2017-2018-1 20155320实验五——通讯协议设计
实验五 通讯协议设计-1
在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业
提交运行结果截图
作业：
1. 两人一组 基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端
2. 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
3. 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。
4. 学有余力者，对系统进行安全性分析和改进。
openssl的安装
- 首先参照娄老师的教程Linux下OpenSSL的安装与使用中提供的链接下载了openssl
- 依次输入
tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz和cd openssl-1.1.0-pre1解压并进入源代码目录 - 依次输入如下命令编译安装
./config
make
sudo make install
- 并用如下代码测试openssl
#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>
int main(){
OpenSSL_add_all_algorithms();
return 0;
}
输入命令gcc -o to test_openssl.c -L /usr/local/ssl/inlcude /usr/local/ssl/lib -ldl -lpthread编译
./to;echo $?执行,结果打印0，表明安装成功，截图如下：
openssl的简单学习
-
通过man命令对openssl进行简单查看
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
作业1：两人一组 基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端
-
socket的基本操作
- 1、socket()函数
- 2、bind()函数
- 3、listen()、connect()函数
- 4、accept()函数
- 5、read()、write()函数等
- 6、close()函数
1.socket()函数
socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。
int socket(int domain, int type, int protocol);
2.bind()函数
bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- listen()、connect()函数
如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。
int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
4.accept()函数
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
6.close()函数
在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。
#include <unistd.h>
int close(int fd);
- 在本次实验中我负责的是客户端的代码：
/* File Name: client.c */
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#define MAXLINE 4096
int main(int argc, char** argv)
{
int sockfd, n,rec_len;
char recvline[4096], sendline[4096];
char buf[MAXLINE];
struct sockaddr_in servaddr;
if( argc != 2){
printf("usage: ./client <ipaddress>
");
exit(0);
}
if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
printf("create socket error: %s(errno: %d)
", strerror(errno),errno);
exit(0);
}
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(8000);
if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){
printf("inet_pton error for %s
",argv[1]);
exit(0);
}
if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){
printf("connect error: %s(errno: %d)
",strerror(errno),errno);
exit(0);
}
printf("send msg to server:
");
fgets(sendline, 4096, stdin);
if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)
{
printf("send msg error: %s(errno: %d)
", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
if((rec_len = recv(sockfd, buf, MAXLINE,0)) == -1) {
perror("recv error");
exit(1);
}
buf[rec_len] = ' ';
printf("Received : %s ",buf);
close(sockfd);
exit(0);
}
- 与服务器连通后结果如下，可以实现互相通信
研究研究OpenSSL算法
参考openssl几个加密算法使用介绍对openssl的几个算法进行了学习。
- 测试AES的命令为
- 命令行输入密码123456 ：
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass pass:123456； - 文件输入，密码123456：
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass file:passwd.txt; - 从标准输入输入:
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass stdin。
- 命令行输入密码123456 ：
- 测试RSA的命令为
- RSA私钥的生成：```openssl genrsa -out rsaprivatekey.pem 1024``````。
- 生成公钥文件，将公钥输出到rsapubckey.pem，
openssl rsa -in rsaprivatekey.pem -pubou -out rsapubckey.pem。 - 用公钥匙rsapubckey.pem加密文件my.txt，输出到文件
hello.en：openssl rsautl -encrypt -in my.txt -inkey rsapubckey.pem -pubin -out hello.en; - 使用私钥匙rsaprivatekey.pem解密密文hello.en，输出到文件hello.de中:
openssl rsautl -decrypt -in hello.en -inkey rsaprivatekey.pem -pubin -out hello.de
- 测试MD5的命令为
- 查看私钥为1553
echo "1553" | openssl dgst -md5
实验五 通讯协议设计-2
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
对openssl进行学习，参考
一、OpenSSL函数介绍
OpenSSL是一个开放源代码的SSL协议的产品实现，它采用C语言作为开发语言，具备了跨系统的性能。调用OpenSSL的函数就可以实现一个SSL加密的安全数据传输通道，从而保护客户端和服务器之间数据的安全。
头文件：
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
- 基于OpenSSL的程序都要遵循以下几个步骤：
(1)OpenSSL初始化：
在使用OpenSSL之前，必须进行相应的协议初始化工作，可以通过下面的函数实现：
int SSL_library_int(void);
(2)选择会话协议：
在利用OpenSSL开始SSL会话之前，需要为客户端和服务器制定本次会话采用的协议，目前能够使用的协议包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3。
需要注意的是，客户端和服务器必须使用相互兼容的协议，否则SSL会话将无法正常进行。
(3)创建会话环境：
在OpenSSL中创建的SSL会话环境称为CTX，使用不同的协议会话，其环境也不一样的。
申请SSL会话环境的OpenSSL函数是：
SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);
当SSL会话环境申请成功后，还要根据实际的需要设置CTX的属性，通常的设置是指定SSL握手阶段证书的验证方式和加载自己的证书。
制定证书验证方式的函数是：
int SSL_CTX_set_verify(SSL_CTX *ctx,int mode,int(*verify_callback),int(X509_STORE_CTX *));
为SSL会话环境加载CA证书的函数是：
SSL_CTX_load_verify_location(SSL_CTX *ctx,const char *Cafile,const char *Capath);
为SSL会话加载用户证书的函数是：
SSL_CTX_use_certificate_file(SSL_CTX *ctx, const char *file,int type);
为SSL会话加载用户私钥的函数是：
SSL_CTX_use_PrivateKey_file(SSL_CTX *ctx,const char* file,int type);
在将证书和私钥加载到SSL会话环境之后，就可以调用下面的函数来验证私钥和证书是否相符：
int SSL_CTX_check_private_key(SSL_CTX *ctx);
（4）建立SSL套接字
SSL套接字是建立在普通的TCP套接字基础之上，在建立SSL套接字时可以使用下面的一些函数：
SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);//申请一个SSL套接字
int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);)//绑定读写套接字
int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd);//绑定只读套接字
int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd);//绑定只写套接字
（5）完成SSL握手
在成功创建SSL套接字后，客户端应使用函数SSL_connect( )替代传统的函数connect( )来完成握手过程:
int SSL_connect(SSL *ssl);
而对服务器来讲，则应使用函数SSL_ accept ( )替代传统的函数accept ( )来完成握手过程:
int SSL_accept(SSL *ssl);
握手过程完成之后，通常需要询问通信双方的证书信息，以便进行相应的验证，这可以借助于下面的函数来实现:
X509 *SSL_get_peer_certificate(SSL *ssl);
该函数可以从SSL套接字中提取对方的证书信息，这些信息已经被SSL验证过了。
X509_NAME *X509_get_subject_name(X509 *a);
该函数得到证书所用者的名字。
（6）进行数据传输
当SSL握手完成之后，就可以进行安全的数据传输了，在数据传输阶段，需要使用SSL_read( )和SSL_write( )来替代传统的read( )和write( )函数，来完成对套接字的读写操作：
int SSL_read(SSL *ssl,void *buf,int num);
int SSL_write(SSL *ssl,const void *buf,int num);
（7）结束SSL通信
当客户端和服务器之间的数据通信完成之后，调用下面的函数来释放已经申请的SSL资源：
int SSL_shutdown(SSL *ssl);//关闭SSL套接字
void SSl_free(SSL *ssl);//释放SSL套接字
void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx); //释放SSL会话环境
- 代码如下：
#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！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",
buf, errno, strerror(errno));
goto finish;
} else
printf("'%s'发送成功，共发送了%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("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据
",
buf, len);
else
printf
("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%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;
}
telent.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <resolv.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
#include <openssl/evp.h>
#define MAXBUF 1024
void ShowCerts(SSL * ssl)
{
X509 *cert;
char *line;
cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
if (cert != NULL) {
printf("数字证书信息:
");
line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);
printf("证书: %s
", line);
free(line);
line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
printf("颁发者: %s
", line);
free(line);
X509_free(cert);
} else
printf("无证书信息！
");
}
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd, len;
struct sockaddr_in dest;
char buffer[MAXBUF + 1];
SSL_CTX *ctx;
SSL *ssl;
if (argc != 3) {
printf("参数格式错误！正确用法如下：
%s IP地址 端口
比如: %s 127.0.0.1 80
此程序用来从某个"
"IP 地址的服务器某个端口接收最多 MAXBUF 个字节的消息",
argv[0], argv[0]);
exit(0);
}
/* SSL 库初始化，参看 ssl-server.c 代码 */
SSL_library_init();
OpenSSL_add_all_algorithms();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 创建一个 socket 用于 tcp 通信 */
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("Socket");
exit(errno);
}
printf("socket created
");
/* 初始化服务器端（对方）的地址和端口信息 */
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = AF_INET;
dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) {
perror(argv[1]);
exit(errno);
}
printf("address created
");
/* 连接服务器 */
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {
perror("Connect ");
exit(errno);
}
printf("server connected
");
/* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, sockfd);
/* 建立 SSL 连接 */
if (SSL_connect(ssl) == -1)
ERR_print_errors_fp(stderr);
else {
printf("Connected with %s encryption
", SSL_get_cipher(ssl));
ShowCerts(ssl);
}
/* 接收对方发过来的消息，最多接收 MAXBUF 个字节 */
bzero(buffer, MAXBUF + 1);
/* 接收服务器来的消息 */
len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据
",
buffer, len);
else {
printf
("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",
errno, strerror(errno));
goto finish;
}
bzero(buffer, MAXBUF + 1);
strcpy(buffer, "from client->server");
/* 发消息给服务器 */
len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer));
if (len < 0)
printf
("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",
buffer, errno, strerror(errno));
else
printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！
",
buffer, len);
finish:
/* 关闭连接 */
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
close(sockfd);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
- 运行结果如下：
实验中遇到的问题
- 问题1：在安装openssl时，按照娄老师提供的教程，需要编译安装，出现了问题
./configure
make
sudo make install
-
解决1：后来发现不能输./configure，而是要输./config
-
问题2：在编译运行测试代码时，按照命令输，出现如下问题
-
解决2： 命令不应该是
gcc -o to test_openssl.c -I /usr/local/ssl/inlcude /usr/local/ssl/lib -ldl -lpthread
应该将-I改为-L，因为-L后指定的是链接库的路径，由于要导入OpenSSL所以使用-lcrypto参数