2019-2020-1 20175306 20175309 20175326 实验五 通讯协议设计

小组成员
20175306王佳烁
20175309刘雨恒
20175326李一潇

实验步骤

实验1-Linux下OpenSSL的安装

• 下载安装包
• 解压源代码,输入 tar xzvf openssl-1.1.0.tar.gz
• 进入源代码目录： cd openssl-1.1.0
• 使用下列命令编译安装：

./config

make

sudo make install

• 使用 make test 测试

  完成效果如下图。

实验2-Linux下OpenSSL的使用

• 通过man openssl查看帮助文档
• 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 to test_openssl.c -I /usr/local/ssl/inlcude -L /usr/local/ssl/lib -ldl -lpthread编译
• 执行./to;echo $?,结果打印0.

实验截图

• 基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端

服务器代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define BUFLEN 10

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, newfd;
    struct sockaddr_in s_addr, c_addr;
    char buf[BUFLEN];
    socklen_t len;
    unsigned int port, listnum;
    
    /*建立socket*/
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
        perror("socket");
        exit(errno);
    }else
        printf("socket create success!
");
    /*设置服务器端口*/    
    if(argv[2])
        port = atoi(argv[2]);
    else
        port = 4567;
    /*设置侦听队列长度*/
    if(argv[3])
        listnum = atoi(argv[3]);
    else
        listnum = 3;
    /*设置服务器ip*/
    bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
    s_addr.sin_family = AF_INET;
    s_addr.sin_port = htons(port);
    if(argv[1])
        s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    else
        s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    /*把地址和端口帮定到套接字上*/
    if((bind(sockfd, (struct sockaddr*) &s_addr,sizeof(struct sockaddr))) == -1){
        perror("bind");
        exit(errno);
    }else
        printf("bind success!
");
    /*侦听本地端口*/
    if(listen(sockfd,listnum) == -1){
        perror("listen");
        exit(errno);    
    }else
        printf("the server is listening!
");
    while(1){
        printf("*****************聊天开始***************
");
        len = sizeof(struct sockaddr);
        if((newfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*) &c_addr, &len)) == -1){
            perror("accept");        
            exit(errno);
        }else
            printf("正在与您聊天的客户端是：%s: %d
",inet_ntoa(c_addr.sin_addr),ntohs(c_addr.sin_port));
        while(1){
        _retry:
            /******发送消息*******/
            bzero(buf,BUFLEN);
            printf("请输入发送给对方的消息：");
            /*fgets函数：从流中读取BUFLEN-1个字符*/
            fgets(buf,BUFLEN,stdin);
            /*打印发送的消息*/
            //fputs(buf,stdout);
            if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
                printf("server 请求终止聊天!
");
                break;
            }
            /*如果输入的字符串只有"
"，即回车，那么请重新输入*/
            if(!strncmp(buf,"
",1)){
                printf("输入的字符只有回车，这个是不正确的！！！
");
                goto _retry;
            }    
            /*如果buf中含有'
'，那么要用strlen(buf)-1，去掉'
'*/            
            if(strchr(buf,'
'))
                len = send(newfd,buf,strlen(buf)-1,0);
            /*如果buf中没有'
'，则用buf的真正长度strlen(buf)*/    
            else
                len = send(newfd,buf,strlen(buf),0);
            if(len > 0)
                printf("消息发送成功，本次共发送的字节数是：%d
",len);            
            else{
                printf("消息发送失败!
");
                break;            
            }
            /******接收消息*******/
            bzero(buf,BUFLEN);
            len = recv(newfd,buf,BUFLEN,0);
            if(len > 0)
                printf("客户端发来的信息是：%s,共有字节数是: %d
",buf,len);
            else{
                if(len < 0 )
                    printf("接受消息失败！
");
                else
                    printf("客户端退出了，聊天终止！
");
                break;        
            }
        }
        /*关闭聊天的套接字*/
        close(newfd);
        /*是否退出服务器*/
        printf("服务器是否退出程序：y->是；n->否? ");
        bzero(buf, BUFLEN);
        fgets(buf,BUFLEN, stdin);
        if(!strncasecmp(buf,"y",1)){
            printf("server 退出!
");
            break;
        }
    }
    /*关闭服务器的套接字*/
    close(sockfd);
    return 0;
}

客服端代码：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <errno.h>

#include <sys/socket.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>



#define BUFLEN 10



int main(int argc, char **argv)

{

    int sockfd;

    struct sockaddr_in s_addr;

    socklen_t len;

    unsigned int port;

    char buf[BUFLEN];    

    

    /*建立socket*/

    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){

        perror("socket");

        exit(errno);

    }else

        printf("socket create success!
");



    /*设置服务器端口*/    

    if(argv[2])

        port = atoi(argv[2]);

    else

        port = 4567;

    /*设置服务器ip*/

    bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));

    s_addr.sin_family = AF_INET;

    s_addr.sin_port = htons(port);

    if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *)&s_addr.sin_addr.s_addr) == 0) {

        perror(argv[1]);

        exit(errno);

    }

    /*开始连接服务器*/    

    if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&s_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1){

        perror("connect");

        exit(errno);

    }else

        printf("conncet success!
");

    

    while(1){

        /******接收消息*******/

        bzero(buf,BUFLEN);

        len = recv(sockfd,buf,BUFLEN,0);

        if(len > 0)

            printf("服务器发来的消息是：%s,共有字节数是: %d
",buf,len);

        else{

            if(len < 0 )

                printf("接受消息失败！
");

            else

                printf("服务器退出了，聊天终止！
");

            break;    

        }

    _retry:    

        /******发送消息*******/    

        bzero(buf,BUFLEN);

        printf("请输入发送给对方的消息：");

        /*fgets函数：从流中读取BUFLEN-1个字符*/

        fgets(buf,BUFLEN,stdin);

        /*打印发送的消息*/

        //fputs(buf,stdout);

        if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){

            printf("client 请求终止聊天!
");

            break;

        }

        /*如果输入的字符串只有"
"，即回车，那么请重新输入*/

        if(!strncmp(buf,"
",1)){

            printf("输入的字符只有回车，这个是不正确的！！！
");

            goto _retry;

        }

        /*如果buf中含有'
'，那么要用strlen(buf)-1，去掉'
'*/    

        if(strchr(buf,'
'))

            len = send(sockfd,buf,strlen(buf)-1,0);

        /*如果buf中没有'
'，则用buf的真正长度strlen(buf)*/    

        else

            len = send(sockfd,buf,strlen(buf),0);

        if(len > 0)

            printf("消息发送成功，本次共发送的字节数是：%d
",len);            

        else{

            printf("消息发送失败!
");

            break;            

        }

    }

    /*关闭连接*/

    close(sockfd);



    return 0;

}

实验截图

• 测试对称算法中的AES，非对称算法中的RSA，Hash算法中的MD5
  MD5
  
  AES
  
  RSA
  

代码托管

实验3-目标机运行程序

• 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
  
  服务器代码：

#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 1024

int 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]);
    else
        myport = 7838;

    if (argv[2])
        lisnum = atoi(argv[2]);
    else
        lisnum = 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);
    } else
        printf("socket created
");

    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);
    } else
        printf("binded
");

    if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
        perror("listen");
        exit(1);
    } else
        printf("begin listen
");

    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);
        } else
            printf("server: got connection from %s, port %d, socket %d
",
                   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'
",
                 buf, errno, strerror(errno));
            goto finish;
        } else
            printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！
",
                   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
",
                   buf, len);
        else
            printf
                ("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",
                 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;
}

客服端代码：

#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:
");  
        line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);  
        printf("证书: %s
", line);  
        free(line);  
        line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);  
        printf("颁发者: %s
", line);  
        free(line);  
       X509_free(cert);  
    } else  
        printf("无证书信息！
");  
}  
  
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：
		%s IP地址 端口
	比如:	%s 127.0.0.1 80
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
");  
  
    /* 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
");  
  
    /* 连接服务器 */  
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {  
        perror("Connect ");  
        exit(errno);  
    }  
    printf("server connected
");  
  
    /* 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
", 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
",  
               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));  
        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'
",  
             buffer, errno, strerror(errno));  
    else  
        printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！
",  
               buffer, len);  
  
  finish:  
    /* 关闭连接 */  
    SSL_shutdown(ssl);  
    SSL_free(ssl);  
    close(sockfd);  
    SSL_CTX_free(ctx);  
    return 0;  
}

编译：
gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread
gcc -o client client.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread
生成私钥和证书：
openssl genrsa -out privkey.pem 1024
openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095

实验截图

实验4-通讯协议设计-3

由于实验箱设备不支持，故没有进行。

心得体会

本次实验是通讯协议设计，让我们根据已经给出的工具来实现，其中涉及到了我们学习过的算法，这是对跨学科知识的一种整合，让我们对知识的利用更加全面，有更深刻的了解，不管是加密算法，还是socket编程都是对我的一种提升。实验过程中，加密算法的部分我有很多地方不会，通过查询资料，我逐步知道了正确的使用方法，不仅加强了自主学习的能力，还让我知道了OpenSSL的方便，我们在以后的学习中，也要学会使用工具，这会让我们事半功倍。