实验五 网络编程与安全
目录
一、实验报告封面
北京电子科技学院(BESTI)
实 验 报 告
◆ | ◇ | ◆ | ◇ |
---|---|---|---|
课程 | Java程序设计 | 班级 | 1652班 |
姓名 | 蔡霓 | 学号 | 20165223 |
成绩 | 指导教师 | 娄嘉鹏 | |
实验日期 | 2018年5月28日 | 实验密级 | 非密级 |
预习程度 | 已预习 | 实验时间 | 13:45 - 15:25 |
必修/选修 | 选修 | 实验序号 | 五 |
实验名称:android开发基础
二、具体实验内容
(一)网络编程与安全-1
两人一组结对编程:
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
3.上传测试代码运行结果截图和码云链接
(1)实验步骤
- 编写实现中缀表达式转后缀表达式的功能代码
MyBC.java
- 编写实现后缀表达式求值功能的代码
MyDC.java
- 编写测试代码
MyDCTester.java
及MyBCTest.java
(2)实验代码
详见码云链接:T1
MyBC.java
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.stream.Collectors;
import java.lang.String;
import org.junit.Test;
public class MyBC{
private static final Map<Character, Integer> basic = new HashMap<Character, Integer>();
static {
basic.put(\'-\', 1);
basic.put(\'+\', 1);
basic.put(\'*\', 2);
basic.put(\'/\', 2);
basic.put(\'(\', 0);
}
//中缀表达式 转 后缀表达式
public static String toSuffix(String infix){
List<String> queue = new ArrayList<String>();
List<Character> stack = new ArrayList<Character>();
char[] charArr = infix.trim().toCharArray();
String standard = "*/+-()";
char ch = \'&\';
int len = 0;
for (int i = 0; i < charArr.length; i++) {
ch = charArr[i];
if(Character.isDigit(ch)) {
len++;
}else if(Character.isLetter(ch)) {
len++;
}else if(ch == \'.\'){
len++;
}else if(Character.isSpaceChar(ch)) {
if(len > 0) {
queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len, i)));
len = 0;
}
continue;
}else if(standard.indexOf(ch) != -1) {
if(len > 0) {
queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len, i)));
len = 0;
}
if(ch == \'(\') {
stack.add(ch);
continue;
}
if (!stack.isEmpty()) {
int size = stack.size() - 1;
boolean flag = false;
while (size >= 0 && ch == \')\' && stack.get(size) != \'(\') {
queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));
size--;
flag = true;
}
while (size >= 0 && !flag && basic.get(stack.get(size)) >= basic.get(ch)) {
queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));
size--;
}
}
if(ch != \')\') {
stack.add(ch);
} else {
stack.remove(stack.size() - 1);
}
}
if(i == charArr.length - 1) {
if(len > 0) {
queue.add(String.valueOf(Arrays.copyOfRange(charArr, i - len+1, i+1)));
}
int size = stack.size() - 1;
while (size >= 0) {
queue.add(String.valueOf(stack.remove(size)));
size--;
}
}
}
return queue.stream().collect(Collectors.joining(" "));
}
}
MyDC.java
import javax.xml.bind.annotation.XmlType;
import java.lang.Integer;
import java.util.StringTokenizer;
import java.util.Stack;
public class MyDC
{
/** constant for addition symbol */
private final String ADD="+";
/** constant for subtraction symbol */
private final String SUBTRACT="-";
/** constant for multiplication symbol */
private final String MULTIPLY="*";
/** constant for division symbol */
private final String DIVIDE="/";
/** the stack */
private Stack<Integer>stack;
public MyDC(){
stack=new Stack<Integer>();
}
public int evaluate(String expr)
{
int op1,op2,result=0;
String token;
StringTokenizer tokenizer=new StringTokenizer(expr);
while(tokenizer.hasMoreTokens()) {
token = tokenizer.nextToken();
//如果是运算符,调用isOperator
if (isOperator(token)) {
//从栈中弹出操作数2
op2 = stack.pop();
//从栈中弹出操作数1
op1 = stack.pop();
//根据运算符和两个操作数调用evalSingleOp计算result;
result = evalSingleOp(token, op1, op2);
//计算result入栈;
stack.push(result);
} else//如果是操作数
{
stack.push(Integer.parseInt(token));
//操作数入栈;
}
}
return result;
}
private boolean isOperator(String token)
{
return(token.equals("+")||token.equals("-")||
token.equals("*")||token.equals("/"));
}
private int evalSingleOp(String operation,int op1,int op2)
{
int result=0;
switch(operation)
{
case ADD:
result=op1+op2;
break;
case SUBTRACT:
result=op1-op2;
break;
case MULTIPLY:
result=op1*op2;
break;
case DIVIDE:
result=op1/op2;
default:
break;
}
return result;
}
}
(3)实验截图
(二)网络编程与安全-2
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
5.上传测试结果截图和码云链接
(1)实验步骤
- 编写服务器端与客户端链接代码
- 客户端输入中缀表达式,调用
MyBC.java
转为后缀表达式 - 服务器接收后缀表达式,调用
MyDC.java
计算结果值并返回到客户端
(2)实验代码
详见码云链接:T2
- 服务器端:
Service.java
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
public class Service {
public static void main(String[] args) throws IOException{
Service socketService = new Service();
socketService.oneServer();
}
public void oneServer(){
try{
ServerSocket server=null;
try{
server=new ServerSocket(5223); //客户端链接端口
System.out.println("服务器启动成功!");
}catch(Exception e) {
System.out.println("没有启动监听!"+e);
}
Socket socket=null;
try{
socket=server.accept();
}catch(Exception e) {
System.out.println("Error."+e);
}
String line,line2;
BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintWriter writer=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
line2=in.readLine();
System.out.println("客户端:"+line2);
MyDC f = new MyDC();
System.out.printf("%d",f.evaluate(line2));
writer.println(Integer.toString(f.evaluate(line2)));
line=br.readLine();
while(!line.equals("end")){
writer.println(line);
writer.flush();
System.out.println("服务器:"+Integer.toString(f.evaluate(in.readLine())));
System.out.println("客户端:"+in.readLine());
line=br.readLine();
}
writer.close();
in.close();
socket.close();
server.close();
}catch(Exception e) {
System.out.println("Error."+e);
}
}
}
- 客户端:
Client.java
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.InetAddress;
import java.net.Socket;
import java.net.URL;
public class Client {
public static void main(String[] args) throws IOException {
try {
//服务器的IP地址与所选端口(IP地址通过命令行指令ipconfig查出)
Socket socket = new Socket("10.1.1.234", 5223);
System.out.println("客户端启动成功!");
System.out.println("请输入中缀表达式:");
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
PrintWriter write = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String expression;
MyBC bc = new MyBC();
expression = br.readLine();
String input =new String();
input = bc.toSuffix("1+(4*2)/2+5+4*3-4");
while (!expression.equals("end")) {
write.println(input);
write.println(expression);
write.flush();
System.out.println("转化的后缀表达式为:" + input);
System.out.println("服务器返回值为:" + in.readLine());
expression = br.readLine();
}
write.close();
in.close();
socket.close();
} catch (Exception e) {
System.out.println("无法监听:" + e);
}
}
}
(3)实验截图
(三)网络编程与安全-3
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
5.上传测试结果截图和码云链接
(1)实验步骤
- 前期基本步骤同上一提交点
- 编写加解密代码
AES.JAVA
- 在客户端输入中缀表达式,调用
MyBC.java
转后缀表达式,再调用AES.JAVA
的加密部分转加密密文 - 服务器接收到密文,调用
AES.JAVA
的解密部分对密文解密,再调用MyDC.java
对解密明文计算值,返回客户端
(2)实验代码
详见码云链接:T3
AES.java
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;
public class AES {
//初始向量
public static final String VIPARA = "aabbccddeeffgghh";
//编码方式
public static final String bm = "UTF-8";
//私钥
private static final String ASE_KEY="aabbccddeeffgghh";
/**
* 加密
*/
public static String encrypt(String cleartext) {
try {
IvParameterSpec zeroIv = new IvParameterSpec(VIPARA.getBytes());
SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(ASE_KEY.getBytes(), "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, zeroIv);
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(cleartext.getBytes(bm));
return new BASE64Encoder().encode(encryptedData);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return "";
}
}
/**
* 解密
*/
public static String decrypt(String encrypted) {
try {
byte[] byteMi = new BASE64Decoder().decodeBuffer(encrypted);
IvParameterSpec zeroIv = new IvParameterSpec(VIPARA.getBytes());
SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(
ASE_KEY.getBytes(), "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, zeroIv);
byte[] decryptedData = cipher.doFinal(byteMi);
return new String(decryptedData, bm);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return "";
}
}
}
- 服务器端新增部分:
Service2.java
......
String line,line2;
BufferedReader in=new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
PrintWriter writer=new PrintWriter(socket.getOutputStream());
BufferedReader br=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
line2=in.readLine();
System.out.println("客户端:"+line2);
//创建对象aes,并调用 AES 类中的解密方法
AES aes = new AES();
String line3 = new String();
line3 = aes.decrypt(line2);
//调用 MyDC 类计算值
MyDC f = new MyDC();
System.out.printf("%d",f.evaluate(line3));
writer.println(Integer.toString(f.evaluate(line3)));
line=br.readLine();
......
- 客户端新增部分:
Client2.java
......
MyBC bc = new MyBC();
expression = br.readLine();
String input =new String();
String input2 = new String();
input = bc.toSuffix("1+(4*2)/2+5+4*3-4");
//创建对象aes,并调用 AES 类中的加密方法
AES aes = new AES();
input2 = aes.encrypt(input);
while (!expression.equals("end")) {
write.println(input2);
write.println(expression);
write.flush();
System.out.println("aes加密的后缀表达式为:" + input2);
System.out.println("服务器返回值为:" + in.readLine());
expression = br.readLine();
}
......
(3)实验截图
(四)网络编程与安全-4
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
6.上传测试结果截图和码云链接
(1)实验步骤
- 前期操作与前一提交点一致
- 在实验提交点3的基础上再添加密钥交换算法
DHCode.java
- 客户端和服务器用DH算法进行AES算法的密钥交换
(2)实验代码
详见码云链接:T4
- 生成密钥对:
HQKeyPair.java
import java.security.KeyPair;
/**
* 生成密钥对
*/
public class HQKeyPair
{
private byte[] privateKey;
private byte[] publicKey;
public HQKeyPair()
{
}
public HQKeyPair(KeyPair keyPair)
{
this.privateKey = keyPair.getPrivate().getEncoded();
this.publicKey = keyPair.getPublic().getEncoded();
}
public HQKeyPair(byte[] privateKey, byte[] publicKey)
{
this.privateKey = privateKey;
this.publicKey = publicKey;
}
public byte[] getPrivateKey()
{
return privateKey;
}
public void setPrivateKey(byte[] privateKey)
{
this.privateKey = privateKey;
}
public byte[] getPublicKey()
{
return publicKey;
}
public void setPublicKey(byte[] publicKey)
{
this.publicKey = publicKey;
}
}
- DH算法实现:
DHCode.java
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
public abstract class DHCoder {
/**
* 非对称加密密钥算法
*/
private static final String KEY_ALGORITHM = "DH";
/**
* 选择AES算法
*/
private static final String SELECT_ALGORITHM = "AES";
/**
* 密钥长度
*/
private static final int KEY_SIZE = 512;
//公钥
private static final String PUBLIC_KEY = "DHPublicKey";
//私钥
private static final String PRIVATE_KEY = "DHPrivateKey";
/**
* 初始化甲方密钥
*/
public static Map<String, Object> initKey() throws Exception{
//实例化密钥对生成器
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//初始化密钥对生成器
keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
//生成密钥对
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
//甲方公钥
DHPublicKey publicKey = (DHPublicKey)keyPair.getPublic();
//甲方私钥
DHPrivateKey privateKey = (DHPrivateKey)keyPair.getPrivate();
//将密钥对存储在Map中
Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}
/**
* 初始化乙方密钥
*/
public static Map<String, Object> initKey(byte[] key) throws Exception{
//解析甲方公钥
//转换公钥材料
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(key);
//实例化密钥工厂
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//产生公钥
PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
//由甲方公钥构建乙方密钥
DHParameterSpec dhParameterSpec = ((DHPublicKey)pubKey).getParams();
//实例化密钥对生成器
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//初始化密钥对生成器
keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
//产生密钥对
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
//乙方公钥
DHPublicKey publicKey = (DHPublicKey) keyPair.getPublic();
//乙方私约
DHPrivateKey privateKey = (DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();
//将密钥对存储在Map中
Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}
/**
* 加密
*/
public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception{
//生成本地密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, SELECT_ALGORITHM);
//数据加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 解密
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception{
//生成本地密钥
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, SELECT_ALGORITHM);
//数据揭秘
Cipher cipher = Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 构建密钥
*/
public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey) throws Exception{
//实例化密钥工厂
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//初始化公钥
//密钥材料转换
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
//产生公钥
PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
//初始化私钥
//密钥材料转换
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
//产生私钥
PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
//实例化
KeyAgreement keyAgree = KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
//初始化
keyAgree.init(priKey);
keyAgree.doPhase(pubKey, true);
//生成本地密钥
SecretKey secretKey = keyAgree.generateSecret(SELECT_ALGORITHM);
return secretKey.getEncoded();
}
/**
* 私钥
*/
public static byte[] getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception{
Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
return key.getEncoded();
}
/**
* 公钥
*/
public static byte[] getPublicKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception{
Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
return key.getEncoded();
}
}
(3)实验截图
(五)网络编程与安全-5
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
6.上传测试结果截图和码云链接
(1)实验步骤
- 前期操作与前一提交点一致
- 客户端用AES算法加密后缀表达式,把密文和明文的MD5値发送给服务器
- 客户端和服务器用DH算法进行AES算法的密钥交换
- 服务器解密后,计算明文的MD5值,与客户端的MD5值对比
(2)实验代码
详见码云链接:T5
MD5.java
import java.security.MessageDigest;
/**
* 求MD5值
*/
public class MD5 {
public final static String[] hashValueString = {"0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","a","b","c","d","e","f"};
public static String byteToString(byte[] hashValueBytes){
String result = "";
for(int i=0;i<hashValueBytes.length;i++){
int hashValueInt = hashValueBytes[i];
hashValueInt = hashValueInt>0 ? hashValueInt : hashValueInt+256;
int high = hashValueInt / 16; //byte 的高4位
int low = hashValueInt % 16; //byte 的低4位
result += hashValueString[high] + hashValueString[low];
}
return result;
}
public static void byteToNum(byte[] hashValueBytes){
}
public static String GetMd5Code(String str) throws Exception {
String md5Value = "";
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
byte[] hashValueBytes = md.digest(str.getBytes()); //返回值为存放hash 值的byte 数组
md5Value = byteToString(hashValueBytes);
return md5Value;
}
}
(3)实验截图
三、实验总结
遇到的问题
在实验2~5点中,使用Socket实现客户端/服务器功能时需要提供服务器端的IP地址,查询资料后了解到有两种查看方式,这里使用了命令行输入指令ipconfig
查询IPv4地址。也可以在电脑的“网络和共享中心”→“WLAN连接”→“详细信息”中查询IPv4地址。
法一:
法二:
参考资料
四、PSP时间
实验步骤 | 耗时 | 百分比 |
---|---|---|
题目分析 | 1h | 10% |
思路设计 | 2h | 20% |
代码实现 | 5h | 50% |
调试测试 | 1h | 10% |
实验总结 | 1h | 10% |