2019-2020-1 20175218 20175223 实验五 通讯协议设计

2019-2020-1 20175218 实验五 通讯协议设计

一、实验内容

1、通讯协议设计-1

  1. 在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业
  2. 提交运行结果截图

2、通讯协议设计-2

  1. 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
  2. 提交测试截图

二、实验步骤

1、通讯协议设计-1

  1. 了解OpenSSL
  • 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
  • 了解更多可以参考:OpenSSL简介

  1. 在Linux下OpenSSL的安装
  • OpenSSL源码下载地址 这里下载源码,下载它的压缩包,将其通过共享文件夹移到虚拟机里。

  • 在虚拟机压缩包文件夹下的终端里使用以下命令:

    • 解压源码:unzip openssl-master.zip

- 进入源代码目录:cd openssl-master

- 编译安装:./config

- make(这里用了将近20分钟,与电脑性能有关)

- sudo make install(比上面好一些,用了7分钟左右)

- 使用make test进行测试(这里比较快,用了2分钟)

  1. 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;
}
  • 进行编译:gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread

  • 实现 echo $? 进行执行,结果打印了一个0

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。
  • 两人一组

    • 20175218陈敬勇
    • 20175223姚明宇
  • 基于 Socket 实现 TCP 通信,一人实现服务器,一人实现客户端

    • 编写代码

server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define BUFLEN 10

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, newfd;
    struct sockaddr_in s_addr, c_addr;
    char buf[BUFLEN];
    socklen_t len;
    unsigned int port, listnum;
    
    /*建立socket*/
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
        perror("socket");
        exit(errno);
    }else
        printf("socket create success!\n");
    /*设置服务器端口*/    
    if(argv[2])
        port = atoi(argv[2]);
    else
        port = 4567;
    /*设置侦听队列长度*/
    if(argv[3])
        listnum = atoi(argv[3]);
    else
        listnum = 3;
    /*设置服务器ip*/
    bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
    s_addr.sin_family = AF_INET;
    s_addr.sin_port = htons(port);
    if(argv[1])
        s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    else
        s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    /*把地址和端口帮定到套接字上*/
    if((bind(sockfd, (struct sockaddr*) &s_addr,sizeof(struct sockaddr))) == -1){
        perror("bind");
        exit(errno);
    }else
        printf("bind success!\n");
    /*侦听本地端口*/
    if(listen(sockfd,listnum) == -1){
        perror("listen");
        exit(errno);    
    }else
        printf("the server is listening!\n");
    while(1){
        printf("*****************聊天开始***************\n");
        len = sizeof(struct sockaddr);
        if((newfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*) &c_addr, &len)) == -1){
            perror("accept");        
            exit(errno);
        }else
            printf("正在与您聊天的客户端是:%s: %d\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr),ntohs(c_addr.sin_port));
        while(1){
        _retry:
            /******发送消息*******/
            bzero(buf,BUFLEN);
            printf("请输入发送给对方的消息:");
            /*fgets函数:从流中读取BUFLEN-1个字符*/
            fgets(buf,BUFLEN,stdin);
            /*打印发送的消息*/
            //fputs(buf,stdout);
            if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
                printf("server 请求终止聊天!\n");
                break;
            }
            /*如果输入的字符串只有"\n",即回车,那么请重新输入*/
            if(!strncmp(buf,"\n",1)){
                printf("输入的字符只有回车,这个是不正确的!!!\n");
                goto _retry;
            }    
            /*如果buf中含有'\n',那么要用strlen(buf)-1,去掉'\n'*/            
            if(strchr(buf,'\n'))
                len = send(newfd,buf,strlen(buf)-1,0);
            /*如果buf中没有'\n',则用buf的真正长度strlen(buf)*/    
            else
                len = send(newfd,buf,strlen(buf),0);
            if(len > 0)
                printf("消息发送成功,本次共发送的字节数是:%d\n",len);            
            else{
                printf("消息发送失败!\n");
                break;            
            }
            /******接收消息*******/
            bzero(buf,BUFLEN);
            len = recv(newfd,buf,BUFLEN,0);
            if(len > 0)
                printf("客户端发来的信息是:%s,共有字节数是: %d\n",buf,len);
            else{
                if(len < 0 )
                    printf("接受消息失败!\n");
                else
                    printf("客户端退出了,聊天终止!\n");
                break;        
            }
        }
        /*关闭聊天的套接字*/
        close(newfd);
        /*是否退出服务器*/
        printf("服务器是否退出程序:y->是;n->否? ");
        bzero(buf, BUFLEN);
        fgets(buf,BUFLEN, stdin);
        if(!strncasecmp(buf,"y",1)){
            printf("server 退出!\n");
            break;
        }
    }
    /*关闭服务器的套接字*/
    close(sockfd);
    return 0;
}

client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define BUFLEN 10

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in s_addr;
    socklen_t len;
    unsigned int port;
    char buf[BUFLEN];    
    
    /*建立socket*/
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
        perror("socket");
        exit(errno);
    }else
        printf("socket create success!\n");

    /*设置服务器端口*/    
    if(argv[2])
        port = atoi(argv[2]);
    else
        port = 4567;
    /*设置服务器ip*/
    bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
    s_addr.sin_family = AF_INET;
    s_addr.sin_port = htons(port);
    if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *)&s_addr.sin_addr.s_addr) == 0) {
        perror(argv[1]);
        exit(errno);
    }
    /*开始连接服务器*/    
    if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&s_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1){
        perror("connect");
        exit(errno);
    }else
        printf("conncet success!\n");
    
    while(1){
        /******接收消息*******/
        bzero(buf,BUFLEN);
        len = recv(sockfd,buf,BUFLEN,0);
        if(len > 0)
            printf("服务器发来的消息是:%s,共有字节数是: %d\n",buf,len);
        else{
            if(len < 0 )
                printf("接受消息失败!\n");
            else
                printf("服务器退出了,聊天终止!\n");
            break;    
        }
    _retry:    
        /******发送消息*******/    
        bzero(buf,BUFLEN);
        printf("请输入发送给对方的消息:");
        /*fgets函数:从流中读取BUFLEN-1个字符*/
        fgets(buf,BUFLEN,stdin);
        /*打印发送的消息*/
        //fputs(buf,stdout);
        if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
            printf("client 请求终止聊天!\n");
            break;
        }
        /*如果输入的字符串只有"\n",即回车,那么请重新输入*/
        if(!strncmp(buf,"\n",1)){
            printf("输入的字符只有回车,这个是不正确的!!!\n");
            goto _retry;
        }
        /*如果buf中含有'\n',那么要用strlen(buf)-1,去掉'\n'*/    
        if(strchr(buf,'\n'))
            len = send(sockfd,buf,strlen(buf)-1,0);
        /*如果buf中没有'\n',则用buf的真正长度strlen(buf)*/    
        else
            len = send(sockfd,buf,strlen(buf),0);
        if(len > 0)
            printf("消息发送成功,本次共发送的字节数是:%d\n",len);            
        else{
            printf("消息发送失败!\n");
            break;            
        }
    }
    /*关闭连接*/
    close(sockfd);

    return 0;
}
- 运行截图

  • 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

  • 码云链接:AES
  • 使用 gcc AES.c -o AES -lssl -lcrypto 进行编译
  • 运行截图:

RSA

  • 码云链接:RSA

  • 使用openssl工具

    • 生成一个密钥:openssl genrsa -out test.key 1024 (-out接生成的文件名)

- 提取出公钥:openssl rsa -in test.key -pubout -out test_pub.key (-in接输入文件,-out接生成公钥的文件名)

- 在目录中创建一个hello的文本文件

- 利用生成的公钥加密文件:openssl rsautl -encrypt -in hello -inkey test_pub.key -pubin -out hello.en (-in接要加密的文件,-inkey接密钥,-pubin表明是用纯公钥文件加密,-out接加密后的文件)

- 解密文件:openssl rsautl -decrypt -in hello.en -inkey test.key -out hello.de (-in接被加密的文件,-inkey接私钥文件,-out接解密后的文件)

  • 运行截图:

MD5

  • 码云链接:MD5
  • 运行截图:

2、通讯协议设计-2

  1. 了解混合密码系统
  • 混合密码系统:将对称密码和公钥密码的优势相结合的方法。一般情况下,将两种不同的方式相结合的做法就称为混合。
  • 将消息通过对称密码来加密,将加密消息时使用的密钥通过公钥密码来加密,这样的两步密码机制就是混合密码系统的本质。
  • 了解更多可以参考混合密码系统
  • 关于混合密码系统的加密,参考混合密码系统的加密
  1. 对于linux下的OPENSSL编程
  • 头文件:
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
  • 基于OpenSSL的程序都要遵循以下几个步骤:

  • OpenSSL初始化

在使用OpenSSL之前,必须进行相应的协议初始化工作,这可以通过下面的函数实现:
int SSL_library_int(void)
  • 选择会话协议
    目前能够使用的协议包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3

  • 创建会话环境

申请SSL会话环境的OpenSSL函数是:
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);
  • 完成SSL握手

  • 进行数据传输

  • 结束SSL通信

详细过程参考:

linux下的OPENSSL编程- 简单函数介绍

  1. 码云链接

点击进入码云

  1. 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

  1. 编译
    gcc server.c -o server -lssl -lcrypto
    gcc client.c -o client -lssl -lcrypto

  2. 运行截图

三、实验中遇到的问题及解决方法

问题1:

使用 make test 进行测试时,出现 error

问题1解决方法:

重新进行 make test 测试,结果测试成功,未出现错误

问题2:

使用 gcc -o to test_openssl.c -I /usr/local/ssl/inlcude -L /usr/local/ssl/lib -ldl -lpthread 编译 test_openssl.c 报错

问题2解决方法:

使用 gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread 进行编译,成功生成可执行文件,并且运行成功

问题3:

运行AES时出现错误

问题3解决方法:

上网查询,发现是因为找不到库的位置造成的,参考解决方法
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,发现还是没有解决

仔细思考后,发现是链接创建错误了。重新输入命令发现无法创建符号链接,上网查询后,找到解决方法,参考解决方法 。因为文件已经存在了,所以需要把软连接删掉。使用 sudo rm -rf /usr/lib/libssl.so.3 和 sudo rm -rf /usr/lib/libcrypto.so.3 命令将它们删掉。删掉后创建正确的链接,即可运行

四、代码托管

码云链接:exp5

五、参考资料

1.实验指导

2.Arm实验箱实验环境

3.Linux下OpenSSL的安装与使用

4.OpenSSL简介

5.混合密码系统

6.混合密码系统的加密

7.linux下的OPENSSL编程- 简单函数介绍

8.解决:error while loading shared libraries: libcrypto.so.1.1: cannot open shared object file: No

9.ln: 创建符号链接 "/usr/bin/java": 文件已存在

posted @ 2019-11-30 19:41  20175218陈敬勇  阅读(415)  评论(0编辑  收藏  举报