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2017-2018-2 20165226 实验五《网络编程与安全》实验报告

实验五《网络编程与安全》

实验目的

一、结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能，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
二、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
三、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
四、客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
五、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发送给服务器

实验内容及步骤

（一）结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能，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

1、设置IP地址

通过输入ipconfig指令来查询IP地址

2、结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java，进行测试

3、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

4、知识点

中缀式转化后缀式
- 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。
算符优先法求解表达式
- 建立符号运算的优先级关系表
- 设操作栈OPND、运算符栈OPTR，最低符号#压进OPTR
- 读入字符C，C若是操作数, 进OPND；若是运算符，与OPTR栈顶元素(A)比较，根据算符优先级，决定如何处理：
  - A<C， C压入OPTR栈；
  - A=C， A从OPTR出栈；
  - A>C，A出栈，从OPND依次弹出两个操作数y、x, 计算Z=x A y，Z压入OPND栈。C压进OPTR.
- 重复上步操作直至表达式结果

（二）结对编程

   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

Client

/**
*Created by xiang on 2018/5/23.
*/
import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.Socket;
public class Client {
  public static final String IP_ADDR = "127.0.0.1";//服务器地址
    public static final int PORT = 12345;//服务器端口号
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("客户端启动...");
        System.out.println("当接收到服务器端字符为 "OK" 的时候, 客户端将终止
");
        while (true) {
            Socket socket = null;
            try {
                //创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号
                socket = new Socket(IP_ADDR, PORT);
                //读取服务器端数据
                DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream());
                //向服务器端发送数据
                DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
                System.out.print("请输入: 	");
                String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
                MyBC turner = new MyBC();
                String str1 = turner.turn(str);
                int length=0,i=0;
                while(str1.charAt(i)!=''){
                    length++;
                    i++;
                }
                String str2 = str1.substring(1,length-1);
                out.writeUTF(str2);
                String ret = input.readUTF();
                System.out.println("服务器端返回过来的是: " + ret);
                /*if ("OK".equals(ret)) {
                    System.out.println("客户端将关闭连接");
                    Thread.sleep(500);
                    break;
                }*/
                out.close();
                input.close();
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("客户端异常:" + e.getMessage());
            } finally {
                if (socket != null) {
                    try {
                        socket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        socket = null;
                        System.out.println("客户端 finally 异常:" + e.getMessage());
                    }
                }
            }
        }
    }
}

测试结果

（三）加密结对编程

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

client3

/**
*Created by xiang on 2018/5/24.
*/
import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.Socket;
public class Client2 {
    public static final String IP_ADDR = "127.0.0.1";//服务器地址
    public static final int PORT = 1234;//服务器端口号
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("客户端启动...");
        System.out.println("当接收到服务器端字符为 "OK" 的时候, 客户端将终止
");
        while (true) {
            Socket socket = null;
            try {
                //创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号
                socket = new Socket(IP_ADDR, PORT);
                //读取服务器端数据
                DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream());
                //向服务器端发送数据
                DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
                System.out.print("请输入: 	");
                String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
                MyBC turner = new MyBC();
                Skey_DES skey_des = new Skey_DES();
                skey_des.key_DES();
                Skey_kb skey_kb = new Skey_kb();
                skey_kb.key();
        /*产生密钥*/
                SEnc sEnc = new SEnc();
                String str1 = turner.turn(str);
                int length=0,i=0;
                while(str1.charAt(i)!=''){
                    length++;
                    i++;
                }
                String str2 = str1.substring(1,length-1);
                out.writeUTF(str2);
                String ret = input.readUTF();
                System.out.println("服务器端返回过来的是: " + ret);
                // 如接收到 "OK" 则断开连接
                /*if ("OK".equals(ret)) {
                    System.out.println("客户端将关闭连接");
                    Thread.sleep(500);
                    break;
                }*/
                out.close();
                input.close();
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("客户端异常:" + e.getMessage());
            } finally {
                if (socket != null) {
                    try {
                        socket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        socket = null;
                        System.out.println("客户端 finally 异常:" + e.getMessage());
                    }
                }
            }
        }
    }
}

SEnc

/**
*Created by xiang on 2018/5/24.
*/
import java.io.*;
import java.security.*;
import javax.crypto.*;
public class SEnc{
    static String s;
    public SEnc(String s){
        this.s = s;
    }
    public void  encrypt(){
        try{
        FileInputStream f=new FileInputStream("key1.dat");
        ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);
        Key k=(Key)b.readObject( );
        Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
        cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
        byte ptext[]=s.getBytes("UTF8");
        for(int i=0;i<ptext.length;i++){
            System.out.print(ptext[i]+",");
        }
        System.out.println("");
        byte ctext[]=cp.doFinal(ptext);
        for(int i=0;i<ctext.length;i++){
            System.out.print(ctext[i] +",");
        }
        FileOutputStream f2=new FileOutputStream("SEnc.dat");
        f2.write(ctext);
    }catch(Exception e){
            System.out.println(e);
        }
    }
}

结果

（四）密钥分发结对编程

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，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

Client4

/**
*Created by xiang on 2018/5/26.
*/
import java.io.*;
import java.net.Socket;
public class Client4 {
    public static void main(String[] args) {
        Socket s = null;
        try {
            s = new Socket("172.30.0.159", 4004);
        }catch (IOException e) {
            System.out.println("未连接到服务器");
        }
    try
    {
        DataInputStream input = new DataInputStream(s.getInputStream());
        System.out.print("请输入: 	");
        String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
        MyBC turner = new MyBC();
        String str1 = turner.turn(str);
        int length = 0, i = 0;
        while (str1.charAt(i) != '') {
            length++;
            i++;
        }
        String str2 = str1.substring(1, length - 1);
        SEnc senc = new SEnc(str2);//指定后缀表达式为明文字符串
        senc.encrypt();//加密
    }catch(Exception e) {
        System.out.println("客户端异常:" + e.getMessage());
    }
        File sendfile = new File("SEnc.dat");
        File sendfile1 = new File("Keykb1.dat");
        /**定义文件输入流，用来打开、读取即将要发送的文件*/
        FileInputStream fis = null;
        FileInputStream fis1 = null;
        /**定义byte数组来作为数据包的存储数据包*/
        byte[] buffer = new byte[4096 * 5];
        byte[] buffer1 = new byte[4096 * 5];
        /**定义输出流，使用socket的outputStream对数据包进行输出*/
        OutputStream os = null;
        if(!sendfile.exists() || !sendfile1.exists()){
            System.out.println("客户端：要发送的文件不存在");
            return;
        }
        try {
            fis = new FileInputStream(sendfile);
            fis1 = new FileInputStream(sendfile1);
        } catch (FileNotFoundException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        try {
            PrintStream ps = new PrintStream(s.getOutputStream());
            ps.println("111/#" + sendfile.getName() + "/#" + fis.available());
            ps.flush();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("服务器连接中断");
        }
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }传输的关键代码
        try {
            /**获取socket的OutputStream，以便向其中写入数据包*/
            os = s.getOutputStream();
            /** size 用来记录每次读取文件的大小*/
            int size = 0;
            /**使用while循环读取文件，直到文件读取结束*/
            while((size = fis.read(buffer)) != -1){
                System.out.println("客户端发送数据包，大小为" + size);
                /**向输出流中写入刚刚读到的数据包*/
                os.write(buffer, 0, size);
                /**刷新一下*/
                os.flush();
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("客户端读取文件出错");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("客户端输出文件出错");
        }finally{
            try {
                if(fis != null)
                    fis.close();
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("客户端文件关闭出错");
            }//catch (IOException e)
        }//finally
        try {
            PrintStream ps1 = new PrintStream(s.getOutputStream());
            ps1.println("111/#" + sendfile1.getName() + "/#" + fis1.available());
            ps1.flush();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("服务器连接中断");
        }
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        try {
            /**获取socket的OutputStream，以便向其中写入数据包*/
            os = s.getOutputStream();
            /** size 用来记录每次读取文件的大小*/
            int size = 0;
            /**使用while循环读取文件，直到文件读取结束*/
            while((size = fis1.read(buffer1)) != -1){
                System.out.println("客户端发送数据包，大小为" + size);
                /**向输出流中写入刚刚读到的数据包*/
                os.write(buffer1, 0, size);
                /**刷新一下*/
                os.flush();
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            System.out.println("客户端读取文件出错");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("客户端输出文件出错");
        }finally{
            try {
                if(fis1 != null)
                    fis1.close();
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("客户端文件关闭出错");
            }//catch (IOException e)
        }//finally
        try{
            DataInputStream input = new DataInputStream(s.getInputStream());
            String ret = input.readUTF();
            System.out.println("服务器端返回过来的是: " + ret);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if (s != null) {
                try {
                    s.close();
                } catch (IOException e) {
                    s = null;
                    System.out.println("客户端 finally 异常:" + e.getMessage());
                }
            }
        }
    }//public static void main(String[] args)
}//public class ClientSend

结果

（五）密钥分发结对编程

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，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

Client5

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.security.MessageDigest;
public class Client5 {
    public static void main(String args[]) throws Exception {
        MyBC turner = new MyBC();
        Skey_DES skey_des = new Skey_DES();
        skey_des.key_DES();
        Skey_kb skey_kb = new Skey_kb();
        skey_kb.key();
        /*产生密钥*/
        SEnc sEnc = new SEnc();
        try {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4700);
//向本机的4700端口发出客户请求
            BufferedReader sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
//由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
            PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
//由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
            BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
//由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
            String readline;
            readline =sin.readLine();
            //从系统标准输入读入一字符串
            String x = readline;
            // 将客户端明文的Hash值传送给服务器
            MessageDigest m2 = MessageDigest.getInstance("MD5");
            m2.update(x.getBytes());
            byte a[] = m2.digest();
            String result = "";
            for (int i = 0; i < a.length; i++) {
                result += Integer.toHexString((0x000000ff & a[i]) | 0xffffff00).substring(6);
            }
            System.out.println("明文MD5值为:" + result);
            os.println(result);//通过网络将明文的Hash函数值传送到服务器
            // String str = is.readLine();// 从网络输入流读取结果
            System.out.println("从服务器接收到的结果为：" + result); // 输出服务器返回的结果
            while (!readline.equals("bye")) {
//若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环
                readline = SEnc.Enc(turner.turn(readline));
                os.println(readline);
                /*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加密后通过网络发送给服务器*/
                //将从系统标准输入读入的字符串输出到Server
                os.flush();
                //刷新输出流，使Server马上收到该字符串
                System.out.println("Client:" + readline);
                //在系统标准输出上打印读入的字符串
                System.out.println("Server:" + is.readLine());
                //从Server读入一字符串，并打印到标准输出上
                readline = sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串
            } //继续循环
            os.close(); //关闭Socket输出流
            is.close(); //关闭Socket输入流
            socket.close(); //关闭Socket
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("Error" + e); //出错，则打印出错信息
        }
    }
}

结果

遇到问题及解决方案

问题1：无法进行测试
问题1解决方案：测试前应填入数据，再进行测试
问题2：进行测试时，报错 input exception reported
问题2解决方案：搜了一下，发现是格式的问题，字符间应有空格相连接
问题3：出现java.net.SocketException: Connection reset,客户端输出文件出错
问题3解决方案：该异常在客户端和服务器端均有可能发生，引起该异常的原因有两个，第一个就是如果一端的Socket被关闭（或主动关闭或者因为异常退出而引起的关闭），另一端仍发送数据，发送的第一个数据包引发该异常(Connect reset by peer)。另一个是一端退出，但退出时并未关闭该连接，另一端如果在从连接中读数据则抛出该异常（Connection reset）。简单的说就是在连接断开后的读和写操作引起的。在读取信息时不应该关闭客户端。
问题4：无法运行程序，报错
问题4解决方案：重新启动，或者换个端口，比如之前是4004,就可以换成1234。

统计PSP(Personal Software Process)时间：

步骤	耗时（h）	百分比
设计	2	20%
代码实现	5	50%
测试	2	20%
分析总结	1	10%

实验小结

本次实验过程中出现了很多问题，反反复复折腾了一周，不过在不断地从书中网上查询解决问题的过程中，收获颇丰。其实不管是学习生活还是今后工作，有时候需要适当地逼一下自己，可能在某一方面投入90%精力但仍不见希望时，我们需要做的可能就是再努力10%。这应该是本学期最后一次实验了，虽然Java实验真的磨人，不过不论从知识的提升还是耐力的磨练，总算是有所收获，还是挺感谢娄老师。希望自己以后也能屏住最后一口气，撑住往前走。

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