2017-2018-2 20165330 实验五《网络编程与安全》实验报告

实验目的

1. 了解计算机网络基础
2. 掌握Java Socket编程
3. 理解混合密码系统
4. 掌握Java 密码技术相关API的使用

实验内容

任务一

1. 参考http://www.cnblogs.com/rocedu/p/6766748.html#SECDSA
2. 结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
3. 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
4. 上传测试代码运行结果截图和码云链接

• 知识点
  • 表达式Exp = S1 + OP + S2(S1,S2是两个操作数，OP为运算符)有三种标识方法：
    • OP + S1 + S2 为前缀表示法
    • S1 + OP + S2 为中缀表示法
    • S1 + S2 + OP 为后缀表示法
  • dc运算符：
    • +: 依次弹出w1与w2，将w2+w1压栈。精度为结果值精度
    • -: 依次弹出w1与w2，将w2-w1压栈
    • : 依次弹出w1与w2，将w2w1压栈。精度为结果值精度与precision中较大值
    • / : 依次弹出w1与w2，将w2/w1压栈。精度为precision
    • % : 依次弹出w1与w2，将w2-w2/w1*w1压栈
  • 实现后缀表达式伪代码：
    • 设置一个操作数栈，开始栈为空；
    • 从左到右扫描后缀表达式，遇操作数，进栈；
    • 若遇运算符，则从栈中退出两个元素，先退出的放到运算符的右边，后退出的放到运算符左边，运算后的结果再进栈，直到后缀表达式扫描完毕。
  • 由中缀式求得后缀式伪代码：
    • 设立一个栈，存放运算符，首先栈为空；
    • 从左到右扫描中缀式，若遇到操作数，直接输出，并输出一个空格作为两个操作数的分隔符；
    • 若遇到运算符，则与栈顶比较，比栈顶级别高则进栈，否则退出栈顶元素并输出，然后输出一个空格作分隔符；
    • 若遇到左括号，进栈；若遇到右括号，则一直退栈输出，直到退到左括号止。
      当栈变成空时，输出的结果即为后缀表达式。
• 码云链接
• 运行结果
  

任务二

结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

1. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
2. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
3. 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
4. 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
5. 客户端显示服务器发送过来的结果
6. 上传测试结果截图和码云链接

• 知识点
  • 套接字是基于TCP协议的网络通信
    • 客户端套接字
      • 对象建立方法:使用Socket类
      • Socket构造方法：Socket(String host,int port)
    • ServerSocket对象与服务器端套接字
      • 构造方法：ServerSocket(int port)
      • 使用方法accept()将客户端的套接字和服务器端的套接字连接起来
  • 通信完毕后，套接字使用close()方法关闭套接字连接
    • 多线程技术
      • 服务器端收到一个客户端的套接字时，就会启动一个专门为该客户服务的线程
  • 套接字通信基本原则
    • 服务器应当启动一个专门的线程，在该线程中和客户的套接字建立连接
    • 由于套接字的输入流在读取信息时可能发生阻塞，客户端和服务器端都需要在一个单独的线程中读取信息
• 客户端代码
• 运行结果
  
  

任务三

加密结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

1. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
2. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
3. 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
4. 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
5. 客户端显示服务器发送过来的结果
6. 上传测试结果截图和码云链接

• 知识点
  • “DES”是目前最常用的对称加密算法
  • 初始化密钥生成器 kg.init(168)(密钥长度必须是56位)
  • 生成密钥SecretKey k=kg.generateKey( )
  • 通过对象序列化方式将密钥保存在文件中
    • FileOutputStream f=new FileOutputStream("key1.dat")、
    • ObjectOutputStream b=new ObjectOutputStream(f)、
    • b.writeObject(k)
• 客户端代码
• 运行结果
  
  

任务四

密钥分发结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
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，把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器
3. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
4. 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
5. 客户端显示服务器发送过来的结果
6. 上传测试结果截图和码云链接

• 知识点
  • DH算法是建立在DH公钥和私钥的基础上的， A需要和B共享密钥时，A和B各自生成DH公钥和私钥，公钥对外公布而私钥各自秘密保存。本实例将介绍Java中如何创建并部署DH公钥和私钥，以便后面一小节利用它创建共享密钥。
  • 使用KeyPairGenerator类创建DH公钥和私钥
  • 创建密钥协定对象：KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
  • 初始化密钥协定对象： ka.init(prk);
  • 执行密钥协定：ka.doPhase(pbk,true);
  • 生成共享信息：byte[ ] sb=ka.generateSecret();
• 客户端代码
• 运行结果
  
  

任务五

完整性校验结对编程：1人负责客户端，一人负责服务器

1. 注意责任归宿，要会通过测试证明自己没有问题
2. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
3. 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
4. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
5. 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
6. 客户端显示服务器发送过来的结果
7. 上传测试结果截图和码云链接

• 知识点
  • Java摘要算法- MD5
  • java.security包中的MessageDigest类提供了计算消息摘要的方法
  • 生成MessageDigest对象：
    MessageDigest m=MessageDigest.getInstance("MD5");
  • 传入需要计算的字符串：
    m.update(x.getBytes("UTF8" )); (x为需要计算的字符串，update传入的参数是字节类型或字节类型数组，对于字符串，需要先使用getBytes( )方法生成字符串数组。)
  • 计算消息摘要：
    byte s[ ]=m.digest( ); (执行MessageDigest对象的digest( )方法完成计算，计算的结果通过字节类型的数组返回。)
  • 处理计算结果

String result="";
for (int i=0; i<s.length; i++){
       result+=Integer.toHexString((0x000000ff & s[i]) | 0xffffff00).substring(6);
  }

• 客户端代码
• 运行结果
  
  

实验过程中遇到的问题及解决办法

1. 在运行虚拟机时出现如下情况

解决方法：原因是在IDEAgit时存在与码云相同的文件，虚拟机里存在共同分享文件，我改变了这个文件原本的位置而出错，我移出后运行成功。

实验总结

• 这次实验更加强了我与小伙伴之间的默契，我更加详细的了解了客户端与服务器的运用操作，对代码有了更进一步的了解，而且对Java与密码学之间的联系也有了深刻的认识。

参考资料

• Java 密码学算法
• 2016-2017-2 《Java 程序设计》课堂实践项目