL服务器和SSL客户端）
  • 应用程序

实验步骤

• 前往OpenSSL官网，下载OpenSSL源码，下载压缩包“openssl-master.zip
• 在Linux下使用unzip openssl-master.zip命令解压
• 进入源代码目录cd openssl-1.1.0-pre1
• 使用如下命令进行安装：

$ ./config
$ make
$ make test
$ make install

• 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;
}

• 使用gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread命令编译，生成“test_openssl”可执行文件，运行程序，并执行echo $?，结果打印0，测试结果表明安装成功。
  

• 其中编译命令中：-L指定链接库的文件夹地址；-lcrypto导入OpenSSL所需包；-ldl加载动态库；-lpthread链接POSIX thread库

出现的问题及解决方案

• 问题1：编译时出现openssl/evpp.h:错误提示
  

• 原因是在运行make install命令时没有使用root权限，在运行命令时加上sudo后，重新编译即可

• 问题2：编译时出现test_openssl.c:(.text+0xf)：对‘OPENSSL_init_crypto’未定义的引用报错

• 解决方案：参考狄惟佳同学的博客，将“openssl-master”文件夹下的“libcrypto.a”和“libssl.a”放在/usr/local/ssl/lib目录下（注意使用sudo权限），注意链接的顺序。
  

作业

1. 两人一组
2. 基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端
3. 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
4. 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。
5. 学有余力者，对系统进行安全性分析和改进。

• 基于Socket实现tcp通信

函数

• socket():建立一个socket连接，可指定socket类型等信息。在建立socket连接之后，可对sockaddr或sockaddr_in结构进行初始化，以保存所建立的socket地址信息。

• bind():将本地IP地址绑定到端口号，若绑定其他IP地址则不能成功

• listen():在服务端程序成功建立套接字和与地址进行绑定之后，用listen()函数来创建一个等待队列，在其中存放未处理的客户端连接请求

• connect():在TCP中是用于bind()的之后的客户端，用于与服务器端建立连接

• accept()：创建等待队列之后，调用此函数等待并接收客户端的连接请求

• read()/write()

• send()/recv()

• close():完成了写操作后关闭相应的socket描述字

• 服务器代码

• 客户端代码
  

• 使用对称加密指令作为enc指令的参数调用对称加密指令

• AES
  

• 利用RSA对hello文件进行加密
  

• MD5
  

出现的问题及解决方案

• 问题1：
  

• 编译运行时出现libcrypto.so.1.1:cannot open share object file:No such file or directory的错误提示，检查后并未发现输入、配置的错误，重新启动虚拟机后正常

• 问题2：
  

• 输入错误

混合密码系统

任务要求：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

OpenSSL函数

• 头文件：

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

• OpenSSL初始化：int SSL_library_int(void);
• 选择会话协议：目前能够使用的协议包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3，客户端和服务器必须使用相互兼容的协议
• 创建会话环境：(CTX)使用不同的协议会话，其环境也不一样的。
• 申请SSL会话环境的OpenSSL函数是：

SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);

• 制定证书验证方式的函数是：

int SSL_CTX_set_verify(SSL_CTX *ctx,int mode,int(*verify_callback),int(X509_STORE_CTX *));

• 为SSL会话环境加载CA证书的函数是：

SSL_CTX_load_verify_location(SSL_CTX *ctx,const char *Cafile,const char *Capath);

• 为SSL会话加载用户证书的函数是：

SSL_CTX_use_certificate_file(SSL_CTX *ctx, const char *file,int type);

• 为SSL会话加载用户私钥的函数是：

SSL_CTX_use_PrivateKey_file(SSL_CTX *ctx,const char* file,int type);

• 验证私钥和证书是否相符：

int SSL_CTX_check_private_key(SSL_CTX *ctx);

• 建立SSL套接字

SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);//申请一个SSL套接字

int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);)//绑定读写套接字

int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd);//绑定只读套接字

int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd);//绑定只写套接字

• 完成SSL握手

• 进行数据传输

• 结束SSL通信

int SSL_shutdown(SSL *ssl);//关闭SSL套接字
void SSl_free(SSL *ssl);//释放SSL套接字
void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx); //释放SSL会话环境

实验步骤

• 编译server.c

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

• 编译telent.c

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

• 运行

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

码云链接

实验体会

本次实验让我对OpenSSL的使用有了更为深入的了解，在安装过程中出现了很多错误的原因都是没有使用root权限，在实验过程中上网查询了许多资料，今后的学习中会更加重视网络上丰富实践资源的使用。