2017-2018-1 20155208 实验五 通讯协议设计

2017-2018-1 20155208 实验五 通讯协议设计

实验一

Linux下OpenSSL的安装和使用

• 按照教程进行OpenSSL的安装，期间要注意命令的正确使用。

- tar xzvf  openssl-1.1.0-pre1.tar.gz ）
- cd openssl-1.1.0-pre1
- ./Config
- make
- sudo 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;
}

然后用下面的指令进行编译： gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread生成“test_openssl”可执行文件，然后运行并执行echo $?,结果打印0.

成功截图：

作业

两人一组

基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端

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

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。

学有余力者，对系统进行安全性分析和改进。

服务器代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <time.h>
#define PORT 1234
#define BACKLOG 2
#define MAXDATASIZE 1000
void process_cli(int connectfd,struct sockaddr_in client);
void sig_handler(int s);
int main()
{
    int opt,listenfd,connectfd;
    pid_t pid;
    struct sockaddr_in server;
    struct sockaddr_in client;
    int sin_size;
    struct sigaction act;
    struct sigaction oact;
    act.sa_handler=sig_handler;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags=0;
    printf("服务器实现者学号：20155208
");
    if(sigaction(SIGCHLD,&act,&oact)<0)
    {
        perror("Sigaction failed!
");
        exit(1);
    }
    if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
    {
        perror("Creating socket failed.
");
        exit(1);
    }
    opt=SO_REUSEADDR;
    setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
    bzero(&server,sizeof(server));
    server.sin_family=AF_INET;
    server.sin_port=htons(PORT);
    server.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    if(bind(listenfd,(struct sockaddr *)&server,sizeof(struct sockaddr))==-1)
    {
        perror("Bind error.
");
        exit(1);
    }
    if(listen(listenfd,BACKLOG)==-1)
    {
        perror("listen() error.
");
        exit(1);
    }
    sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
    while(1)
    {
        if((connectfd=accept(listenfd,(struct sockaddr *)&client,&sin_size))==-1)
        {
            if(errno==EINTR) continue;
            perror("accept() error.
");
            exit(1);
        }
        if((pid=fork())>0)
        {
            close(connectfd);
            continue;
        }
        else if(pid==0)
        {
            close(listenfd);
            process_cli(connectfd,client);
            exit(0);
        }
        else
        {
            printf("fork error.
");
            exit(1);
        }
    }
    close(listenfd);
    return 0;
}
void process_cli(int connectfd,struct sockaddr_in client)
{
    int i,num;
    char recvbuf[MAXDATASIZE];
    char sendbuf[MAXDATASIZE];
    char cli_name[MAXDATASIZE];
    time_t t;
    t=time(NULL);
    printf("客户端IP：%s 
",inet_ntoa(client.sin_addr));
    
    num=recv(connectfd,cli_name,MAXDATASIZE,0);
    if(num==0)
    {
        close(connectfd);
        printf("Client disconnected.
");
        return;
    }
    send(connectfd,(void *)&t,sizeof(time_t),0);
    while(num=recv(connectfd,recvbuf,MAXDATASIZE,0))
    {
        recvbuf[num]='';
        printf("当前时间：%s
",ctime(&t));
        //send(connectfd,(void *)&t,sizeof(time_t),0);
    }
    
    close(connectfd);
}
void sig_handler(int s)
{
    pid_t pid;
    int stat;
    while((pid=waitpid(-1,&stat,WNOHANG))>0)
        printf("子进程 %d 关闭。
",pid);
    return;
}

客户端代码：

#include<netinet/in.h>                         // for sockaddr_in  
#include<sys/types.h>                          // for socket  
#include<sys/socket.h>                         // for socket  
#include<stdio.h>                              // for printf  
#include<stdlib.h>                             // for exit  
#include<string.h>                             // for bzero  
  
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT       155208  
#define BUFFER_SIZE                   1024  
#define FILE_NAME_MAX_SIZE            512  
int mywc(char file_name[],int choose);
int main(int argc, char **argv)  
{  
    FILE *fp;
    if (argc != 2)  
    {  
        printf("Usage: ./%s ServerIPAddress
", argv[0]);  
        exit(1);  
    }  

// 设置一个socket地址结构client_addr, 代表客户机的internet地址和端口  
    struct sockaddr_in client_addr;  
    bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));  
    client_addr.sin_family = AF_INET; // internet协议族  
    client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); // INADDR_ANY表示自动获取本机地址  
    client_addr.sin_port = htons(0); // auto allocated, 让系统自动分配一个空闲端口  

// 创建用于internet的流协议(TCP)类型socket，用client_socket代表客户端socket  
    int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
    if (client_socket < 0)  
    {  
        printf("Create Socket Failed!
");  
        exit(1);  
    }  

// 把客户端的socket和客户端的socket地址结构绑定   
    if (bind(client_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr)))  
    {  
        printf("Client Bind Port Failed!
");  
        exit(1);  
    }  

// 设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器的internet地址和端口  
    struct sockaddr_in  server_addr;  
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));  
    server_addr.sin_family = AF_INET;  

// 服务器的IP地址来自程序的参数   
    if (inet_aton(argv[1], &server_addr.sin_addr) == 0)  
    {  
        printf("Server IP Address Error!
");  
        exit(1);  
    }                                                                                                               
    server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);  
    socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr);  
    // 向服务器发起连接请求，连接成功后client_socket代表客户端和服务器端的一个socket连接  
    if (connect(client_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) < 0)  
    {  
        printf("Can Not Connect To %s!
", argv[1]);  
        exit(1);  
    }  

    char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];  
    bzero(file_name, sizeof(file_name));  
    printf("Please Input File Name.	");  
    scanf("%s", file_name);  
    if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
    {
         printf("Failure to open %s
",file_name);
         exit(0);
    }
    
    char buffer[BUFFER_SIZE];  
    bzero(buffer, sizeof(buffer));  
    char ch;
    int i=0;
    while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
    {
        buffer[i++]=ch;
        if(i>=BUFFER_SIZE)
        {
            if((send(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0))==-1)
            {
                printf("发送文件失败
");
            }
            bzero(buffer, sizeof(buffer));
            i=0;
        }
    }
    if(i<BUFFER_SIZE)
    {
        if((send(client_socket, buffer, i, 0))==-1)
        {
            printf("发送文件失败
");
        }
    }
    printf("发送%s完毕
",file_name);
    mywc(file_name,1);
     mywc(file_name,2);
    // 向服务器发送buffer中的数据，此时buffer中存放的是客户端需要接收的文件 
    //以下接收服务器发来的单词个数
    bzero(buffer, sizeof(buffer));
//  int length = 0;  
/*  int length = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
      
        if (length < 0)  
        {  
            printf("Recieve Data From Server %s Failed!
", argv[1]);   
        }  
        else
        {
        printf("Recieve words number %c From Server[%s] Finished!
",buffer[0],argv[1]);

        }
        bzero(buffer, BUFFER_SIZE);  */
// 传输完毕，关闭socket   
    
    fclose(fp);  
    close(client_socket);  
    return 0;  

}  
 int mywc(char file_name[],int choose)
  {
       FILE *fp;
       char ch;
        int flag=0,num=0;
        // int choose;
        //  printf("统计单词个数还是实现“wc -w”?(1or2)
");
          // scanf("%d",&choose);
            if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
             {
                  printf("Failure to open %s
",file_name);
                   exit(0);
                }
             
                  if(choose==1)
                   {
                    while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
                     {
                          if(ch==' ' || ch=='
' || ch=='	' ||  ch=='!' || ch=='?' || ch=='"' || ch=='.' || ch== '\,' || ch==':' || ch=='(' || ch==')' || ch==';'     || ch=='-')
                          {
                          flag=0;
                          }
                          else
                          {
                          if(flag==0)
                          {
                          flag=1;
                          num++;
                          }
                          
                          }

                    }

                }
                else if(choose==2)
                {
                    while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
                    {
                        if(ch==' ' || ch=='
' || ch=='	' || ch=='
')
                        flag=0;
                        else
                        {
                            if(flag==0)
                            {
                                flag=1;
                                num++;
                            }
                        }
                    }
                }
                printf("单词个数为：%d_用方式%d计算
",num,choose);
                fclose(fp);
                return num;
}

实验二

• 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

了解学习混合密码系统

混合密码系统图解：

加密代码

server：

#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;
}

client：

#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;  
}

运行截图：

实验中遇到的问题及解决方法

问题： 无法进行安装OpenSSL，安装命令出现错误。

解决方法： 强制安装，将命令make install改成sudo make install