2018-2019-1 20165208 实验五 通讯协议设计

2018-2019-1 20165208 实验五 通讯协议设计

一、任务一

（一） 任务要求

在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作业

（二） 实验步骤

1. Linux下OpenSSL的安装

• 访问OpenSSL的官网http://www.openssl.org/source/,按要求下载OpenSSL- 1.1.0.g.tar.gz
  
• 使用tar xzvf OpenSSL- 1.1.0.g.tar.gz命令解压源代码
• 使用cd openssl-1.1.0-pre1命令进入源代码目录
• 操作如下列命令进行编译安装：

$ ./config
$ make
$ sudo make install

2. 测试安装

输入make test，实验效果如下图

3. 学习OpenSSL

• man openssl查看帮助文档
  

4. 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;
}

然后用下面命令编译：

gcc -o to test_openssl.c -I /usr/local/ssl/inlcude -L /usr/local/ssl/lib -ldl -lpthread

执行./to;echo $?,结果打印0

5. 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

• AES

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <openssl/aes.h>

int main(int argc, char** argv) {
    AES_KEY aes;
    unsigned char key[AES_BLOCK_SIZE];        // AES_BLOCK_SIZE = 16
    unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE];        // init vector
    unsigned char* input_string;
    unsigned char* encrypt_string;
    unsigned char* decrypt_string;
    unsigned int len;        // encrypt length (in multiple of AES_BLOCK_SIZE)
    unsigned int i;

    // check usage
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "%s <plain text>
", argv[0]);
        exit(-1);
    }

    // set the encryption length
    len = 0;
    if ((strlen(argv[1]) + 1) % AES_BLOCK_SIZE == 0) {
        len = strlen(argv[1]) + 1;
    } else {
        len = ((strlen(argv[1]) + 1) / AES_BLOCK_SIZE + 1) * AES_BLOCK_SIZE;
    }

    // set the input string
    input_string = (unsigned char*)calloc(len, sizeof(unsigned char));
    if (input_string == NULL) {
        fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for input_string
");
        exit(-1);
    }
    strncpy((char*)input_string, argv[1], strlen(argv[1]));

    // Generate AES 128-bit key
    for (i=0; i<16; ++i) {
        key[i] = 32 + i;
    }

    // Set encryption key
    for (i=0; i<AES_BLOCK_SIZE; ++i) {
        iv[i] = 0;
    }
    if (AES_set_encrypt_key(key, 128, &aes) < 0) {
        fprintf(stderr, "Unable to set encryption key in AES
");
        exit(-1);
    }

    // alloc encrypt_string
    encrypt_string = (unsigned char*)calloc(len, sizeof(unsigned char));    
    if (encrypt_string == NULL) {
        fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for encrypt_string
");
        exit(-1);
    }

    // encrypt (iv will change)
    AES_cbc_encrypt(input_string, encrypt_string, len, &aes, iv, AES_ENCRYPT);

    // alloc decrypt_string
    decrypt_string = (unsigned char*)calloc(len, sizeof(unsigned char));
    if (decrypt_string == NULL) {
        fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for decrypt_string
");
        exit(-1);
    }

    // Set decryption key
    for (i=0; i<AES_BLOCK_SIZE; ++i) {
        iv[i] = 0;
    }
    if (AES_set_decrypt_key(key, 128, &aes) < 0) {
        fprintf(stderr, "Unable to set decryption key in AES
");
        exit(-1);
    }

    // decrypt
    AES_cbc_encrypt(encrypt_string, decrypt_string, len, &aes, iv, 
            AES_DECRYPT);

    // print
    printf("input_string = %s
", input_string);
    printf("encrypted string = ");
    for (i=0; i<len; ++i) {
        printf("%x%x", (encrypt_string[i] >> 4) & 0xf, 
                encrypt_string[i] & 0xf);    
    }
    printf("
");
    printf("decrypted string = %s
", decrypt_string);

    return 0;
}

• MD5

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <openssl/md5.h>

int main(int argc, char** argv) {
    MD5_CTX hash_ctx;
    char input_string[128];
    unsigned char hash_ret[16];
    int i;

    // check usage
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "%s <input string>
", argv[0]);
        exit(-1);
    }

    // set the input string
    snprintf(input_string, sizeof(input_string), "%s
", argv[1]);

    // initialize a hash context 
    MD5_Init(&hash_ctx);

    // update the input string to the hash context (you can update
    // more string to the hash context)
    MD5_Update(&hash_ctx, input_string, strlen(input_string));

    // compute the hash result
    MD5_Final(hash_ret, &hash_ctx);

    // print
    printf("Input string: %s", input_string);
    printf("Output string: ");
    for (i=0; i<32; ++i) {
        if (i % 2 == 0) {
            printf("%x", (hash_ret[i/2] >> 4) & 0xf);
        } else {
            printf("%x", (hash_ret[i/2]) & 0xf);
        }
    }
    printf("
");

    return 0;
}

二、任务二

（一） 任务要求

• 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

（二） 实验步骤

• 认识混合密码系统
  

• 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
                ("消息'%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("消息'%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;
}

client.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;  
}  

实验截图如下

实验中遇到的问题及解决过程

1. 第一次安装下的版本是第一个，和老师的不是一个版本，后来在操作过程中出现了如图所示的问题
   
   除此之外，发现在后续的操作过程中显示失败，后决定删掉文件，重新下载另一个版本。
2. 在进行操作时，出现“error while loading shared libraries: libssl.so.1.1: cannot open shared object file:”
   
   查找资料后显示是openssl库安装位置不对造成的，后来根据指导进行了改正，最后可以成功运行。