20242203许振宇 2024-2025-2 《Python程序设计》实验三报告
20242203 2024-2025-2 《Python程序设计》实验三报告
课程：《Python程序设计》
班级： 2422
姓名： 许振宇
学号：20242203
实验教师：王志强
实验日期：2024年4月16日
必修/选修： 公选课
1.实验内容
创建服务端和客户端，服务端在特定端口监听多个客户请求。客户端和服务端通过Socket套接字（TCP/UDP）进行通信。
具体要求：
（1）创建服务端和客户端，选择一个通信端口，用Python语言编程实现通信演示程序；
（2）要求包含文件的基本操作，例如打开和读写操作。
（3）要求发送方从文件读取内容，加密后并传输；接收方收到密文并解密，保存在文件中。
（4）程序代码托管到码云。
2. 实验过程及结果
实验代码及注释
注：代码根据课上所学手敲了一部分，但本人能力有限不是很懂也运行不了，最终通过deepseek辅助完成代码编译并运行通过，注释部分为自己借助deepseek理解后补充。
1.服务端代码server.py
# ---------- 服务端代码 server.py ----------
"""
安全文件传输服务器
功能：接收客户端加密文件，验证文件类型，解密存储
使用说明：需预先配置加密密钥，客户端需按协议格式发送数据
"""
import socket
import threading
import os
from cryptography.fernet import Fernet # 导入Fernet对称加密模块
#密钥管理模块------------------------------------------------------------
def load_key():
"""
加载或生成加密密钥
安全策略：
- 密钥文件不存在时自动生成新密钥（首次运行）
- 密钥存储为二进制文件，需保证文件系统安全
- 相同密钥才能保证加解密成功，需妥善保管密钥文件
"""
key_file = "secret.key"
# 密钥不存在时生成新密钥（首次运行）
if not os.path.exists(key_file):
key = Fernet.generate_key() # 生成256位(32字节)安全密钥
with open(key_file, "wb") as f:
f.write(key)
print(f"[*] 已生成新密钥文件 {key_file}")
# 读取现有密钥（后续运行）
with open(key_file, "rb") as f:
return f.read() # 返回bytes类型的密钥
# 初始化加密模块 ------------------------------------------------------------
key = load_key() # 加载密钥（首次运行会生成）
fernet = Fernet(key) # 创建Fernet加密器实例
#客户端处理函数
def handle_client(client_socket):
"""
处理客户端连接的完整生命周期
协议规范：
1. 客户端首先发送4字节文件名长度（大端序）
2. 接着发送实际文件名
3. 发送4字节加密数据长度（大端序）
4. 最后发送加密数据
安全机制：
- 文件名规范化防止路径遍历攻击
- 文件扩展名白名单验证
- 数据长度头校验防止DoS攻击
"""
try:
#阶段1：接收文件名 --------------------------------------------------
# 读取文件名长度头（固定4字节）
name_header = client_socket.recv(4)
if not name_header: # 客户端提前断开
print("[!] 客户端断开连接")
return
# 将4字节转换为整数（大端序，网络标准字节序）
name_len = int.from_bytes(name_header, byteorder='big')
# 分块接收文件名数据（防止大文件导致内存溢出）
filename = b''
while len(filename) < name_len:
# 计算剩余需要接收的字节数
remaining = name_len - len(filename)
# 每次最多接收4096字节（平衡效率和内存使用）
chunk = client_socket.recv(min(4096, remaining))
if not chunk: # 连接意外中断
raise ConnectionError("文件传输中断")
filename += chunk
#文件名安全处理 ----------------------------------------------------
# 解码为字符串并规范化路径（防止../等路径遍历攻击）
save_name = os.path.basename(filename.decode('utf-8')).strip()
# 空文件名检查
if not save_name:
raise ValueError("无效文件名")
# 文件扩展名白名单验证
ALLOWED_EXT = ['.txt', '.jpg', '.xlsx', '.pdf'] # 可根据需求扩展
if not any(save_name.lower().endswith(ext) for ext in ALLOWED_EXT):
raise ValueError(f"禁止的文件类型: {save_name}")
print(f"[*] 客户端请求保存为: {save_name}") #按照用户要求的文件名保存文件
#阶段2：接收加密数据 ------------------------------------------------
# 读取数据长度头（同样使用4字节大端序）
data_header = client_socket.recv(4)
if not data_header:
raise ConnectionError("数据头接收失败")
data_len = int.from_bytes(data_header, byteorder='big')
# 分块接收加密数据（避免一次性接收大文件导致内存耗尽）
encrypted = b''
while len(encrypted) < data_len:
# 动态计算每次接收的块大小
chunk_size = min(4096, data_len - len(encrypted))
chunk = client_socket.recv(chunk_size)
if not chunk:
raise ConnectionError("数据接收中断")
encrypted += chunk
#阶段3：解密存储 ---------------------------------------------------
# 文件存在性检查（实际生产环境应考虑版本管理）
if os.path.exists(save_name):
print(f"[!] 文件 {save_name} 已存在，将被覆盖")
# 使用Fernet解密数据（自动验证完整性）
decrypted = fernet.decrypt(encrypted)
# 二进制写入文件（保持原始数据格式）
with open(save_name, "wb") as f:
f.write(decrypted)
print(f"[✓] 成功保存 {len(decrypted)} 字节到 {save_name}")
except Exception as e:
# 统一异常处理（记录错误类型和具体信息）
print(f"[!] 处理错误: {type(e).__name__}: {e}")
finally:
# 确保关闭客户端套接字（释放资源）
client_socket.close()
#服务器主程序 ---------------------------------------------------
def start_server():
"""
启动文件传输服务器
网络配置：
- 监听所有网络接口（0.0.0.0）
- 使用TCP协议，端口8080
并发处理：
- 每个客户端连接创建独立线程处理
- 支持同时处理多个客户端请求
"""
host = '127.0.0.1' # 生产环境建议使用具体IP
port = 8080
# 创建TCP套接字（AF_INET: IPv4, SOCK_STREAM: TCP）
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 设置端口重用选项（快速重启服务器）
server.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
try:
# 绑定地址和端口
server.bind((host, port))
# 设置最大挂起连接数（backlog）
server.listen(5)
print(f"[*] 服务端启动在 {host}:{port}")
print(f"[*] 等待客户端连接...")
# 主循环持续接受新连接
while True:
# 接受客户端连接（阻塞等待）
client, addr = server.accept()
print(f"[+] 接受来自 {addr[0]}:{addr[1]} 的连接")
# 创建新线程处理客户端（实现并发）
handler = threading.Thread(target=handle_client, args=(client,))
handler.start()
except KeyboardInterrupt:
# 处理Ctrl+C信号（优雅关闭）
print("\n[!] 服务器关闭中...")
finally:
# 确保关闭服务器套接字
server.close()
if __name__ == "__main__":
# 启动服务器（程序入口）
start_server()
2.客户端代码client.py
# ---------- 客户端代码 client.py ----------
"""
安全文件传输客户端
功能：加密本地文件并按自定义名称发送到服务器
协议规范：
1. 发送4字节文件名长度（大端序网络字节序）
2. 发送实际文件名字节数据
3. 发送4字节加密数据长度（大端序）
4. 发送加密文件内容
"""
import socket
from cryptography.fernet import Fernet # 导入对称加密模块
# region 初始化加密模块
# 加载预共享密钥（需与服务器保持一致）
try:
with open("secret.key", "rb") as key_file:
key = key_file.read() # 读取256位(32字节)密钥
except FileNotFoundError:
print("\033[31m错误：未找到密钥文件 secret.key\033[0m")
exit(1)
fernet = Fernet(key) # 创建Fernet加密器实例
# endregion
def send_file(source_path, save_name, host, port):
"""
文件加密传输主函数
参数：
- source_path: 本地待发送文件路径
- save_name: 服务器保存的文件名
- host: 服务器IP地址
- port: 服务器端口号
安全特性：
- 使用AES-CBC加密模式（Fernet默认）
- 数据完整性验证（HMAC签名）
"""
client = None # 初始化socket对象
try:
# region 文件读取与加密
try:
# 二进制模式读取源文件
with open(source_path, "rb") as f:
file_data = f.read() # 注意：大文件可能消耗较多内存
except FileNotFoundError:
print(f"\033[31m错误：源文件 {source_path} 未找到\033[0m")
return
# 执行加密（自动生成IV，包含在加密数据中）
encrypted_data = fernet.encrypt(file_data)
# endregion
# region 网络连接建立
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
client.connect((host, port)) # 建立TCP连接
# endregion
# region 文件名传输协议
# 将文件名编码为UTF-8字节（限制字符集）
save_name_bytes = save_name.encode('utf-8')
# 发送文件名长度头（4字节大端序）
# 协议设计说明：固定长度头便于服务器预分配内存
client.send(len(save_name_bytes).to_bytes(4, byteorder='big'))
# 发送实际文件名内容（确保网络字节流传输）
client.sendall(save_name_bytes) # sendall保证完整发送
# endregion
# region 加密数据传输协议
# 发送数据长度头（4字节大端序）
# 安全考虑：防止服务器被大文件DoS攻击
client.send(len(encrypted_data).to_bytes(4, byteorder='big'))
# 分块发送加密数据（实际sendall会处理分块）
client.sendall(encrypted_data) # 自动处理TCP分包问题
print(f"\033[32m[✓] {len(encrypted_data)}字节数据已加密发送\033[0m")
# endregion
except Exception as e:
# 统一异常处理（包括网络错误、编码错误等）
print(f"\033[31m错误：{str(e)}\033[0m")
finally:
# 确保关闭网络连接（重要！）
if client:
client.close()
if __name__ == "__main__":
# 服务器配置（生产环境应通过配置文件设置）
server_ip = "127.0.0.1" # 本地环回地址
server_port = 8080 # 需与服务器端口一致
# region 用户交互界面
# 获取源文件名（带输入验证）
while True:
src_file = input("请输入处理文件的文件名：").strip()
if src_file:
break
print("\033[33m文件名不能为空\033[0m")
# 获取目标文件名（带基本验证）
while True:
dst_file = input("请输入解密文件名称：").strip()
if dst_file:
break
print("\033[33m文件名不能为空\033[0m")
# endregion
# 启动文件传输
send_file(src_file, dst_file, server_ip, server_port)
实验运行过程
1.打开PyCharm的Terminal（Alt+F12）
2.执行密钥生成命令：
python -c "from cryptography.fernet import Fernet; key = Fernet.generate_key(); open('secret.key', 'wb').write(key)"
项目目录出现secret.key文件，打开可见如图所示的密钥
3.在当前目录创建测试文件test.txt，随意输入内容
4.运行server.py,出现
[*] 服务端启动在 127.0.0.1:8080
[*] 等待客户端连接...
证明服务器启动成功
5.运行client.py，出现
[+] 接受来自 127.0.0.1:58530 的连接
连接成功
6.提示输入待处理文件名和解密文件名
7.输入完成后，目录出现解密文件名，同时
client.py端命令框出现
[✓] 228字节数据已加密发送
server.py端命令框出现
[*] 客户端请求保存为: hello.txt
[✓] 成功保存 108 字节到 hello.txt
操作成功
实验结果
测试文件和解密文件内容一致
服务端处理结果
客户端发送结果
上传gitee
1.用管理员模式打开pycharm，浏览器登录gitee
2.右键程序添加，修正，提交并推送
3. 实验过程中遇到的问题和解决过程
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问题1：第一次运行时出现错误PermissionError [WinError 10013] 权限不足
![]()
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问题1解决方案：
通过询问deepseek得知此端口权限不足，可能是Windows防火墙/杀毒软件阻止端口访问，需要以管理员权限运行pycharm
以管理员权限运行后依然报错，于是我采用了第二个办法，换用特权端口：
port = 8080 # 8000-65535之间的端口为特权端口
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问题2：在我第二次使用server.py时，出现OSError [WinError 10048] 端口占用
![]()
-
问题2解决方案：ai推荐我在命令行输入
netstat -ano | findstr :12345 #监听端口状态
taskkill /PID <12345> /F #终止端口占用
- 问题3：找不到朋友互相测试（）
- 问题3解决方案：自己给自己发送
其他（感悟、思考等）
去年的c语言课我就学习了用mobaxterm来远程连接服务器搭建网站，今年也算是明白原理了
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