2017-2018-1 20155208 实验五 通讯协议设计
实验一
Linux下OpenSSL的安装和使用
- 按照教程进行OpenSSL的安装，期间要注意命令的正确使用。
- tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz ）
- cd openssl-1.1.0-pre1
- ./Config
- make
- sudo make install编写一个测试代码test_openssl.c：
#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>
int main(){
OpenSSL_add_all_algorithms();
return 0;
}然后用下面的指令进行编译： gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread生成“test_openssl”可执行文件，然后运行并执行echo $?,结果打印0.
成功截图：
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。服务器代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <time.h>
#define PORT 1234
#define BACKLOG 2
#define MAXDATASIZE 1000
void process_cli(int connectfd,struct sockaddr_in client);
void sig_handler(int s);
int main()
{
int opt,listenfd,connectfd;
pid_t pid;
struct sockaddr_in server;
struct sockaddr_in client;
int sin_size;
struct sigaction act;
struct sigaction oact;
act.sa_handler=sig_handler;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags=0;
printf("服务器实现者学号：20155208\n");
if(sigaction(SIGCHLD,&act,&oact)<0)
{
perror("Sigaction failed!\n");
exit(1);
}
if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
perror("Creating socket failed.\n");
exit(1);
}
opt=SO_REUSEADDR;
setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
bzero(&server,sizeof(server));
server.sin_family=AF_INET;
server.sin_port=htons(PORT);
server.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
if(bind(listenfd,(struct sockaddr *)&server,sizeof(struct sockaddr))==-1)
{
perror("Bind error.\n");
exit(1);
}
if(listen(listenfd,BACKLOG)==-1)
{
perror("listen() error.\n");
exit(1);
}
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
while(1)
{
if((connectfd=accept(listenfd,(struct sockaddr *)&client,&sin_size))==-1)
{
if(errno==EINTR) continue;
perror("accept() error.\n");
exit(1);
}
if((pid=fork())>0)
{
close(connectfd);
continue;
}
else if(pid==0)
{
close(listenfd);
process_cli(connectfd,client);
exit(0);
}
else
{
printf("fork error.\n");
exit(1);
}
}
close(listenfd);
return 0;
}
void process_cli(int connectfd,struct sockaddr_in client)
{
int i,num;
char recvbuf[MAXDATASIZE];
char sendbuf[MAXDATASIZE];
char cli_name[MAXDATASIZE];
time_t t;
t=time(NULL);
printf("客户端IP：%s \n",inet_ntoa(client.sin_addr));
num=recv(connectfd,cli_name,MAXDATASIZE,0);
if(num==0)
{
close(connectfd);
printf("Client disconnected.\n");
return;
}
send(connectfd,(void *)&t,sizeof(time_t),0);
while(num=recv(connectfd,recvbuf,MAXDATASIZE,0))
{
recvbuf[num]='\0';
printf("当前时间：%s\n",ctime(&t));
//send(connectfd,(void *)&t,sizeof(time_t),0);
}
close(connectfd);
}
void sig_handler(int s)
{
pid_t pid;
int stat;
while((pid=waitpid(-1,&stat,WNOHANG))>0)
printf("子进程 %d 关闭。\n",pid);
return;
}客户端代码：
#include<netinet/in.h> // for sockaddr_in
#include<sys/types.h> // for socket
#include<sys/socket.h> // for socket
#include<stdio.h> // for printf
#include<stdlib.h> // for exit
#include<string.h> // for bzero
#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT 155208
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
int mywc(char file_name[],int choose);
int main(int argc, char **argv)
{
FILE *fp;
if (argc != 2)
{
printf("Usage: ./%s ServerIPAddress\n", argv[0]);
exit(1);
}
// 设置一个socket地址结构client_addr, 代表客户机的internet地址和端口
struct sockaddr_in client_addr;
bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
client_addr.sin_family = AF_INET; // internet协议族
client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); // INADDR_ANY表示自动获取本机地址
client_addr.sin_port = htons(0); // auto allocated, 让系统自动分配一个空闲端口
// 创建用于internet的流协议(TCP)类型socket，用client_socket代表客户端socket
int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (client_socket < 0)
{
printf("Create Socket Failed!\n");
exit(1);
}
// 把客户端的socket和客户端的socket地址结构绑定
if (bind(client_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr)))
{
printf("Client Bind Port Failed!\n");
exit(1);
}
// 设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器的internet地址和端口
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
// 服务器的IP地址来自程序的参数
if (inet_aton(argv[1], &server_addr.sin_addr) == 0)
{
printf("Server IP Address Error!\n");
exit(1);
}
server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);
socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr);
// 向服务器发起连接请求，连接成功后client_socket代表客户端和服务器端的一个socket连接
if (connect(client_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) < 0)
{
printf("Can Not Connect To %s!\n", argv[1]);
exit(1);
}
char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];
bzero(file_name, sizeof(file_name));
printf("Please Input File Name.\t");
scanf("%s", file_name);
if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
{
printf("Failure to open %s\n",file_name);
exit(0);
}
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, sizeof(buffer));
char ch;
int i=0;
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
{
buffer[i++]=ch;
if(i>=BUFFER_SIZE)
{
if((send(client_socket, buffer, BUFFER_SIZE, 0))==-1)
{
printf("发送文件失败\n");
}
bzero(buffer, sizeof(buffer));
i=0;
}
}
if(i<BUFFER_SIZE)
{
if((send(client_socket, buffer, i, 0))==-1)
{
printf("发送文件失败\n");
}
}
printf("发送%s完毕\n",file_name);
mywc(file_name,1);
mywc(file_name,2);
// 向服务器发送buffer中的数据，此时buffer中存放的是客户端需要接收的文件
//以下接收服务器发来的单词个数
bzero(buffer, sizeof(buffer));
// int length = 0;
/* int length = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
if (length < 0)
{
printf("Recieve Data From Server %s Failed!\n", argv[1]);
}
else
{
printf("Recieve words number %c From Server[%s] Finished!\n",buffer[0],argv[1]);
}
bzero(buffer, BUFFER_SIZE); */
// 传输完毕，关闭socket
fclose(fp);
close(client_socket);
return 0;
}
int mywc(char file_name[],int choose)
{
FILE *fp;
char ch;
int flag=0,num=0;
// int choose;
// printf("统计单词个数还是实现“wc -w”?(1or2)\n");
// scanf("%d",&choose);
if((fp = fopen(file_name,"r"))==NULL)
{
printf("Failure to open %s\n",file_name);
exit(0);
}
if(choose==1)
{
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
{
if(ch==' ' || ch=='\n' || ch=='\t' || ch=='\!' || ch=='\?' || ch=='\"' || ch=='\.' || ch== '\,' || ch=='\:' || ch=='\(' || ch=='\)' || ch=='\;' || ch=='\-')
{
flag=0;
}
else
{
if(flag==0)
{
flag=1;
num++;
}
}
}
}
else if(choose==2)
{
while((ch=fgetc(fp))!=EOF)
{
if(ch==' ' || ch=='\n' || ch=='\t' || ch=='\r')
flag=0;
else
{
if(flag==0)
{
flag=1;
num++;
}
}
}
}
printf("单词个数为：%d_用方式%d计算\n",num,choose);
fclose(fp);
return num;
}实验二
- 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
了解学习混合密码系统
混合密码系统图解：
加密代码
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;
}client：
#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;
}运行截图：
实验中遇到的问题及解决方法
问题： 无法进行安装OpenSSL，安装命令出现错误。
解决方法： 强制安装，将命令make install改成sudo make install
