2018-2019-1 20165318_20165322_20165326 实验五 通讯协议设计
2018-2019-1 《信息安全系统设计基础》实验五 通讯协议设计
openssl相关知识
什么是openssl
- OpenSSL是一个强大的安全套接字层密码库,囊括主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能及SSL协议,并提供丰富的应用程序供测试或其它目的使用。在OpenSSL被曝出现严重安全漏洞后,发现多数通过SSL协议加密的网站使用名为OpenSSL的开源软件包。
- OpenSSL有两种运行模式:交互模式和批处理模式
- 直接输入openssl回车进入交互模式。
- 输入带命令选项的openssl进入批处理模式。
密码算法库
- 对称加密算法:OpenSSL一共提供了8种对称加密算法,其中7种是分组加密算法,仅有的一种流加密算法是RC4。这7种分组加密算法分别是AES、DES、Blowfish、CAST、IDEA、RC2、RC5,都支持电子密码本模式(ECB)、加密分组链接模式(CBC)、加密反馈模式(CFB)和输出反馈模式(OFB)四种常用的分组密码加密模式。
- 非对称加密算法:OpenSSL一共实现了4种非对称加密算法,包括DH算法、RSA算法、DSA算法和椭圆曲线算法(EC)。DH算法一般用户密钥交换。RSA算法既可以用于密钥交换,也可以用于数字签名。
- 信息摘要算法:OpenSSL实现了5种信息摘要算法,分别是MD2、MD5、MDC2、SHA(SHA1)和RIPEMD。
辅助功能
- BIO机制是OpenSSL提供的一种高层IO接口,该接口封装了几乎所有类型的IO接口,如内存访问、文件访问以及Socket等。这使得代码的重用性大幅度提高,OpenSSL提供API的复杂性也降低了很多。
- OpenSSL对于随机数的生成和管理也提供了一整套的解决方法和支持API函数。随机数的好坏是决定一个密钥是否安全的重要前提。
- OpenSSL还提供了其它的一些辅助功能,如从口令生成密钥的API,证书签发和管理中的配置文件机制等等。如果你有足够的耐心,将会在深入使用OpenSSL的过程慢慢发现很多这样的小功能,让你不断有新的惊喜。BIO机制是OpenSSL提供的一种高层IO接口,该接口封装了几乎所有类型的IO接口,如内存访问、文件访问以及Socket等。这使得代码的重用性大幅度提高,OpenSSL提供API的复杂性也降低了很多。
- OpenSSL对于随机数的生成和管理也提供了一整套的解决方法和支持API函数。随机数的好坏是决定一个密钥是否安全的重要前提。
- OpenSSL还提供了其它的一些辅助功能,如从口令生成密钥的API,证书签发和管理中的配置文件机制等等。如果你有足够的耐心,将会在深入使用OpenSSL的过程慢慢发现很多这样的小功能,让你不断有新的惊喜。
任务一
任务要求
在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业
实验步骤
一、安装压缩文件
- 进入下载地址,选择
clone or download
->Download ZIP
- 在压缩包所在目录下输入
unzip openssl-master.zip
命令解压,进入解压后的文件夹 - 输入安装命令如下:
$ ./config
$ make
$ sudo make install
$ make test
安装测试
- 编写测试代码test_openssl.c:
#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>
int main(){
OpenSSL_add_all_algorithms();
return 0;
}
-
使用
gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread
命令编译,生成test_openssl
可执行文件,输入echo $?
,结果打印0,测试结果表明安装成功。
-
对编译命令的一点说明:
-L选项
——指定链接库的文件夹地址;-lcrypto
——导入OpenSSL所需包;-ldl选项
——加载动态库;-lpthread选项
——链接POSIX thread库
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
代码
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <openssl/aes.h>
int main(int argc, char** argv) {
AES_KEY aes;
unsigned char key[AES_BLOCK_SIZE]; // AES_BLOCK_SIZE = 16
unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE]; // init vector
unsigned char* input_string;
unsigned char* encrypt_string;
unsigned char* decrypt_string;
unsigned int len; // encrypt length (in multiple of AES_BLOCK_SIZE)
unsigned int i;
// check usage
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "%s <plain text>\n", argv[0]);
exit(-1);
}
// set the encryption length
len = 0;
if ((strlen(argv[1]) + 1) % AES_BLOCK_SIZE == 0) {
len = strlen(argv[1]) + 1;
} else {
len = ((strlen(argv[1]) + 1) / AES_BLOCK_SIZE + 1) * AES_BLOCK_SIZE;
}
// set the input string
input_string = (unsigned char*)calloc(len, sizeof(unsigned char));
if (input_string == NULL) {
fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for input_string\n");
exit(-1);
}
strncpy((char*)input_string, argv[1], strlen(argv[1]));
// Generate AES 128-bit key
for (i=0; i<16; ++i) {
key[i] = 32 + i;
}
// Set encryption key
for (i=0; i<AES_BLOCK_SIZE; ++i) {
iv[i] = 0;
}
if (AES_set_encrypt_key(key, 128, &aes) < 0) {
fprintf(stderr, "Unable to set encryption key in AES\n");
exit(-1);
}
// alloc encrypt_string
encrypt_string = (unsigned char*)calloc(len, sizeof(unsigned char));
if (encrypt_string == NULL) {
fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for encrypt_string\n");
exit(-1);
}
// encrypt (iv will change)
AES_cbc_encrypt(input_string, encrypt_string, len, &aes, iv, AES_ENCRYPT);
// alloc decrypt_string
decrypt_string = (unsigned char*)calloc(len, sizeof(unsigned char));
if (decrypt_string == NULL) {
fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for decrypt_string\n");
exit(-1);
}
// Set decryption key
for (i=0; i<AES_BLOCK_SIZE; ++i) {
iv[i] = 0;
}
if (AES_set_decrypt_key(key, 128, &aes) < 0) {
fprintf(stderr, "Unable to set decryption key in AES\n");
exit(-1);
}
// decrypt
AES_cbc_encrypt(encrypt_string, decrypt_string, len, &aes, iv,
AES_DECRYPT);
// print
printf("input_string = %s\n", input_string);
printf("encrypted string = ");
for (i=0; i<len; ++i) {
printf("%x%x", (encrypt_string[i] >> 4) & 0xf,
encrypt_string[i] & 0xf);
}
printf("\n");
printf("decrypted string = %s\n", decrypt_string);
return 0;
}
- 输入指令
sudo ln -s /usr/local/lib/libssl.so.3/usr/lib/libcrypto.so.3
- 输入
sudo ln -s /usr/local/lib/libcrypto.so.3 /usr/lib/libcrypto.so.3
- 编译
gcc AES.c -o AES -lssl -lcrypto
- 运行
./AES hello20165322
运行结果截图:
MD5
代码
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <openssl/md5.h>
int main(int argc, char** argv) {
MD5_CTX hash_ctx;
char input_string[128];
unsigned char hash_ret[16];
int i;
// check usage
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "%s <input string>\n", argv[0]);
exit(-1);
}
// set the input string
snprintf(input_string, sizeof(input_string), "%s\n", argv[1]);
// initialize a hash context
MD5_Init(&hash_ctx);
// update the input string to the hash context (you can update
// more string to the hash context)
MD5_Update(&hash_ctx, input_string, strlen(input_string));
// compute the hash result
MD5_Final(hash_ret, &hash_ctx);
// print
printf("Input string: %s", input_string);
printf("Output string: ");
for (i=0; i<32; ++i) {
if (i % 2 == 0) {
printf("%x", (hash_ret[i/2] >> 4) & 0xf);
} else {
printf("%x", (hash_ret[i/2]) & 0xf);
}
}
printf("\n");
return 0;
}
实验结果截图
任务二
任务要求
- 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
实验步骤
- 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\n");
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\n");
if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
perror("listen");
exit(1);
} else
printf("begin listen\n");
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\n",
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'\n",
buf, errno, strerror(errno));
goto finish;
} else
printf("消息'%s'发送成功,共发送了%d个字节!\n",
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\n",
buf, len);
else
printf
("消息接收失败!错误代码是%d,错误信息是'%s'\n",
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;
}
telent:
#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:\n");
line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);
printf("证书: %s\n", line);
free(line);
line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
printf("颁发者: %s\n", line);
free(line);
X509_free(cert);
} else
printf("无证书信息!\n");
}
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:\n\t\t%s IP地址 端口\n\t比如:\t%s 127.0.0.1 80\n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\n");
/* 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\n");
/* 连接服务器 */
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {
perror("Connect ");
exit(errno);
}
printf("server connected\n");
/* 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\n", 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\n",
buffer, len);
else {
printf
("消息接收失败!错误代码是%d,错误信息是'%s'\n",
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'\n",
buffer, errno, strerror(errno));
else
printf("消息'%s'发送成功,共发送了%d个字节!\n",
buffer, len);
finish:
/* 关闭连接 */
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
close(sockfd);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
-
编译
gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread
gcc -o telent telent.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread
-
生产私钥和证书
openssl genrsa -out privkey.pem 1024
openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095
-
运行
./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem
./telent 127.0.0.1 7838
实验中遇到的问题及解决
-
安装时输入指令
make install
,出现以下错误。将命令改为sudo make install
后再make test
测试成功。
-
测试AES算法时,运行AES后报错如下。输入指令
sudo ln -s /usr/local/lib/libssl.so.3/usr/lib/libcrypto.so.3
和sudo ln -s /usr/local/lib/libcrypto.so.3 /usr/lib/libcrypto.so.3
后再次编译运行即可
-
在编译RSA算法时,出现以下错误,查阅资料发现是openssl的版本由于对API做了一些改动,出现错误信息……应该是要加入一个文件,but并没有解决