实验五 网络编程与安全
实验内容
- 掌握Socket程序的编写;
- 掌握密码技术的使用;
- 设计安全传输系统。
任务一
题目:编写MyBC.java实现中缀表达式转后缀表达式的功能;编写MyDC.java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
将运算符写在两个操作数中间的表达式,称为“中缀表达式”,如1+2*(3-4)+5。在中缀表达式中,运算符具有不同的优先级,圆括号用于改变运算符的运算次序,所以求值过程不能直接按照从左到右的顺序进行。
将运算符写在两个操作数之后的表达式称为“后缀表达式”,如上面的中缀表达式可转换为后缀表达式1 2 3 4 - * + 5 +。后缀表达式中没有括号,而且运算符没有优先级。后缀表达式的求值过程能够严格地从左到右按顺序进行,符合运算器的求值规律。
表达式求值算法分两步进行:1.中缀转后缀;2.求后缀表达式的值。
- 中缀转后缀的算法可描述为:
- 设置一个运算符栈,设置一个后缀表达式字符串;
- 从左到右依次对中缀表达式中的每个字符ch分别进行以下处理,直至表达式结束:
- 若ch是左括号‘(’,将其入栈;若ch是数字,将其后连续若干数字添加到后缀表达式字符串之后,并添加空格作为分隔符;
若ch是运算符,先将栈顶若干优先级高于ch的运算符出栈,添加到后缀表达式字符串之后,再将ch入栈。当‘(’运算符在栈中时,它的优先级最低。
若ch是‘)’,则若干运算符全部出栈,直到出栈的是左括号,一对括号匹配。 - 若表达式结束,将栈中运算符全部出栈,添加到后缀表达式字符串之后.
中缀转后缀java实现
public static String toPostfix(String expr){
MyStack<String> stack = new MyStack<>(expr.length());
String postfix = "";
int i = 0;
while(i<expr.length()){
char ch = expr.charAt(i);
switch (ch){
case '+':
case '-':while(!stack.isEmpty() && !stack.get().equals("("))
postfix += stack.pop();
//postfix += " ";
stack.push(ch + "");
i++;
break;
case '*':
case '/':while (!stack.isEmpty() && (stack.get().equals("*")||stack.get().equals("/")))
postfix += stack.pop();
//postfix += " ";
stack.push(ch + "");
i++;
break;
case '(':stack.push(ch + "");
i++;
break;
case ')':String out = stack.pop();
while(out!=null && !out.equals("(")){
postfix += out;
out = stack.pop();
//postfix += " ";
}
i++;
break;
default:while(i < expr.length() && ch>='0' && ch<='9'){
postfix += ch;
i++;
if(i<expr.length())
ch = expr.charAt(i);
}
postfix += " ";
}
}
while (!stack.isEmpty())
postfix += stack.pop();
return postfix;
}
后缀表达式求值
public int value(String postfix){
Stack<Integer> stack = new Stack();
int i = 0, result = 0;
while(i < postfix.length()){
char ch = postfix.charAt(i);
if(ch>='0' && ch<='9'){
result = 0;
while(ch!=' '){
result = result*10 + Integer.parseInt(ch+"");
i++;
ch = postfix.charAt(i);
}
i++;
stack.push(new Integer(result));
}
else{
int y = stack.pop().intValue();
int x = stack.pop().intValue();
switch (ch){
case ADD:
result = x + y;
break;
case SUBTRACT:
result = x - y;
break;
case MULTIPLY:
result = x * y;
break;
case DIVIDE:
result = x / y;
}
stack.push(new Integer(result));
i++;
}
}
return stack.pop().intValue();
}
测试代码
public class NewMyDCTester {
public static void main(String [] args) {
String expression;
int result;
try
{
Scanner in = new Scanner(System.in);
NewMyDC evaluator = new NewMyDC();
System.out.println ("Enter a valid postfix expression: ");
expression = in.nextLine();
String postfix = MyBC.toPostfix(expression);
System.out.println ("The postfix expression is :" + postfix);
result = evaluator.value (postfix);
System.out.println ("That expression equals :" + result);
}
catch (Exception IOException)
{
System.out.println("Input exception reported");
}
}
}
任务二
- 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.jav a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
通过调用java.net.*中的Socket类和ServerSocket类实现。
首先创建一个客户端:
// 1、创建客户端Socket,指定服务器地址和端口
Socket socket=new Socket("127.0.0.1",5200);
//Socket socket = new Socket("192.168.1.115", 5209);
System.out.println("客户端启动成功");
// 2、获取输出流,向服务器端发送信息
// 向本机的5200端口发出客户请求
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
// 由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
PrintWriter write = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
// 由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象
//3、获取输入流,并读取服务器端的响应信息
BufferedReader in = 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 = br.readLine(); // 从系统标准输入读入一字符串
while (!readline.equals("end")) {
// 若从标准输入读入的字符串为 "end"则停止循环
write.println(readline);
// 将从系统标准输入读入的字符串输出到Server
write.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:" + in.readLine());
// 从Server读入一字符串,并打印到标准输出上
readline = br.readLine(); // 从系统标准输入读入一字符串
} // 继续循环
//4、关闭资源
write.close(); // 关闭Socket输出流
in.close(); // 关闭Socket输入流
socket.close(); // 关闭Socket
其次创建服务器
public static void main(String[] args) throws IOException{
SocketService socketService = new SocketService();
//1、a)创建一个服务器端Socket,即SocketService
socketService.oneServer();
}
public void oneServer(){
try{
ServerSocket server=null;
try{
server=new ServerSocket(5200);
//b)指定绑定的端口,并监听此端口。
System.out.println("服务器启动成功");
//创建一个ServerSocket在端口5209监听客户请求
}catch(Exception e) {
System.out.println("没有启动监听:"+e);
//出错,打印出错信息
}
Socket socket=null;
try{
socket=server.accept();
//2、调用accept()方法开始监听,等待客户端的连接
//使用accept()阻塞等待客户请求,有客户
//请求到来则产生一个Socket对象,并继续执行
}catch(Exception e) {
System.out.println("Error."+e);
//出错,打印出错信息
}
//3、获取输入流,并读取客户端信息
String line;
BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
//由Socket对象得到输入流,并构造相应的BufferedReader对象
PrintWriter writer=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
//由Socket对象得到输出流,并构造PrintWriter对象
BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
//由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
System.out.println("Client:"+in.readLine());
//在标准输出上打印从客户端读入的字符串
line=br.readLine();
//从标准输入读入一字符串
//4、获取输出流,响应客户端的请求
while(!line.equals("end")){
//如果该字符串为 "bye",则停止循环
writer.println(line);
//向客户端输出该字符串
writer.flush();
//刷新输出流,使Client马上收到该字符串
System.out.println("Server:"+line);
//在系统标准输出上打印读入的字符串
System.out.println("Client:"+in.readLine());
//从Client读入一字符串,并打印到标准输出上
line=br.readLine();
//从系统标准输入读入一字符串
} //继续循环
//5、关闭资源
writer.close(); //关闭Socket输出流
in.close(); //关闭Socket输入流
socket.close(); //关闭Socket
server.close(); //关闭ServerSocket
}catch(Exception e) {//出错,打印出错信息
System.out.println("Error."+e);
}
}
- 在TalkClient.java中通过创建MyBC对象receiver,调用中缀转后缀方法toPostfix().
readline =sin.readLine();
//从系统标准输入读入一字符串
receiver.exchangexpr(readline));
任务三
- 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
实现DES加密主要有以下几个步骤:
对称密钥的生成和保存;
使用对称密钥进行加密和解密;
从文件中获取加密时使用的密钥,使用密钥进行解密;
客户端加密并发送至服务器部分的代码如下:
KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("DESede");
kg.init(168);
SecretKey k = kg.generateKey();
byte[] ptext2 = k.getEncoded();
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4421);
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
BufferedReader stdin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
//RSA算法,使用服务器端的公钥对DES的密钥进行加密
FileInputStream f3 = new FileInputStream("Skey_RSA_pub.dat");
ObjectInputStream b2 = new ObjectInputStream(f3);
RSAPublicKey pbk = (RSAPublicKey) b2.readObject();
BigInteger e = pbk.getPublicExponent();
BigInteger n = pbk.getModulus();
BigInteger m = new BigInteger(ptext2);
BigInteger c = m.modPow(e, n);
String cs = c.toString();
out.println(cs); // 通过网络将加密后的秘钥传送到服务器
System.out.print("请输入待发送的数据:");
//用DES加密明文得到密文
String s = stdin.readLine(); // 从键盘读入待发送的数据
String postfix = MyBC.toPostfix(s);
Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");
cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
byte ptext[] = postfix.getBytes("UTF8");
byte ctext[] = cp.doFinal(ptext);
String str = parseByte2HexStr(ctext);
out.println(str); // 通过网络将密文传送到服务
服务器解密、计算并发送至客户端部分的代码如下:
BigInteger cipher = new BigInteger(line);
FileInputStream f = new FileInputStream("Skey_RSA_priv.dat");
ObjectInputStream b = new ObjectInputStream(f);
RSAPrivateKey prk = (RSAPrivateKey) b.readObject();
BigInteger d = prk.getPrivateExponent();
BigInteger n = prk.getModulus();//mod n
BigInteger m = cipher.modPow(d, n);//m=d (mod n)
System.out.println("d= " + d);
System.out.println("n= " + n);
System.out.println("m= " + m);
byte[] keykb = m.toByteArray();
// 使用DES对密文进行解密
String readline = in.readLine();//读取客户端传送来的数据
FileInputStream f2 = new FileInputStream("keykb1.dat");
int num2 = f2.available();
byte[] ctext = parseHexStr2Byte(readline);
Key k = new SecretKeySpec(keykb,"DESede");
Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");
cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);
byte[] ptext = cp.doFinal(ctext);
String p = new String(ptext, "UTF8");//编码转换
System.out.println("从客户端接收到信息为:" + p); //打印解密结果
NewMyDC evaluator = new NewMyDC();
int _result = evaluator.value(p);
out.println("Echo:" + _result);
out.close();
in.close();
link.close();
任务四
- 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
执行密钥协定的标准算法是DH算法(Diffie-Hellman算法),分为以下两步:
创建DH公钥和私钥;
创建共享密钥。
public class Key_DH{
private static final byte skip1024ModulusBytes[] = {
(byte)0xF4, (byte)0x88, (byte)0xFD, (byte)0x58,
(byte)0x4E, (byte)0x49, (byte)0xDB, (byte)0xCD,
(byte)0x20, (byte)0xB4, (byte)0x9D, (byte)0xE4,
(byte)0x91, (byte)0x07, (byte)0x36, (byte)0x6B,
(byte)0x33, (byte)0x6C, (byte)0x38, (byte)0x0D,
(byte)0x45, (byte)0x1D, (byte)0x0F, (byte)0x7C,
(byte)0x88, (byte)0xB3, (byte)0x1C, (byte)0x7C,
(byte)0x5B, (byte)0x2D, (byte)0x8E, (byte)0xF6,
(byte)0xF3, (byte)0xC9, (byte)0x23, (byte)0xC0,
(byte)0x43, (byte)0xF0, (byte)0xA5, (byte)0x5B,
(byte)0x18, (byte)0x8D, (byte)0x8E, (byte)0xBB,
(byte)0x55, (byte)0x8C, (byte)0xB8, (byte)0x5D,
(byte)0x38, (byte)0xD3, (byte)0x34, (byte)0xFD,
(byte)0x7C, (byte)0x17, (byte)0x57, (byte)0x43,
(byte)0xA3, (byte)0x1D, (byte)0x18, (byte)0x6C,
(byte)0xDE, (byte)0x33, (byte)0x21, (byte)0x2C,
(byte)0xB5, (byte)0x2A, (byte)0xFF, (byte)0x3C,
(byte)0xE1, (byte)0xB1, (byte)0x29, (byte)0x40,
(byte)0x18, (byte)0x11, (byte)0x8D, (byte)0x7C,
(byte)0x84, (byte)0xA7, (byte)0x0A, (byte)0x72,
(byte)0xD6, (byte)0x86, (byte)0xC4, (byte)0x03,
(byte)0x19, (byte)0xC8, (byte)0x07, (byte)0x29,
(byte)0x7A, (byte)0xCA, (byte)0x95, (byte)0x0C,
(byte)0xD9, (byte)0x96, (byte)0x9F, (byte)0xAB,
(byte)0xD0, (byte)0x0A, (byte)0x50, (byte)0x9B,
(byte)0x02, (byte)0x46, (byte)0xD3, (byte)0x08,
(byte)0x3D, (byte)0x66, (byte)0xA4, (byte)0x5D,
(byte)0x41, (byte)0x9F, (byte)0x9C, (byte)0x7C,
(byte)0xBD, (byte)0x89, (byte)0x4B, (byte)0x22,
(byte)0x19, (byte)0x26, (byte)0xBA, (byte)0xAB,
(byte)0xA2, (byte)0x5E, (byte)0xC3, (byte)0x55,
(byte)0xE9, (byte)0x2F, (byte)0x78, (byte)0xC7
};
// The SKIP 1024 bit modulus
private static final BigInteger skip1024Modulus
= new BigInteger(1, skip1024ModulusBytes);
// The base used with the SKIP 1024 bit modulus
private static final BigInteger skip1024Base = BigInteger.valueOf(2);
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
DHParameterSpec DHP=
new DHParameterSpec(skip1024Modulus,skip1024Base);
KeyPairGenerator kpg= KeyPairGenerator.getInstance("DH");
kpg.initialize(DHP);
KeyPair kp=kpg.genKeyPair();
PublicKey pbk=kp.getPublic();
PrivateKey prk=kp.getPrivate();
// 保存公钥
FileOutputStream f1=new FileOutputStream(args[0]);
ObjectOutputStream b1=new ObjectOutputStream(f1);
b1.writeObject(pbk);
// 保存私钥
FileOutputStream f2=new FileOutputStream(args[1]);
ObjectOutputStream b2=new ObjectOutputStream(f2);
b2.writeObject(prk);
}
}
public class KeyAgree{
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
// 读取对方的DH公钥
FileInputStream f1=new FileInputStream(args[0]);
ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
PublicKey pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
//读取自己的DH私钥
FileInputStream f2=new FileInputStream(args[1]);
ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
PrivateKey prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
// 执行密钥协定
KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
ka.init(prk);
ka.doPhase(pbk,true);
//生成共享信息
byte[ ] sb=ka.generateSecret();
for(int i=0;i<sb.length;i++){
System.out.print(sb[i]+",");
}
SecretKeySpec k=new SecretKeySpec(sb,"DESede");
}
}
任务五
服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密,解密后计算明文的MD5值,和客户端传来的MD5进行比较,一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端。
可以使用Java计算指定字符串的消息摘要。java.security包中的MessageDigest类提供了计算消息摘要的方法,首先生成对象,执行其update()方法可以将原始数据传递给该对象,然后执行其digest( )方法即可得到消息摘要。
String x = postfix;
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(result);
out.println(result);//通过网络将明文的Hash函数值传送到服务器
str = in.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:" + str); // 输出服务器返回的结果
// 使用Hash函数检测明文完整性
String aline3 = in.readLine();
String x = p;
MessageDigest m2 = MessageDigest.getInstance("MD5");//使用MD5算法返回实现指定摘要算法的 MessageDigest对象
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(result);
if (aline3.equals(result)) {
System.out.println("匹配成功");
总结
此次实验的内容是网络编程,涉及大量密码学知识。但是我对加密方法还是掌握的不好。为此我查阅了大量资料,也从图书馆借了相关书籍进行学习,最终和队友一起完成了全部实验。