20175308实验五《网络编程与安全》实验报告

Posted 2021-12-14 darklord0604

20175308实验五《网络编程与安全》实验报告

实验内容

任务一

任务要求

两人一组结对编程：

1. 参考http://www.cnblogs.com/rocedu/p/6766748.html#SECDSA
2. 结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
3. 结对实现从上面功能中获取的表达式中实现后缀表达式求值的功能,调用MyDC.java

4. 上传测试代码运行结果截图和码云链接

   实验过程

   中缀转后缀以及后缀式计算的内容从结对到选做题已完成多次，这里不做阐述，详情参见 结对博客

   实验截图

   

任务二

任务要求

结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

1. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
2. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
3. 客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式通过网络发送给服务器
4. 服务器接收到后缀表达式，调用MyDC.java的 功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
5. 客户端显示服务器发送过来的结果

6. 上传测试结果截图和码云链接

   实验过程

   从任务二开始真正进入到了网络编程部分的内容。确定IP地址后，我们要运用第十三章学到的知识。建立套接字传输见下图：
   
   IP地址获取：

具体步骤可参见下方代码

实验代码

• 客户端

package task_2;
import task_1.MyBC;

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
public class Client 
    public static void main(String[] args) 
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        Socket mySocket;
        DataInputStream in = null;
        DataOutputStream out = null;
        try
            mySocket =new Socket("172.20.10.7",5303);
            in = new DataInputStream(mySocket.getInputStream());
            out = new DataOutputStream(mySocket.getOutputStream());
            System.out.println("请输入中缀表达式");
            String question = scanner.nextLine();
            MyBC myBC = new MyBC();
            String suffixquestion = myBC.toSuffix(question);
            out.writeUTF(suffixquestion);
            String result = in.readUTF();
            System.out.println("客户端收到答案："+result);
            Thread.sleep(500);
        
        catch (Exception e)
            System.out.println("服务器已断开");
        

    

• 服务器端

package task_2;
import task_1.MyDC;

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
public class Sever 
    public static void main(String[] args) 
        ServerSocket serverSocket =null;
        Socket socket = null;
        DataOutputStream out = null;
        DataInputStream in =null;
        try
            serverSocket =new ServerSocket(5303);
        
        catch (IOException e)
            System.out.println(e);
        
        try
            System.out.println("等待客户呼叫");
            socket = serverSocket.accept();
            out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
            in = new DataInputStream(socket.getInputStream());
            String suffixquestion = in.readUTF();
            MyDC myDC= new MyDC();
            String result = myDC.evaluate(suffixquestion);
            out.writeUTF(result);
            System.out.println("已将答案发回至客户端");
            Thread.sleep(500);
        
        catch (Exception e)
            System.out.println("客户已断开连接");
        

    

运行截图

任务三

任务要求

加密结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

1. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
2. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
3. 客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
4. 服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密（和客户端协商密钥，可以用数组保存），然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
5. 客户端显示服务器发送过来的结果

6. 上传测试结果截图和码云链接

   实验过程

   从任务三开始，逐渐加入密码学的内容。对传输内容进行加密。步骤如下（省略任务二中计算的）：

   获取密钥

• 获取密钥生成器：KeyGenerator kg=KeyGenerator.getInstance("DESede");
• 初始化密钥生成器：kg.init(168);
• 生成密钥：SecretKey k=kg.generateKey( );
• 通过对象序列化方式将密钥保存在文件中：

FileOutputStream f=new FileOutputStream("key1.dat");
ObjectOutputStream b=new ObjectOutputStream(f);
b.writeObject(k);

任务三中，密钥由双方协商获得，因此该生成密钥文件由双方共同保存。

加密过程（Client端执行）

• 从文件中获取密钥

FileInputStream f=new FileInputStream("key1.dat");
ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);
Key k=(Key)b.readObject( );

• 创建密码器（Cipher对象）Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
• 初始化密码器：cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
• 执行加密：byte ctext[]=cp.doFinal(ptext);（ptext是byte数组形式的明文）
• 传输密文长度：out.writeUTF(ctext.length+"")
• 建立循环，传输密文：

for(int i=0; i<ctext.length; i++)
     out.writeUTF(ctext[i]+"");

解密过程（Sever端）

• 到初始化密码器前与加密基本一致。初始化模式选择cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);
• 读入密文长度：int length = Integer.valueOf(in.readUTF());
• 建立循环读入密文：

 for(int i =0;i<length;i++)
                String temp = in.readUTF();
                ctext[i] = Byte.parseByte(temp);
            

• 执行解密：byte[] ptext = cp.doFinal(ctext);

• 将计算好的答案传输回客户端：out.writeUTF(myDC.evaluate(p));

  实验代码：

• 客户端

package task_3;
import task_1.MyBC;

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import java.security.*;
public class Client 
    public static void main(String[] args) 
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        Socket mySocket;
        DataInputStream in = null;
        DataOutputStream out = null;
        try
            mySocket =new Socket("172.20.10.7",5308);
            in = new DataInputStream(mySocket.getInputStream());
            out = new DataOutputStream(mySocket.getOutputStream());
            System.out.println("请输入中缀表达式");
            String question = scanner.nextLine();
            MyBC myBC = new MyBC();
            String suffixquestion = myBC.toSuffix(question);
            FileInputStream f=new FileInputStream("key1.dat");
            ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);
            Key k=(Key)b.readObject( );
            Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
            cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
            byte ptext[]=suffixquestion.getBytes("UTF8");
            byte ctext[]=cp.doFinal(ptext);
            out.writeUTF(ctext.length+"");
            for(int i = 0;i<ctext.length;i++)
                out.writeUTF(ctext[i]+"");
            
            String result =in.readUTF();
            System.out.println("收到服务器答案："+result);
            Thread.sleep(500);
        
        catch (Exception e)
            System.out.println("服务器已断开");
        

    

• 服务端

package task_3;
import task_1.MyDC;

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.security.*;
import java.util.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
public class Sever 
    public static void main(String[] args) 
        ServerSocket serverSocket =null;
        Socket socket = null;
        DataOutputStream out = null;
        DataInputStream in =null;
        try
            serverSocket =new ServerSocket(5308);
        
        catch (IOException e)
            System.out.println(e);
        
        try
            MyDC myDC = new MyDC();
            System.out.println("等待客户呼叫");
            socket = serverSocket.accept();
            out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
            in = new DataInputStream(socket.getInputStream());
            int length = Integer.valueOf(in.readUTF());
            byte ctext[] = new byte[length];
            for(int i =0;i<length;i++)
                String temp = in.readUTF();
                ctext[i] = Byte.parseByte(temp);
            
            FileInputStream f2 = new FileInputStream("keykb1.dat");
            int num2 = f2.available();
            byte[] keykb = new byte[num2];
            f2.read(keykb);
            SecretKeySpec k = new SecretKeySpec(keykb, "DESede");
            Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");
            cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);
            byte[] ptext = cp.doFinal(ctext);
            String p = new String(ptext,"UTF8");
            System.out.println("被解密的后缀表达式：" + p);
            out.writeUTF(myDC.evaluate(p));
            System.out.print("已将答案发送至客户端");
            Thread.sleep(500);
        
        catch (Exception e)
            System.out.println("客户已断开连接");
        

    

实验截图

任务四

任务要求

密钥分发结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

1. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
2. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
3. 客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器
4. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
5. 服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
6. 客户端显示服务器发送过来的结果

7. 上传测试结果截图和码云链接

   实验过程

   DH算法是建立在DH公钥和私钥的基础上的， A需要和B共享密钥时，A和B各自生成DH公钥和私钥，公钥对外公布而私钥各自秘密保存。

我的理解是，Sever端和Client端各自生成一对公私钥，除此之外还要用有对方的公钥。这样己方私钥和对方公钥生成的共享密钥是完全相同的，然后Client端用该共享密钥对原密钥进行加密后随密文一并传输到服务端，服务端调用共享密钥先解密出原密钥，然后再执行对密文的解密，最大程度的确保了通信的保密性。

DH算法使用如下：

• 首先我们先使用娄老师在Java密码学算法中提供的Key_DH.java生成Sever端和Client端的公私钥。
• 加密时读入己方私钥和对方公钥，生成共享密钥（以Client端为例）

 FileInputStream f1=new FileInputStream("Severpub.dat");
            ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
            PublicKey  pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
            //读取自己的DH私钥
            FileInputStream f2=new FileInputStream("Clientpri.dat");
            ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
            PrivateKey  prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
            // 执行密钥协定
            KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
            ka.init(prk);
            ka.doPhase(pbk,true);
            //生成共享信息
            byte[ ] sb=ka.generateSecret();
            byte[] sb2 = new byte[24];
            for(int i =0;i<24;i++)
                sb2[i]=sb[i];
            
         SecretKeySpec k1=new  SecretKeySpec(sb2,"DESede");

• 以加密模式对sb2初始化Cipher对象cp

• 执行加密

  实验代码

• 客户端

package task_4;

import task_1.MyBC;

import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import java.security.*;
public class Client 
    public static void main(String[] args) 
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        Socket mysocket;
        DataInputStream in = null;
        DataOutputStream out = null;
        try 
            mysocket = new Socket("172.20.10.5", 5308);
            in = new DataInputStream(mysocket.getInputStream());
            out = new DataOutputStream(mysocket.getOutputStream());
            KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("DESede");
            kg.init(168);
            SecretKey k = kg.generateKey();
            byte[] kb = k.getEncoded();
            System.out.println("请输入中缀表达式：");
            String question = scanner.nextLine();
            MyBC myBC = new MyBC();
            String suffix = myBC.toSuffix(question);
            System.out.println(suffix);
            //中缀表达式加密
            Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");
            cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
            byte ptext[] = suffix.getBytes("UTF8");
            byte ctext[] = cp.doFinal(ptext);
            out.writeUTF(ctext.length + "");
            for (int i = 0; i < ctext.length; i++) 
                out.writeUTF(ctext[i] + "");
            
            //对密钥进行加密
            FileInputStream f1=new FileInputStream("Severpub.dat");
            ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
            PublicKey  pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
            //读取自己的DH私钥
            FileInputStream f2=new FileInputStream("Clientpri.dat");
            ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
            PrivateKey  prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
            // 执行密钥协定
            KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
            ka.init(prk);
            ka.doPhase(pbk,true);
            //生成共享信息
            byte[ ] sb=ka.generateSecret();
            //取共享密钥的24位
            byte[] sb2 = new byte[24];
            for(int i =0;i<24;i++)
                sb2[i]=sb[i];
            
            System.out.println("共享密钥为：");
            for(int i =0;i<sb2.length;i++)
                System.out.print(sb2[i]+" ");
            
            SecretKeySpec k1=new  SecretKeySpec(sb2,"DESede");
            cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k1);
            //对原密钥执行加密
            byte ckey[] = cp.doFinal(kb);
            //传输加密后密钥的长度
            out.writeUTF(ckey.length + "");
            //传输加密后的密钥
            for (int i = 0; i < ckey.length; i++) 
                out.writeUTF(ckey[i] + "");
            
            System.out.println();
            String result = in.readUTF();
            System.out.println("客户端收到回答" + result);
            Thread.sleep(500);
         catch (Exception e) 
            System.out.println("服务器连接断开" + e);
        
    

• 服务器端

package task_4;
import task_1.MyDC;
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.util.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import java.security.*;
public class Sever 
    public static void main(String[] args) 
        ServerSocket serverForClient = null;
        Socket socketOnServer = null;
        DataOutputStream out = null;
        DataInputStream in = null;
        MyDC myDC = new MyDC();
        try
            serverForClient = new ServerSocket(5308);
        catch (IOException e1)
            System.out.println(e1);
        
        try
            System.out.println("等待客户呼叫");
            socketOnServer = serverForClient.accept();
            out = new DataOutputStream(socketOnServer.getOutputStream());
            in = new DataInputStream(socketOnServer.getInputStream());
            //获取密文
            String clength = in.readUTF();
            byte []ctext = new byte[Integer.parseInt(clength)];
            for(int i=0; i<Integer.parseInt(clength); i++)
                String temp = in.readUTF();
                ctext[i] = Byte.parseByte(temp);
            
            //获取密钥
            String keylength = in.readUTF();
            byte []ckey = new byte[Integer.parseInt(keylength)];
            for(int i=0; i<Integer.parseInt(keylength); i++)
                String temp = in.readUTF();
                ckey[i] = Byte.parseByte(temp);
            
            FileInputStream f1=new FileInputStream("Clientpub.dat");
            ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
            PublicKey  pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
            //读取自己的DH私钥
            FileInputStream f2=new FileInputStream("Severpri.dat");
            ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
            PrivateKey  prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
            // 执行密钥协定
            KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
            ka.init(prk);
            ka.doPhase(pbk,true);
            //生成共享信息
            byte[ ] sb=ka.generateSecret();
            byte[] sb2 = new byte[24];
            for(int i =0;i<24;i++)
                sb2[i]=sb[i];
            
            System.out.println("共享密钥为：");
            for(int i =0;i<sb2.length;i++)
                System.out.print(sb2[i]+" ");
            
            SecretKeySpec k1=new  SecretKeySpec(sb2,"DESede");
            Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
            cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k1);
            //对密钥进行解密
            byte []pkey=cp.doFinal(ckey);
            //密文解密
            SecretKeySpec k=new  SecretKeySpec(pkey,"DESede");
            cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);
            byte []ptext=cp.doFinal(ctext);
            String suffix = new String(ptext,"UTF8");
            System.out.println();
            System.out.println("客户端收到提问："+suffix);
            out.writeUTF(myDC.evaluate(suffix)+"");
            System.out.println("已将结果发送至客户端");
            Thread.sleep(500);
        catch (Exception e)
            System.out.println("连接断开"+e);
        
    

实验截图

任务五

任务要求

完整性校验结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

1. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
2. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
3. 客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器
4. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
5. 服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，解密后计算明文的MD5值，和客户端传来的MD5进行比较，一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
6. 客户端显示服务器发送过来的结果

7. 上传测试结果截图和码云链接

   实验过程

• 生成MessageDigest对象：MessageDigest m=MessageDigest.getInstance("MD5")
• 传入需要计算的字符串：m.update(x.getBytes("UTF8" ))
• 计算消息摘要：byte s[ ]=m.digest( )

• 处理计算结果

  添加代码

MessageDigest m = MessageDigest.getInstance("MD5");
            m.update(suffix.getBytes("UTF8"));
            byte s[] = m.digest();
            String result="";
            for (int i=0; i<s.length; i++)
                result+=Integer.toHexString((0x000000ff & s[i]) |
                        0xffffff00).substring(6);
            

实验截图

实验中遇到的问题与解决

1.任务4中使用DH算法失败

在任务四的进行过程中，我运行代码后，打印共享密钥后就会退出程序，且不返回结果。

我们首先发现共享密钥明显过长，添加错误描述后发现错误原因为：java.security.InvalidKeyException: Wrong key size即对密钥加密时的不满足DES算法的标准密钥长度，所以每次程序执行到给原密钥加密的步骤就会失败。

解决

经过翻找网上资料，询问同学，我发现该共享密钥只取前24位。只需要建立另一个byte数组将其取出即可。

实验体会

本次实验结合了网络编程、密码学概念、结对编程等多种元素，算得上是一次综合性非常强的实验。在实验过程中，多个所学内容的整合让我对所学内容充分利用，让所学的知识除了理论性更增添了实践性。