2018-2019-1 20165309 20165312 20165330 实验五 通讯协议设计

任务一

任务详情

• 在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业

相关知识点

• 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
• 三个主要的功能部分：密码算法库、SSL协议库、应用程序
• 作为一个基于密码学的安全开发包，OpenSSL提供的功能相当强大和全面，囊括了主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能以及SSL协议，并提供了丰富的应用程序供测试或其它目的使用。
• OpenSSl详细简介参考：OpenSSL简介

实验过程及步骤

Linux下OpenSSL的安装

• OpenSSL源码下载地址
  
• 解压源码：unzip openssl-master.zip
• 进入源代码目录：cd openssl-master
• 编译安装：
  • ./config
  • make
  • sudo make install
• 使用make test进行测试
  

Linux下OpenSSL的使用

• 通过man openssl查看帮助文档
• 编写测试代码test_openssl.c

      #include <stdio.h>
      #include <openssl/evp.h>
      int main(){
         OpenSSL_add_all_algorithms();
         return 0;
      }

• 编译：gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread，生成可执行文件test_openssl
• 执行echo $?，结果打印0
  

作业

基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端

• 代码链接
  • 客户端
  • 服务器
• 截图
  

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

• AES
  • 生成加密/解密的Key

   int AES_set_encrypt_key(const unsigned char *userKey, const int bits, AES_KEY *key);
  

   int AES_set_decrypt_key(const unsigned char *userKey, const int bits,AES_KEY *key);
  

  • 使用AES加密/解密

      void AES_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,const AES_KEY *key);
    

     void AES_decrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,const AES_KEY *key);
    

  • AES_encrypt/AES_decrypt一次只处理16个字节。如果输入数据较长，需要使用循环语句，每16个字节处理一次，直到所有数据处理完毕；如果数据不足16字节，可以用0填充至16字节。
  • 码云链接
  • 截图
    
• RSA
  • 命令台下openssl工具的简单使用
    • 生成一个密钥：openssl genrsa -out test.key 1024，这里-out指定生成的文件名。
    • 提取出公钥：openssl rsa -in test.key -pubout -out test_pub.key，-in指定输入文件，-out指定提取生成公钥的文件名，用公钥来加密文件。
    • 在目录中创建一个hello的文本文件，然后利用此前生成的公钥加密文件：openssl rsautl -encrypt -in hello -inkey test_pub.key -pubin -out hello.en，-in指定要加密的文件，-inkey指定密钥，-pubin表明是用纯公钥文件加密，-out为加密后的文件
    • 解密文件：openssl rsautl -decrypt -in hello.en -inkey test.key -out hello.de，-in指定被加密的文件，-inkey指定私钥文件，-out为解密后的文件。
  • 码云链接
  • 截图
    
• MD5
  • 初始化MD5上下文结构：int MD5_Init(MD5_CTX *c);
  • 刷新MD5，将文件连续数据分片放入进行MD5刷新：int MD5_Update(MD5_CTX *c, const void *data, size_t len);
  • 产生最终的MD5数据：int MD5_Final(unsigned char *md, MD5_CTX *c);
  • 直接产生字符串的MD5：unsigned char *MD5(const unsigned char *d, size_t n, unsigned char *md);
  • 码云链接
  • 截图
    

任务二

任务详情

• 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

混合密码系统

• 图解
  
• 混合密码系统组成机制
  • 用对称密码加密消息
  • 用伪随机数生成器生成对称密码加密中使用的会话密钥
  • 用公钥密码加密会话密钥
  • 从混合密码系统外部赋予公钥密码加密中使用的会话密钥
• 使用OpenSSL API进行安全编程(参考linux下的OPENSSL编程)
  • 头文件

      #include <openssl/ssl.h>  
      #include <openssl/err.h>
    

  • 初始化

     int SSL_library_int(void);
    

  • 选择会话协议
  • 创建会话环境
    • 申请SSL会话环境：SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);
  • 建立SSL套接字
    • 申请一个SSL套接字：SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);
    • 绑定读写套接字：int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);)
    • 绑定只读套接字：int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd);
    • 绑定只写套接字：int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd);
  • 完成SSL握手
    • 在成功创建SSL套接字后，客户端应使用函数SSL_connect( )替代传统的函数connect( )来完成握手过程：int SSL_connect(SSL *ssl);
    • 而对服务器来讲，则应使用函数SSL_ accept ( )替代传统的函数accept ( )来完成握手过程：int SSL_accept(SSL *ssl);
  • 进行数据传输
  • 结束SSL通信
    • 关闭SSL套接字：SSL_shutdown(SSL *ssl);
    • 释放SSL套接字：SSl_free(SSL *ssl);
    • 释放SSL会话环境：SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx);
• 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
• 编译
  • gcc server.c -o server -lssl -lcrypto
  • gcc client.c -o client -lssl -lcrypto

  或使用gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread和gcc -o client client.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread也可

• 运行
  • ./server 5302 1 CAcert.pem privkey.pem
  • ./client 127.0.0.1 5330

码云链接

• 客户端
• 服务器

截图

实验过程中遇到的问题及解决办法

• 在对测试代码进行编译时，出现错误
  

解决办法：进入到/usr/local/ssl/目录下用sudo mkdir lib新建lib目录，在进行编译即可

• 在对AES进行编译运行时出错
  

解决办法：参考解决：error while loading shared libraries发现是因为找不到库的位置造成的，可输入命令sudo ln -s /usr/local/lib/libssl.so.1.1 /usr/lib/libssl.so.3和sudo ln -s /usr/local/lib/libcrypto.so.1.1 /usr/lib/libcrypto.so.3后，在进行编译和运行即可