2017-2018-1 20155314《信息安全系统设计基础》实验五 通讯协议设计

2017-2018-1 20155314《信息安全系统设计基础》实验五 通讯协议设计

通讯协议设计-1

实验要求

学到的知识

  1. Linux下的应用大多可以直接使用，也可以获取源代码自己进行编译、安装，使用源代码安装的过程一般是：

    • configure
    • make
    • make install

  2. gcc -o test_openssl test_openssl.c -I /usr/local/ssl/include -L /usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread
    上面这句表示在编译test_openssl.c时：

    • -o test_openssl test_openssl.c：

    将test_openssl.c编译生成可执行文件test_openssl(如果不给出这个选项，gcc就给出预设的可执行文件a.out)

    • -I /usr/local/ssl/include：

    将/usr/local/ssl/include目录作为第一个寻找头文件的目录，寻找的顺序是：/usr/local/ssl/include-->/usr/include-->/usr/local/include

    • -L /usr/local/ssl/lib：

    将/usr/local/ssl/lib目录作为第一个寻找库文件的目录，寻找的顺序是：/usr/local/ssl/lib-->/lib-->/usr/lib-->/usr/local/lib

    • -L：指定链接库的文件夹地址
    • -ldl：加载动态库
    • -lcrypto：导入OpenSSL所需包
    • -lpthread：链接POSIX thread库

实验步骤

一、Linux下OpenSSL的安装

  1. 访问OpenSSL的官网http://www.openssl.org/source/，下载最新版本的OpenSSL：这里为了跟老师的教程同步，我选择下载教程给出的OpenSSL版本：OpenSSL 1.1.0alpha

  2. 在Ubuntu ARM V12B V2.0虚拟机中使用tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz命令解压源代码；

  3. 使用cd openssl-1.1.0-pre1命令进入源代码目录；

  4. 使用下列命令编译安装：

    $ ./config
$ make
$ sudo make install

  5. 使用make test命令测试安装是否正确：测试全部通过，表明安装无误～

二、Linux下OpenSSL的使用

OpenSSL应用程序
  • 通过man openssl查看帮助文档：
OpenSSL密码算法库

  • 编写一个测试代码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命令编译生成可执行文件test_openssl

  • 执行echo $?，结果打印0，表明测试通过，如下图：

通讯协议设计-2

实验要求

  • 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

学到的知识

  • 混合密码系统介绍

  • OpenSSL流程

    • 初始化
    • 选择会话协议和创建会话环境
    • 建立SSL套接字
    • 完成SSL握手
    • 从SSL套接字中提取对方的证书信息
    • 数据传输
    • 结束SSL通信

  • OpenSSL应用编程框架

    • Server端：

      ctx = SSL_CTX_new (SSLv23_server_method());
ssl = SSL_new (ctx);
fd = socket ();
bind ();
listen ();
accept ();
SSL_set_fd (ssl, fd);
SSL_accept (ssl);
SSL_read ();

    • Client端:

      ctx = SSL_CTX_new (SSLv23_client_method());
ssl = SSL_new (ctx);
fd = socket ();
connect ();
SSL_set_fd (ssl, fd);
SSL_connect (ssl);
SSL_write ();

实验代码

  • 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>
  #include <openssl/evp.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
");
  
      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
");
  
      if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
          perror("listen");
          exit(1);
      } else
          printf("begin listen
");
  
      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
",
                     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
                  ("'%s'发送失败!错误代码:%d,错误信息:'%s'
",
                   buf, errno, strerror(errno));
              goto finish;
          } else
              printf("'%s'发送成功!共发送%d个字节!
",
                     buf, len);
  
          bzero(buf, MAXBUF + 1);
          /* 接收客户端的消息 */
          len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
          if (len > 0)
              printf("'%s'接收成功!共接收%d个字节的数据!
",
                     buf, len);
          else
              printf
                  ("接收失败!错误代码:%d,错误信息:'%s'
",
                   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 <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>
  #include <openssl/evp.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
");
  
      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
");
  
      if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
          perror("listen");
          exit(1);
      } else
          printf("begin listen
");
  
      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
",
                     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
                  ("'%s'发送失败!错误代码:%d,错误信息:'%s'
",
                   buf, errno, strerror(errno));
              goto finish;
          } else
              printf("'%s'发送成功!共发送%d个字节!
",
                     buf, len);
  
          bzero(buf, MAXBUF + 1);
          /* 接收客户端的消息 */
          len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
          if (len > 0)
              printf("'%s'接收成功!共接收%d个字节的数据!
",
                     buf, len);
          else
              printf
                  ("接收失败!错误代码:%d,错误信息:'%s'
",
                   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;

    }

运行截图

通讯协议设计-3

实验要求

  1. 运行实验箱中，ARM调用Z32算法的实验，提交实验截图

  2. 用Z32的国密算法重新改写“wc服务器”的混合密码系统防护，提交运行截图

运行结果

  • 未要求完成

实验中遇到的问题及解决过程

OpenSSL编译安装问题

  • 问题描述：

    OpenSSL安装过程中make install时报错：

  • 主要原因：

    被老师博客教程中写的./configure所困惑：
    我在OpenSSL安装目录中并没有找到可执行文件configure，但却发现了两个与之非常相似的可执行文件config和Configure，于是便不假思索地输入命令./Configure，导致到make install这一步时出错，错误原因未知...

  • 解决方法：

    正解自然是用./config命令执行可执行文件config，再make和make install，该问题便迎刃而解了：

参考资料

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原文地址：https://www.cnblogs.com/crazymosquito/p/8056259.html