20172319 2018.06.13-20
实验五《网络编程与安全》 实验报告
课程名称:《程序设计与数据结构》
学生班级：1723班
学生姓名：唐才铭
学生学号：20172319
实验教师：王志强老师
课程助教：刘伟康、张旭升学长
实验时间：2018年6月13日——2018年6月20日
必修/选修：必修
目录
实验内容
- 参考数据结构应用
结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
结对实现从上面功能中获取的表达式中实现后缀表达式求值的功能,调用MyDC.java
上传测试代码运行结果截图和码云链接; - 结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式通过网络发送给服务器
服务器接收到后缀表达式，调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
客户端显示服务器发送过来的结果
上传测试代码运行结果截图和码云链接； - 加密结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密（和客户端协商密钥，可以用数组保存），然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
客户端显示服务器发送过来的结果
上传测试结果截图和码云链接； - 密钥分发结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器
客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
客户端显示服务器发送过来的结果
上传测试结果截图和码云链接； - 完整性校验结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器
注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器
客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，解密后计算明文的MD5值，和客户端传来的MD5进行比较，一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
客户端显示服务器发送过来的结果
上传测试结果截图和码云链接：
实验要求
- 完成蓝墨云上与实验五《网络编程与安全》相关的活动，及时提交代码运行截图和码云Git链接，截图要有学号水印，否则会扣分。
- 完成实验、撰写实验报告，实验报告以博客方式发表在博客园，注意实验报告重点是运行结果，遇到的问题(工具查找，安装，使用，程序的编辑，调试，运行等)、解决办法（空洞的方法如“查网络”、“问同学”、“看书”等一律得0分）以及分析（从中可以得到什么启示，有什么收获，教训等）。报告可以参考范飞龙老师的指导。
- 严禁抄袭，有该行为者实验成绩归零，并附加其他惩罚措施。
- 结对编程；也可自己在idea和虚拟机间进行传输；idea本身也可以进行服务器与客户端的传输。
实验步骤
- 完成蓝墨云上实验五 网络编程与安全-1
- 完成蓝墨云上实验五 网络编程与安全-2
- 完成蓝墨云上实验五 网络编程与安全-3
- 完成蓝墨云上实验五 网络编程与安全-4
- 完成蓝墨云上实验五 网络编程与安全-5
前期准备：
- 弄清自己的IP地址是什么：
Linux下查找IP的命令：ifconfig -a
Windows下查找IP的命令：ipconfig
Windows下查找IP（笨方法）：开始——设置——网络和Internet——WLAN——硬件属性
需求分析：
- 需要在原Socket代码上加以理解并运用；
- 需要掌握、并会运用实验三java密码学所学的知识。
代码实现及解释
本次实验一共分为五个提交点：
-
任务1：
-
结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java；
结对实现从上面功能中获取的表达式中实现后缀表达式求值的功能,调用MyDC.java -
分别运用四则运算时的中缀转后缀、后缀求值的方法即可：
-
截图如下：
-
任务2：
-
客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式通过网络发送给服务器
服务器接收到后缀表达式，调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端。 -
弄懂Socket的两个代码，将传输信息的内容换掉即可。
-
对客户端代码的修改：
由
String info1 = "12 15 8 100 25 34 19";
变为
//客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式通过网络发送给服务器
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入中缀表达式");
String info1 = scanner.nextLine();
info1 = MyBC.infixToSuffix(info1);
- 对服务器代码的修改：
由
String info=null;
if (!((info = bufferedReader.readLine()) ==null)){
System.out.println("我是服务器，用户信息为：" + info);
}
//给客户一个响应
//String reply=Output;
String reply = "welcome";
printWriter.write(reply);
变为
String info=null;
if (!((info = bufferedReader.readLine()) ==null)){
System.out.println("我是服务器，用户信息为：" + info);
}
//服务器接收到后缀表达式，调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
String reply = MyDC.suffixToArithmetic(info);
printWriter.write(reply);
-
运行结果如下：
-
任务3：
-
让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密（和客户端协商密钥，可以用数组保存），然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端。 -
运用java密码学里的3DES算法；先对文件SEnc.java(加密)和SDec.java(解密)进行修改，使其从void变为String方法，返回密、明文；在客户端与服务器分别对需要传输的信息运用加解密方法。
-
客户端：
//客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入中缀表达式");
String info1 = scanner.nextLine();
info1 = MyBC.infixToSuffix(info1);
//把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
try {
info1 = SEnc.encrypt(info1);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
String info = new String(info1.getBytes("GBK"),"utf-8");
// printWriter.write(info);
// printWriter.flush();
outputStreamWriter.write(info);
outputStreamWriter.flush();
socket.shutdownOutput();
- 服务器：
//4.读取用户输入信息
String info=null;
if (!((info = bufferedReader.readLine()) ==null)){
System.out.println("我是服务器，用户信息为：" + info);
}
//接收到后缀表达式表达式后，进行解密
try {
info = SDec.decode(info);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
String reply = MyDC.suffixToArithmetic(info);
printWriter.write(reply);
printWriter.flush();
-
运行结果：
-
任务4：
-
客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器
客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端。 -
修改java密码学中的Key_DH.java的代码，运行后分别生成客户端与服务器的公私钥；
-
运行结果如图：
-
对客户端的代码修改：
//客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入中缀表达式");
String info1 = scanner.nextLine();
info1 = MyBC.infixToSuffix(info1);
//把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
try {
info1 = SEnc.encrypt(info1);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
// 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
try{
// 读取对方的DH公钥
FileInputStream f1=new FileInputStream("Bpub.dat");
ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
PublicKey pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
//读取自己的DH私钥
FileInputStream f2=new FileInputStream("Apri.dat");
ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
PrivateKey prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
// 执行密钥协定
KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
ka.init(prk);
ka.doPhase(pbk,true);
System.out.println("
" + "公钥为:");
//生成共享信息
byte[ ] sb=ka.generateSecret();
for(int i=0;i<sb.length;i++){
System.out.print(sb[i]+",");
}
SecretKeySpec k=new SecretKeySpec(sb,"DESede");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
String info = new String(info1.getBytes("GBK"),"utf-8");
- 对服务器的代码修改：
String info=null;
if (!((info = bufferedReader.readLine()) ==null)){
System.out.println("我是服务器，用户信息为：" + info);
}
//接收到后缀表达式表达式后，进行解密
try {
info = SDec.decode(info);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
// 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
try{
// 读取对方的DH公钥
FileInputStream f1=new FileInputStream("Apub.dat");
ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
PublicKey pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
//读取自己的DH私钥
FileInputStream f2=new FileInputStream("Bpri.dat");
ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
PrivateKey prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
// 执行密钥协定
KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
ka.init(prk);
ka.doPhase(pbk,true);
System.out.println("
" + "公钥为：");
//生成共享信息
byte[ ] sb=ka.generateSecret();
for(int i=0;i<sb.length;i++){
System.out.print(sb[i]+",");
}
SecretKeySpec k=new SecretKeySpec(sb,"DESede");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
String reply = MyDC.suffixToArithmetic(info);
-
运行结果截图：
-
任务5：
-
客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器
客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
服务器接收到后缀表达式表达式后，进行解密，解密后计算明文的MD5值，和客户端传来的MD5进行比较，一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端 -
对客户端代码进行的修改：
//客户端让用户输入中缀表达式，然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式
String a1,a2,a3,a4;
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入中缀表达式");
String info1 = scanner.nextLine();
info1 = MyBC.infixToSuffix(info1); // 转后缀
a1 = info1 + "###";
String suffix = new String(a1.getBytes("GBK"),"utf-8");
outputStreamWriter.write(suffix);
outputStreamWriter.flush();
String cleartext = "",ciphertext = "";
//把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器
try {
cleartext = DigestPass.MD5(info1); // 明文MID5
a2 = cleartext + "###";
String info_cleartext = new String(a2.getBytes("GBK"),"utf-8");
outputStreamWriter.write(info_cleartext);
outputStreamWriter.flush();
info1 = SEnc.encrypt(info1); // 加密
a3 = info1 + "###";
String encrypt = new String(a3.getBytes("GBK"),"utf-8");
outputStreamWriter.write(encrypt);
outputStreamWriter.flush();
ciphertext = DigestPass.MD5(info1); // 密文MID5
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
// 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
try{
// 读取对方的DH公钥
FileInputStream f1=new FileInputStream("Bpub.dat");
ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
PublicKey pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
//读取自己的DH私钥
FileInputStream f2=new FileInputStream("Apri.dat");
ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
PrivateKey prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
// 执行密钥协定
KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
ka.init(prk);
ka.doPhase(pbk,true);
System.out.println("
" + "公钥为:");
//生成共享信息
byte[ ] sb=ka.generateSecret();
for(int i=0;i<sb.length;i++){
System.out.print(sb[i]+",");
}
SecretKeySpec k=new SecretKeySpec(sb,"DESede");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
String info_ciphertext = new String(ciphertext.getBytes("GBK"),"utf-8");
// printWriter.write(info);
// printWriter.flush();
outputStreamWriter.write(info_ciphertext);
- 对服务器代码进行的修改：
//4.读取用户输入信息
String info,info1,info2,info3,info4,info5 = null,reply = null;
info = bufferedReader.readLine();
System.out.println("我是服务器，用户信息为：" + info);
String[] history = info.split("###");
info1 = history[0];
System.out.println("我是服务器，用户明文为：" + info1);
info2 = history[1];
System.out.println("我是服务器，用户明文MID5值为：" + info2);
info3 = history[2];
System.out.println("我是服务器，用户密文为：" + info3);
info4 = history[3];
System.out.println("我是服务器，用户密文MID5值为：" + info4);
//接收到后缀表达式表达式后，进行解密并计算器MID5值
try {
info3 = SDec.decode(info3);
info5 = DigestPass.MD5(info3);
System.out.println("解密后求得的MID5：" + info5);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
// 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
try{
// 读取对方的DH公钥
FileInputStream f1=new FileInputStream("Apub.dat");
ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
PublicKey pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
//读取自己的DH私钥
FileInputStream f2=new FileInputStream("Bpri.dat");
ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
PrivateKey prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
// 执行密钥协定
KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
ka.init(prk);
ka.doPhase(pbk,true);
System.out.println("
" + "公钥为：");
//生成共享信息
byte[ ] sb=ka.generateSecret();
for(int i=0;i<sb.length;i++){
System.out.print(sb[i]+",");
}
SecretKeySpec k=new SecretKeySpec(sb,"DESede");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值，把结果发送给客户端
if (info2.equals(info5)) {
reply = MyDC.suffixToArithmetic(info1);
}
else {
reply = "抱歉，二者的MID5值不一致！";
}
printWriter.write(reply);
- 运行结果截图：
测试过程及遇到的问题
-
问题1：'ipconfig' 不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件。
-
解决：起初为了试验能进行，采用了需求分析里的笨方法，后来发现是环境变量的问题，参考解决'不是内部或外部命令，也不是可运行的程序即可解决。
-
问题2：我作为客户端，伙伴作为服务器可以正常传输，而交换则显示
connect timed out -
解决：当时电脑出现关于IDEA的警告，我允许了其行为，但并没有真正关掉防火墙，所以导致链接超时；
开始——设置——更新和安全——windows安全——防火墙和保护——关掉公共网络的防火墙即可
-
问题3：DH算法进行传输时两边的密钥不对等
-
解决：刚开始我对Key_DH里的方法做了修改：
- 分别运用到服务器和客户端中，结果：
很明显生成的公钥是不一样的，这明显不符合DH算法的原理；
下面针对客户端与服务器的代码进行分析：
可以明显看出执行到try之后，已经使用了Key_DH.java中的client方法生成关于客户端的公私钥，这里显然没什么问题，
但要小心，此时服务器的公钥Bpub.dat是读不到的，因为还没有任何操作进行相应的生成，之后当数据传输给服务器时，
其实客户端只读取了客户端自己的私钥，而传给服务器的，仅仅是用私钥进行运算后的；
再看服务器：
一样的道理，在向客户端传回数据前并没有读到客户端的公钥Apub.dat,因此等同客户端，只进行了私钥的运算就传输了，
所以二者才不一样。 - 最后，将原文件Key_DH.java扩展成两个文件，直接运行生成二者的公私钥，在服务器与客户端不再进行生成操作，而是直接读取。
分析总结
- 本次实验，内容基本相关连，每一个都是在前者的基础上进行扩充，虽然看似简单，但其实也不太容易；回顾了java密码学的相关知识，学会了几种算法的基本应用，还学会如何在不同机器间进行传输。