2017-2018-1 20155309 《信息安全系统设计基础》实验五 通信协议设计

任务一：

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。

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
OpenSSL源码的目录结构也是围绕这三个功能部分进行规划的。

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）。

测试RSA

Linux下OpenSSL的安装

选取第一个蓝字进行安装即可。

然后下载安装包即可

在Linux下使用unzip openssl-master.zip命令解压。

任务二

（三）混合密码系统

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
生成证书

生成服务器端的私钥(key文件)

openssl genrsa -des3 -out server.key 1024

生成服务器端的csr文件

    openssl req -new -key server.key -out server.csr -config

客户端生成key文件

openssl genrsa -des3 -out client.key 1024

生成自己的CA,生成ca.key和ca.crt证书文件

openssl req -new -x509 -keyout ca.key -out ca.crt -config

用生成的ca给服务器的csr文件签名，生成服务器端的证书

Openssl ca -in server.csr -out server.crt -cert ca.crt -keyfile ca.key -config openssl.cnf

用生成的ca给客户端的csr文件签名，生成客户端的证书

Openssl ca -in client.csr -out client.crt -cert ca.crt -keyfile ca.key -config openssl.cnf

主要问题：在生成服务器端的证书时，提示部门与CA中的定义的部门不符，重新进行第一步修改部门之后生成server.crt。在生成服务器端的证书时，提示因为与前面使用的common name相同，需要修改文件demoCA/index.txt.attr，
将里面的：

    unique_subject = yes改为unique_subject = 

no保存退出再重新输入就可以了。
用混合密码系统进行防护

基本框架与socket编程一样，只是其中需要加入头文件：

include <openssl/ssl.h>

include <openssl/err.h>

include <openssl/evp.h>

和一些其他的代码：

SSL_library_init();
OpenSSL_add_all_algorithms();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
if (ctx == NULL) 
 {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
 }
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) 
{
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
 }
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);
 }    

产品代码：

伪代码：

服务器伪代码

socket()
bind()
listen()
accept()
closesocket()

客户端伪代码

socket()
bind()
connect()
closesocket()

服务器：

#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;
}

客户端：

#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;  
}  

实验感悟：

这次的实验主要是socket编程，主要是为了实现客户端与服务器的通信，之前已经在刘念老师的网络安全编程课上学习了客户端与服务器的对话。并且用c语言进行了实现，而这次代码的实现使用的是linux，对socket编程有了全新的体会与感悟。