2017-2018-2 20165315 实验五《网络编程与安全》实验报告

Posted 2020-11-09 yh666

2017-2018-2 20165315 实验五《网络编程与安全》实验报告

一、实验过程及结果截图

任务一：

两人一组结对编程：
0. 参考博客

1. 结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
2. 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

MyDC.java 示例代码：

  1 import java.util.StringTokenizer;
  2 import java.util.Stack;
  3
  4 public class MyDC
  5 {
  6   /** constant for addition symbol */
  7   private final char ADD = \'+\';
  8   /** constant for subtraction symbol */
  9   private final char SUBTRACT = \'-\';
 10   /** constant for multiplication symbol */
 11   private final char MULTIPLY = \'*\';
 12   /** constant for division symbol */
 13   private final char DIVIDE = \'/\';
 14   /** the stack */
 15   private Stack<Integer> stack;
 16
 17   /**
 18    * Sets up this evalutor by creating a new stack.
 19    */
 20   public MyDC()
 21   {
 22     stack = new Stack<Integer>();
 23   }
 24
 25   public int evaluate (String expr)
 26   {
 27     int op1, op2, result = 0;
 28     String token;
 29     StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer (expr);
 30
 31     while (tokenizer.hasMoreTokens())
 32     {
 33       token = tokenizer.nextToken();
 34
 35       if (isOperator(token))
 36       {
 37         op2 = (stack.pop()).intValue();
 38         op1 = (stack.pop()).intValue();
 39         result = evalSingleOp (token.charAt(0), op1, op2);
 40         stack.push (new Integer(result));
 41       }
 42       else
 43         stack.push (new Integer(Integer.parseInt(token)));
 44     }
 45
 46     return result;
 47   }
 48
 49   private boolean isOperator (String token)
 50   {
 51     return ( token.equals("+") || token.equals("-") ||
 52              token.equals("*") || token.equals("/") );
 53   }
 54
 55   private int evalSingleOp (char operation, int op1, int op2)
 56   {
 57     int result = 0;
 58
 59     switch (operation)
 60     {
 61       case ADD:
 62         result = op1 + op2;
 63         break;
 64       case SUBTRACT:
 65         result = op1 - op2;
 66         break;
 67       case MULTIPLY:
 68         result = op1 * op2;
 69         break;
 70       case DIVIDE:
 71         result = op1 / op2;
 72     }
 73
 74     return result;
 75   }

MyDCTester.java 示例代码：

  1 import java.util.Scanner;
  2
  3 public class MyDCTester  {
  4
  5   public static void main (String[] args) {
  6
  7     String expression, again;
  8
  9     int result;
 10
 11     try
 12     {
 13       Scanner in = new Scanner(System.in);
 14
 15       do
 16       {
 17         MyDC evaluator = new MyDC();
 18         System.out.println ("Enter a valid postfix expression: ");
 19         expression = in.nextLine();
 20
 21         result = evaluator.evaluate (expression);
 22         System.out.println();
 23         System.out.println ("That expression equals " + result);
 24
 25         System.out.print ("Evaluate another expression [Y/N]? ");
 26         again = in.nextLine();
 27         System.out.println();
 28       }
 29       while (again.equalsIgnoreCase("y"));
 30     }
 31     catch (Exception IOException)
 32     {
 33       System.out.println("Input exception reported");
 34     }
 35   }
 36 }

根据之前写的四则运算结对项目以及老师给的测试类，可改写出该代码，详见码云。

结果截图：

• MyDCTester.java测试代码

• 主程序代码

任务二：

结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
0. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题

1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
2. 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
3. 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
4. 客户端显示服务器发送过来的结果

我负责的是服务器，根据书上13章例子3可改写出此代码，书上代码示例如下：

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Server {
    public static void main(String args[]) {
        String[] answer = {"南非", "进入世界杯了", "哈哈...问题真逗!"};
        ServerSocket serverForClient = null;
        Socket socketOnServer = null;
        DataOutputStream out = null;
        DataInputStream in = null;
        try {
            serverForClient = new ServerSocket(2010);
        } catch (IOException e1) {
            System.out.println(e1);
        }
        try {
            System.out.println("等待客户呼叫");
            socketOnServer = serverForClient.accept(); //堵塞状态，除非有客户呼叫
            out = new DataOutputStream(socketOnServer.getOutputStream());
            in = new DataInputStream(socketOnServer.getInputStream());
            for (int i = 0; i < answer.length; i++) {
                String s = in.readUTF(); // in读取信息，堵塞状态
                System.out.println("服务器收到客户的提问:" + s);
                out.writeUTF(answer[i]);
                Thread.sleep(500);
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("客户已断开" + e);
        }
    }
}

结果截图：

• 服务器

• 客户端

任务三：

加密结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
0. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题

1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
2. 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
3. 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
4. 客户端显示服务器发送过来的结果

我负责的是服务器，根据任务二提交点代码加上DES解密过程

解密过程示例代码：

import java.io.*;
import java.security.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
public class SDec{
   public static void main(String args[]) throws Exception{
        // 获取密文
        FileInputStream f=new FileInputStream("SEnc.dat");
        int num=f.available();
        byte[ ] ctext=new byte[num];          
        f.read(ctext);
        // 获取密钥
        FileInputStream  f2=new FileInputStream("keykb1.dat");
        int num2=f2.available();
        byte[ ] keykb=new byte[num2];          
        f2.read(keykb);
        SecretKeySpec k=new  SecretKeySpec(keykb,"DESede");
        // 解密
        Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
        cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);
        byte []ptext=cp.doFinal(ctext);
         // 显示明文
        String p=new String(ptext,"UTF8");
        System.out.println(p);
   }
}

结果截图：

• 服务器

• 客户端

任务四：

密钥分发结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
0. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题

1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
2. 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
3. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
4. 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
5. 客户端显示服务器发送过来的结果

我负责的是服务器，在任务三的代码基础上用DH算法进行DES算法的密钥交换

DH算法示例代码：

import java.io.*;
import java.math.*;
import java.security.*;
import java.security.spec.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import javax.crypto.interfaces.*;

public class Key_DH{
       //三个静态变量的定义从
// C:\\j2sdk-1_4_0-doc\\docs\\guide\\security\\jce\\JCERefGuide.html
// 拷贝而来
// The 1024 bit Diffie-Hellman modulus values used by SKIP
    private static final byte skip1024ModulusBytes[] = {
        (byte)0xF4, (byte)0x88, (byte)0xFD, (byte)0x58,
        (byte)0x4E, (byte)0x49, (byte)0xDB, (byte)0xCD,
        (byte)0x20, (byte)0xB4, (byte)0x9D, (byte)0xE4,
        (byte)0x91, (byte)0x07, (byte)0x36, (byte)0x6B,
        (byte)0x33, (byte)0x6C, (byte)0x38, (byte)0x0D,
        (byte)0x45, (byte)0x1D, (byte)0x0F, (byte)0x7C,
        (byte)0x88, (byte)0xB3, (byte)0x1C, (byte)0x7C,
        (byte)0x5B, (byte)0x2D, (byte)0x8E, (byte)0xF6,
        (byte)0xF3, (byte)0xC9, (byte)0x23, (byte)0xC0,
        (byte)0x43, (byte)0xF0, (byte)0xA5, (byte)0x5B,
        (byte)0x18, (byte)0x8D, (byte)0x8E, (byte)0xBB,
        (byte)0x55, (byte)0x8C, (byte)0xB8, (byte)0x5D,
        (byte)0x38, (byte)0xD3, (byte)0x34, (byte)0xFD,
        (byte)0x7C, (byte)0x17, (byte)0x57, (byte)0x43,
        (byte)0xA3, (byte)0x1D, (byte)0x18, (byte)0x6C,
        (byte)0xDE, (byte)0x33, (byte)0x21, (byte)0x2C,
        (byte)0xB5, (byte)0x2A, (byte)0xFF, (byte)0x3C,
        (byte)0xE1, (byte)0xB1, (byte)0x29, (byte)0x40,
        (byte)0x18, (byte)0x11, (byte)0x8D, (byte)0x7C,
        (byte)0x84, (byte)0xA7, (byte)0x0A, (byte)0x72,
        (byte)0xD6, (byte)0x86, (byte)0xC4, (byte)0x03,
        (byte)0x19, (byte)0xC8, (byte)0x07, (byte)0x29,
        (byte)0x7A, (byte)0xCA, (byte)0x95, (byte)0x0C,
        (byte)0xD9, (byte)0x96, (byte)0x9F, (byte)0xAB,
        (byte)0xD0, (byte)0x0A, (byte)0x50, (byte)0x9B,
        (byte)0x02, (byte)0x46, (byte)0xD3, (byte)0x08,
        (byte)0x3D, (byte)0x66, (byte)0xA4, (byte)0x5D,
        (byte)0x41, (byte)0x9F, (byte)0x9C, (byte)0x7C,
        (byte)0xBD, (byte)0x89, (byte)0x4B, (byte)0x22,
        (byte)0x19, (byte)0x26, (byte)0xBA, (byte)0xAB,
        (byte)0xA2, (byte)0x5E, (byte)0xC3, (byte)0x55,
        (byte)0xE9, (byte)0x2F, (byte)0x78, (byte)0xC7
    };
    // The SKIP 1024 bit modulus
    private static final BigInteger skip1024Modulus
              = new BigInteger(1, skip1024ModulusBytes);
    // The base used with the SKIP 1024 bit modulus
    private static final BigInteger skip1024Base = BigInteger.valueOf(2);
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
    DHParameterSpec DHP=
new DHParameterSpec(skip1024Modulus,skip1024Base);

     KeyPairGenerator kpg= KeyPairGenerator.getInstance("DH");
     kpg.initialize(DHP);
     KeyPair kp=kpg.genKeyPair();

     PublicKey pbk=kp.getPublic();
     PrivateKey prk=kp.getPrivate();
     // 保存公钥
     FileOutputStream  f1=new FileOutputStream(args[0]);
     ObjectOutputStream b1=new  ObjectOutputStream(f1);
     b1.writeObject(pbk);
     // 保存私钥
     FileOutputStream  f2=new FileOutputStream(args[1]);
     ObjectOutputStream b2=new  ObjectOutputStream(f2);
     b2.writeObject(prk);
   }      
} 

实验截图：

• 服务器

• 客户端

任务五：

完整性校验结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
0. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题

1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
2. 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
3. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
4. 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
5. 客户端显示服务器发送过来的结果

我负责的是服务器，在任务四的基础上加上计算明文的MD5值

MD5算法示例代码：

import java.security.*;
public class DigestPass{
     public static void main(String args[ ]) throws Exception{
         String x=args[0];
         MessageDigest m=MessageDigest.getInstance("MD5");
         m.update(x.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);
         }
         System.out.println(result);
      }   
}

结果截图：

• 服务器

• 客户端

二、实验中遇到的问题和解决过程

• 一开始使用的服务器的IP地址和端口不知如何设置

解决过程：
在网上查找后发现Mac电脑IP地址的查找是通过在命令行输入ifconfig指令：

而端口号只要双方相同即可，我们选择的是端口号2010

• 在与结对伙伴实现客户端与服务器相连操作时，发现IP地址和端口都没有差错，也都联了网，却连接不上的情况

解决过程：
经过询问，李东骏同学给出了解答：两端必须连在同一局域网下！我和结对伙伴没有用同一个网络，故连接不上。

• 在编写任务三的代码时，出现了如下问题：

解决过程：
经过查询网络，该错误是密钥的位数错误导致的，但是无论怎么修改都有错误，而且运行情况不稳定，时而能运行，时而不能运行，我将继续研究这个问题（可能还是源代码的问题）

三、实验感想

此次实验的内容是网络编程，让我深刻认识到结对编程和信息安全的重要性，作为信息安全专业的学生，掌握网络和安全编程是重点也是基础。由于第一次接触相关内容，开始我不太理解如何实现客户端和服务器，也对使用java进行加密解密十分不熟练。在和结对伙伴一起认真研究几天后，最终完成了这次实验，合作过程学到了很多，收获非常大。

四、PSP(Personal Software Process)时间

步骤	耗时	百分比
步骤	耗时	百分比
需求分析	60min	15%
设计	40min	10%
代码实现	180min	45%
测试	60min	15%
分析总结	60min	15%

五、码云链接

• 任务一、二：
  https://gitee.com/BESTI-IS-JAVA-2018/ch1/tree/master/20165315teamwork2/src

• 其他：
  https://gitee.com/BESTI-IS-JAVA-2018/ch1/tree/master/20165315exp5