2017-2018-1 20155333 《信息安全系统设计基础》实验五通讯协议设计
实验五 通讯协议设计-1
要求
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在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业
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提交运行结果截图
OpenSSL简介
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
OpenSSL源码的目录结构也是围绕这三个功能部分进行规划的。
密码算法库是一个强大完整的密码算法库，它是OpenSSL的基础部分，也是很值得一般密码安全技术人员研究的部分，它实现了目前大部分主流的密码算法和标准。主要包括对称算法、非对称算法、散列算法、数字签名和认证、X509数字证书标准、PKCS12、PKCS7等标准。其他两个功能部分SSL协议和应用程序都是基于这个库开发的。
在密码算法库的基础上实现的，SSL协议部分完全实现和封装了SSL协议的三个版本和TLS协议。使用协议库，你完全可以建立一个SSL服务器和SSL客户端。
应用程序是基于密码算法库和SSL协议库实现的命令，熟悉OpenSSL可以从使用这些应用程序开始。应用程序覆盖了密码技术的应用，主要包括了各种算法的加密程序和各种类型密钥的产生程序(如RSA、Md5、Enc等等)、证书签发和验证程序（如Ca、X509、Crl等）、SSL连接测试程序（如S_client和S_server等）以及其它的标准应用程序（如Pkcs12和Smime等）。
Linux下OpenSSL的安装
- OpenSSL最新版本下载
- 在Linux下使用
unzip openssl-master.zip命令解压 - 安装：
$ ./config
$ make
$ make test
$ make install
- 安装测试
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，运行程序，并执行echo $?，打印0，表明安装成功。
运行截图
实验五 通讯协议设计-2
要求
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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
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提交测试截图
server.c
#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>
#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.c
#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>
#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;
}
编译方式:
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
产生私钥和证书
openssl genrsa -out privkey.pem 1024
openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095
程序运行方式:
./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem
./telent 127.0.0.1 7838
运行截图
问题及解决方案
- 问题1：编译“test_openssl.c”出现
test_openssl.c:(.text+0xf)：对‘OPENSSL_init_crypto’未定义的引用。 - 问题1解决方案：将“openssl-master”文件夹下的“libcrypto.a”和“libssl.a”放在/usr/local/ssl/lib目录下（注意使用sudo权限），编译时链接这个目录即可。
- 问题2：执行
openssl genrsa -out privkey.pem 1024时出现error while loading shared libraies:libssl.so.1.1:cannot open hared object file:No such file or directory提示找不到共享库。 - 问题2解决方案：原因一般有两个:
-
- 一个是操作系统里确实没有包含该共享库(lib.so.文件)或者共享库版本不对, 遇到这种情况那就去网上下载并安装上即可.
-
- 另外一个原因就是已经安装了该共享库, 但执行需要调用该共享库的程序的时候, 程序按照默认共享库路径找不到该共享库文件.
所以安装共享库后要注意共享库路径设置问题, 如下:
- 如果共享库文件安装到了/lib或/usr/lib目录下, 那么需执行一下ldconfig命令
ldconfig命令的用途, 主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件"/etc/ld.so.conf"内所列的目录下, 搜索出可共享的动态链接库(格式如lib.so), 进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件. 缓存文件默认为"/etc/ld.so.cache", 此文件保存已排好序的动态链接库名字列表.
- 如果共享库文件安装到了/usr/local/lib(很多开源的共享库都会安装到该目录下)或其它"非/lib或/usr/lib"目录下, 那么在执行ldconfig命令前, 还要把新共享库目录加入到共享库配置文件/etc/ld.so.conf中, 如下:
# cat /etc/ld.so.conf
include ld.so.conf.d/*.conf
# echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf
# ldconfig
- 如果共享库文件安装到了其它"非/lib或/usr/lib" 目录下, 但是又不想在/etc/ld.so.conf中加路径(或者是没有权限加路径). 那可以export一个全局变量LD_LIBRARY_PATH, 然后运行程序的时候就会去这个目录中找共享库.
LD_LIBRARY_PATH的意思是告诉loader在哪些目录中可以找到共享库. 可以设置多个搜索目录, 这些目录之间用冒号分隔开. 比如安装了一个mysql到/usr/local/mysql目录下, 其中有一大堆库文件在/usr/local/mysql/lib下面, 则可以在.bashrc或.bash_profile或shell里加入以下语句即可:
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/mysql/lib:$LD_LIBRARY_PATH
一般来讲这只是一种临时的解决方案, 在没有权限或临时需要的时候使用。
- 问题3：执行
echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf时提示权限不足。 - 问题3解决方案： 虽然知道echo命令是属于root用户的权限，但是我之前一直以为加个sudo就能够获取到root的全部权限，现在才发现这是不对的。使用sudo命令后，获取到的只是root的一部分权限。
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- 解决办法：
1、直接使用root用户，这样肯定不会有问题；
2、具体实现如下：
sudo sh -c echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf
- 解决办法：