20145208 实验五 Java网络编程

实验内容

1.用书上的TCP代码，实现服务器与客户端。

2.客户端与服务器连接

3.客户端中输入明文，利用DES算法加密，DES的秘钥用RSA公钥密码中服务器的公钥加密，计算明文的Hash函数值，一起传送给客户端

4.客户端用RSA公钥密码中服务器的私钥解密DES的，秘钥，用秘钥对密文进行解密，得出明文。计算求得明文的Hash函数值，检查是否与传送过来的一致，如果一直，则表示匹配成功。

实验步骤

结对实验

我和20145215卢肖明组队进行实验
由我负责服务器的部分，卢肖明负责客户端部分。

了解JAVA网络编程的基础知识

IP和端口

通过老师给的链接JAVA网络编程中可以了解到对于网络编程来说，最主要的是计算机和计算机之间的通信，这样首要的问题就是如何找到网络上的计算机呢？这就需要了解IP地址的概念。
寻找本机的IP地址也就是IPv4的地址可以通过命令行的ipconfig命令来查找，如图：

因为我连接的是校网，所以我的DNS后缀是besti.edu.cn。
有了IP地址计算机就可以找到对方，但是一个计算机设有多个端口来运行多个网络程序，每个网络程序占用不同的端口，所以就算找到了，要想连接起来，还需要知道端口，且服务器和客户端的端口必须要统一。
有了IP地址和端口的概念以后，在进行网络通讯交换时，就可以通过IP地址查找到该台计算机，然后通过端口标识这台计算机上的一个唯一的程序。这样就可以进行网络数据的交换了。

网络编程步骤

客户端网络编程步骤

首先指定连接到的服务器的IP地址和端口号来建立网络连接
连接建立以后，就可以通过这个连接交换数据了。交换数据严格按照请求响应模型进行，由客户端发送一个请求数据到服务器，服务器反馈一个响应数据给客户端，如果客户端不发送请求则服务器端就不响应。
本次实验要求要对数据进行加密操作：
- 先获得DES的密钥
- 然后使用RSA算法，使用服务器端的公钥对DES的密钥进行加密
- 再用DES加密明文得到密文
得到了明文就可以将客户端明文的Hash值传送给服务器，然后会收到来自服务器的返回数据
数据交换完毕后关闭连接

服务器端网络编程步骤

服务器属于被动等待连接，所以首先要进行监听端口，等待客户端进行连接。
在客户端连接之后，服务器就获得一个与客户端之间的连接，二者就可以通过这个连接进行数据交换了。
服务器接收到客户端传来的数据之后要进行处理，针对本次实验来说，客户端传来的数据是加密过的，所以服务器需要进行解密的操作：
- 首先要使用服务器端RSA的私钥对DES的密钥进行解密
- 再将十六进制数据转换成十进制
- 之后用解密得到的DES密钥对DES进行解密
- 然后使用解密得到的DES对十进制进制密文数据进行解密
- 最后将得到的十进制明文用“UTF-8”转码成明文字符
解密之后得到明文之后还需要验证数据完整性，在这里使用Hash函数来检测。
检测成功之后再向客户端返回数据表示匹配成功或者失败
最后关闭连接。

服务器代码

package DO5;
/**
 * Created by Cai Ye on 2016/5/5.
 */
        import java.net.*;
        import java.io.*;
        import java.security.*;
        import java.security.spec.*;
        import javax.crypto.*;
        import javax.crypto.spec.*;
        import javax.crypto.interfaces.*;
        import java.security.interfaces.*;
        import java.math.*;
public class ComputeTCPServer{
    public static void main(String srgs[]) throws Exception
    {
        ServerSocket sc = null;
        Socket socket=null;
        try
        {
            sc= new ServerSocket(10001);//创建服务器套接字
            System.out.println("端口号:" + sc.getLocalPort());
            System.out.println("服务器已经启动...");
            socket = sc.accept();   //等待客户端连接
            System.out.println("已经建立连接");//获得网络输入流对象的引用
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));//获得网络输出流对象的引用
            PrintWriter out=new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())),true);
            //使用服务器端RSA的私钥对DES的密钥进行解密
            String aline2=in.readLine();
            BigInteger c=new BigInteger(aline2);
            FileInputStream f=new FileInputStream("Skey_RSA_priv.dat");
            ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);
            RSAPrivateKey prk=(RSAPrivateKey)b.readObject( );
            BigInteger d=prk.getPrivateExponent();
            BigInteger n=prk.getModulus();
            BigInteger m=c.modPow(d,n);
            byte[] keykb=m.toByteArray();
            //使用DES对密文进行解密
            String aline=in.readLine();//读取客户端传送来的数据
            byte[] ctext=parseHexStr2Byte(aline);
            Key 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("从客户端接收到信息为："+p); //通过网络输出流返回结果给客户端
            //使用Hash函数检测明文完整性
            String aline3=in.readLine();
            String x=p;
            MessageDigest m2=MessageDigest.getInstance("MD5");
            m2.update(x.getBytes( ));
            byte a[ ]=m2.digest( );
            String result="";
            for (int i=0; i<a.length; i++)
            {
                result+=Integer.toHexString((0x000000ff & a[i]) |
                        0xffffff00).substring(6);
            }
            System.out.println(result);
            if(aline3.equals(result))
            {
                System.out.println("匹配成功");
            }
            out.println("匹配成功");
            out.close();
            in.close();
            sc.close();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
    //十六进制和十进制转换
    public static byte[] parseHexStr2Byte(String hexStr)
    {
        if (hexStr.length() < 1)
            return null;
        byte[] result = new byte[hexStr.length()/2];
        for (int i = 0;i< hexStr.length()/2; i++)
        {
            int high = Integer.parseInt(hexStr.substring(i*2, i*2+1 ), 16);
            int low = Integer.parseInt(hexStr.substring(i*2+1, i*2+2), 16);
            result[i] = (byte) (high * 16 + low);
        }
        return result;
    }
}

实验结果

实验中遇到的问题

问题一

在客户端进行连接的时候可能会出现端口被占用的情况，只需要服务器和客户端都将端口改成一个空闲端口就可以了
如果已经安装了XAMPP，就可以快捷的发现被占用端口和找到空闲的端口了

问题二

在实验中我们有时候会遇到连接超时的情况，出现这种情况的原因有很多，可以通过换网络、共用一个热点或者使用服务器所在主机的WiFi等等方法来解决，但是我觉得这些都不是最有效的方法，最有效的方法我们还在研究

问题三

连接成功之后可能会出现如下错误：

这是因为我们调用了RSA算法，但是没有将对应文件放入，只要将Skey_RSA_pub.dat和Skey_RSA_priv.dat两个文件放在和src同级目录下就可以了。

时间分配

步骤	耗时	百分比
基础学习	30min	30%
代码理解	30min	30%
代码设计	15min	15%
测试	15min	15%
分析总结	10min	10%

实验感想

本次实验是我第一次切身接触到服务器与客户端的设计和使用，让我初步了解到了JAVA网络编程的基础知识，并且通过做中学的方式学习到了很多，老师给的代码条理很清晰，只要将每一个变量的意义看懂了，代码的整个思路和框架也就明了了，还需要通过API的使用来理解许多新出现的语法结构，来理解代码的原理和内容，最后我还用DEBUG的方法来对每一个变量的值和变量的变化进行理解，DEBUG最好的一点就是可以通过一步一步的执行，很清晰的看到整个代码的运行过程，更加有助于理解代码。
本次实验最大的收获就是体会到了DEBUG的好处，DEBUG可以很好的帮助我理解一个陌生的代码，他用最笨的办法一步一步的告诉你这个代码每一步的作用。