2017-2018-1 20155201 实验五 通讯协议设计

2017-2018-1 20155201 实验五 固件程序设计

一、实验内容

  1. 安装OpenSSL环境，并编写测试代码验证无误
  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. 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

二、实验步骤

  1. 安装OpenSSL环境，并编写测试代码验证无误

    • 在官网的下载地址下载zip包并解压

    • 在命令行中输入

    ./config
make
sudo make install

    等待安装完即可。其中需要注意的一行是库文件被复制到哪个文件夹里面了

    • 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;
}
    • 注意刚才记下来的库所在路径
    > gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/lib(路径) -lcrypto -ldl -lpthread
> ./test_openssl
> echo $?

  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

    • 对称加密：对称加密需要使用的标准命令为 enc
    openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a/-base64]
   [-A] [-k password] [-kfile filename] [-K key] [-iv IV] [-S salt] [-salt] [-nosalt] [-z] [-md]
   [-p] [-P] [-bufsize number] [-nopad] [-debug] [-none] [-engine id]
   
-in filename：指定要加密的文件存放路径

-out filename：指定加密后的文件存放路径

-salt：自动插入一个随机数作为文件内容加密，默认选项

-e：可以指明一种加密算法，若不指的话将使用默认加密算法

-d：解密，解密时也可以指定算法，若不指定则使用默认算法，但一定要与加密时的算法一致

-a/-base64：使用-base64位编码格式
    • AES:
    openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass pass:123456   //密码123456

    • RSA:

    RSA 的用法如下：

openssl rsa [-inform PEM|NET|DER] [-outform PEM|NET|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout arg]
   [-sgckey] [-des] [-des3] [-idea] [-text] [-noout] [-modulus] [-check] [-pubin] [-pubout] [-engine id]
常用选项：

-in filename：指明私钥文件

-out filename：指明将提取出的公钥保存至指定文件中 

-pubout：根据私钥提取出公钥

    • MD5:

    openssl passwd -1 -in test.txt -salt 12345678    

生成密码需要使用的标准命令为 passwd ，用法如下：

openssl passwd [-crypt] [-1] [-apr1] [-salt string] [-in file] [-stdin] [-noverify] [-quiet] [-table] {password}
常用选项有：

-1：使用md5加密算法

-salt string：加入随机数，最多8位随机数

-in file：对输入的文件内容进行加密

-stdion：对标准输入的内容进行加密

  3. 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

  • 头文件：
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
  • 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();
  • 产生一个 SSL_CTX
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
if (ctx == NULL) {
    ERR_print_errors_fp(stdout);
    exit(1);}
  • 载入用户的数字证书
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);
    }
    
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
    ERR_print_errors_fp(stdout);
    exit(1);
    }
  • 基于 ctx 产生一个新的 SSL，并将连接用户的 socket 加入到 SSL
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, new_server_socket_fd);
  • 建立 SSL 连接
if (SSL_accept(ssl) == -1) {
    perror("accept");
    close(new_fd);
    break;
    }
  • SSL数据传输
int 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));
  • 客户端与服务器传输完数据后，关闭 SSL 连接，释放 SSL
SSL_shutdown(ssl);

SSL_free(ssl);
  • 释放 CTX
SSL_CTX_free(ctx);

代码已上传至码云：


#include<netinet/in.h> // sockaddr_in
……
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
……
#include<string.h> // bzero

#define SERVER_PORT 8000
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
#define MAX 10000000
#define MAXBUF 1024

int main(void)
{
// 声明并初始化一个服务器端的socket地址结构
struct sockaddr_in server_addr;
……
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
SSL_CTX *ctx;    //ssl数据结构

/* 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);
    }




// 创建socket，若成功，返回socket描述符
int server_socket_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
……

// 绑定socket和socket地址结构
……

// socket监听
……


while(1)
    {
    SSL *ssl;
    
    
    // 定义客户端的socket地址结构
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_length = sizeof(client_addr);
        
    // 接受连接请求，返回一个新的socket(描述符)，这个新socket用于同连接的客户端通信
    // accept函数会把连接到的客户端信息写到client_addr中
    int new_server_socket_fd = accept(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_length);
    ……
        
    /* 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_server_socket_fd);
    
    /* 建立 SSL 连接 */
    if (SSL_accept(ssl) == -1) {
        perror("accept");
        close(new_fd);
        break;
        }
    
    
    // recv函数接收数据到缓冲区buffer中
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
    if(recv(new_server_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)
        {
            perror("Server Recieve Data Failed:");
            break;
            }
    // 然后从buffer(缓冲区)拷贝到file_name中
    
    int 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));
    
    
    char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE+1];
    ……
    
    
    
    // 打开文件并读取文件数据
    FILE *fp = fopen(file_name, "r");
    if(NULL == fp)
        {
            printf("File:%s Not Found
", file_name);
        }
    else
        {
            //printf("buffer:%s
",buffer);//buffer为filename
                
            char *argv[]={"wc","-w",file_name,0};
            execvp( "wc" ,argv);
                
            fclose(fp);
            
            /* 关闭 SSL 连接 */
            SSL_shutdown(ssl);
            
            /* 释放 SSL */
            SSL_free(ssl);
            
            
            
        }
    // 关闭与客户端的连接
    close(new_server_socket_fd);
    }
// 关闭监听用的socket
close(server_socket_fd);

 /* 释放 CTX */
SSL_CTX_free(ctx);

return 0;
}


三、实验过程中遇到的问题和解决方案

  • 问题1：安装OpenSSL环境的时候，一切按照步骤来，在编写测试文件的时候还是出现了无法识别头文件的错误，我没截图，终端提示error:cannnot found #include <openssl/evp.h>的错误
  • 问题1解决方案：各种百度，在知乎里找到一个回答：Mac10.10 brew安装PHP提示Cannot find OpenSSL's <evp.h>
    里面提示安装Xcode命令行
xcode-select --install

然后居然就可以了，也不会再报错，可以运行测试代码

四、实验体会与总结

本次实验在MAC OS系统下也可以完成，需要特别注意的是静态库动态库的链接，以及头文件的使用，对于OpenSSL的使用我们还不是很熟悉，很多步骤都是一边网上查资料一边百度一边尝试着写的，这也耗费了一些时间，不过网上对于OpenSSL的研究很多，能参考的资料就更丰富了，花时间学习就会有很多收获。

五、参考资料

【推广】 免费学中医，健康全家人
原文地址：https://www.cnblogs.com/zhuohua/p/8030486.html