2017-2018-1 《信息安全系统设计基础》 20155322 实验五 通信协议设计
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实验任务：
任务一：
- 在Ubuntu中完成 Linux下OpenSSL的安装与使用 中的作业
- 提交运行结果截图
- 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。
任务二：
- 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
实验过程及问题：
任务1：
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）。
安装
unzip openssl-master.zip
//进入解压文件目录下
make
make test
make install
- 查看帮助文档
man openssl - 进行测试
#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，
- 问题：
生成“test_openssl”可执行文件，运行程序，并执行echo $?，结果打印0，测试结果表明安装成功。
任务2：
客户端代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#define BUFLEN 10
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in s_addr;
socklen_t len;
unsigned int port;
char buf[BUFLEN];
/*建立socket*/
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
perror("socket");
exit(errno);
}else
printf("socket create success!\\n");
/*设置服务器端口*/
if(argv[2])
port = atoi(argv[2]);
else
port = 4567;
/*设置服务器ip*/
bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(port);
if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *)&s_addr.sin_addr.s_addr) == 0) {
perror(argv[1]);
exit(errno);
}
/*开始连接服务器*/
if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&s_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1){
perror("connect");
exit(errno);
}else
printf("conncet success!\\n");
while(1){
/******接收消息*******/
bzero(buf,BUFLEN);
len = recv(sockfd,buf,BUFLEN,0);
if(len > 0)
printf("服务器发来的消息是：%s,共有字节数是: %d\\n",buf,len);
else{
if(len < 0 )
printf("接受消息失败！\\n");
else
printf("服务器退出了，聊天终止！\\n");
break;
}
_retry:
/******发送消息*******/
bzero(buf,BUFLEN);
printf("请输入发送给对方的消息：");
/*fgets函数：从流中读取BUFLEN-1个字符*/
fgets(buf,BUFLEN,stdin);
/*打印发送的消息*/
//fputs(buf,stdout);
if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
printf("client 请求终止聊天!\\n");
break;
}
/*如果输入的字符串只有"\\n"，即回车，那么请重新输入*/
if(!strncmp(buf,"\\n",1)){
printf("输入的字符只有回车，这个是不正确的！！！\\n");
goto _retry;
}
/*如果buf中含有\'\\n\'，那么要用strlen(buf)-1，去掉\'\\n\'*/
if(strchr(buf,\'\\n\'))
len = send(sockfd,buf,strlen(buf)-1,0);
/*如果buf中没有\'\\n\'，则用buf的真正长度strlen(buf)*/
else
len = send(sockfd,buf,strlen(buf),0);
if(len > 0)
printf("消息发送成功，本次共发送的字节数是：%d\\n",len);
else{
printf("消息发送失败!\\n");
break;
}
}
/*关闭连接*/
close(sockfd);
return 0;
}
服务器代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#define BUFLEN 10
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd, newfd;
struct sockaddr_in s_addr, c_addr;
char buf[BUFLEN];
socklen_t len;
unsigned int port, listnum;
/*建立socket*/
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
perror("socket");
exit(errno);
}else
printf("socket create success!\\n");
/*设置服务器端口*/
if(argv[2])
port = atoi(argv[2]);
else
port = 4567;
/*设置侦听队列长度*/
if(argv[3])
listnum = atoi(argv[3]);
else
listnum = 3;
/*设置服务器ip*/
bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(port);
if(argv[1])
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
else
s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
/*把地址和端口帮定到套接字上*/
if((bind(sockfd, (struct sockaddr*) &s_addr,sizeof(struct sockaddr))) == -1){
perror("bind");
exit(errno);
}else
printf("bind success!\\n");
/*侦听本地端口*/
if(listen(sockfd,listnum) == -1){
perror("listen");
exit(errno);
}else
printf("the server is listening!\\n");
while(1){
printf("*****************聊天开始***************\\n");
len = sizeof(struct sockaddr);
if((newfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*) &c_addr, &len)) == -1){
perror("accept");
exit(errno);
}else
printf("正在与您聊天的客户端是：%s: %d\\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr),ntohs(c_addr.sin_port));
while(1){
_retry:
/******发送消息*******/
bzero(buf,BUFLEN);
printf("请输入发送给对方的消息：");
/*fgets函数：从流中读取BUFLEN-1个字符*/
fgets(buf,BUFLEN,stdin);
/*打印发送的消息*/
//fputs(buf,stdout);
if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
printf("server 请求终止聊天!\\n");
break;
}
/*如果输入的字符串只有"\\n"，即回车，那么请重新输入*/
if(!strncmp(buf,"\\n",1)){
printf("输入的字符只有回车，这个是不正确的！！！\\n");
goto _retry;
}
/*如果buf中含有\'\\n\'，那么要用strlen(buf)-1，去掉\'\\n\'*/
if(strchr(buf,\'\\n\'))
len = send(newfd,buf,strlen(buf)-1,0);
/*如果buf中没有\'\\n\'，则用buf的真正长度strlen(buf)*/
else
len = send(newfd,buf,strlen(buf),0);
if(len > 0)
printf("消息发送成功，本次共发送的字节数是：%d\\n",len);
else{
printf("消息发送失败!\\n");
break;
}
/******接收消息*******/
bzero(buf,BUFLEN);
len = recv(newfd,buf,BUFLEN,0);
if(len > 0)
printf("客户端发来的信息是：%s,共有字节数是: %d\\n",buf,len);
else{
if(len < 0 )
printf("接受消息失败！\\n");
else
printf("客户端退出了，聊天终止！\\n");
break;
}
}
/*关闭聊天的套接字*/
close(newfd);
/*是否退出服务器*/
printf("服务器是否退出程序：y->是；n->否? ");
bzero(buf, BUFLEN);
fgets(buf,BUFLEN, stdin);
if(!strncasecmp(buf,"y",1)){
printf("server 退出!\\n");
break;
}
}
/*关闭服务器的套接字*/
close(sockfd);
return 0;
}
上面是客户端和服务器的代码，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
程序运行:
./server 155322 1 CAcert.pem privkey.pem
./client 127.0.0.1 155322
实验感想：
通过本次实验，让我了解了OpenSSL软件的基本功能以及一些基本操作，也复习了之前学习的socket、密码学等相关知识。