2019-2020-1 20175218 实验五 通讯协议设计
一、实验内容
1、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
2、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
二、实验步骤
1、通讯协议设计-1
- 了解OpenSSL
-
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最早的版本在1995年发布，1998年后开始由OpenSSL项目组维护和开发。当前最新的版本是1.1.0 alpha版本，完全实现了对SSLv1、SSLv2、SSLv3和TLS的支持。。目前，OpenSSL已经得到了广泛的应用，许多类型的软件中的安全部分都使用了OpenSSL的库，如VOIP的OpenH323协议、Apache服务器、Linux安全模块等等。
-
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
-
了解更多可以参考：OpenSSL简介
- 在Linux下OpenSSL的安装
-
从 OpenSSL源码下载地址 这里下载源码，下载它的压缩包，将其通过共享文件夹移到虚拟机里。
-
在虚拟机压缩包文件夹下的终端里使用以下命令：
- 解压源码：unzip openssl-master.zip
- 进入源代码目录：cd openssl-master
- 编译安装：./config
- make（这里用了将近20分钟，与电脑性能有关）
- sudo make install（比上面好一些，用了7分钟左右）
- 使用make test进行测试（这里比较快，用了2分钟）
- Linux下OpenSSL的使用
- 通过man openssl查看帮助文档。
- 编写测试代码test_openssl.c
#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>
int main(){
OpenSSL_add_all_algorithms();
return 0;
}
-
进行编译：gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread
-
实现 echo $? 进行执行，结果打印了一个0
作业
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
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
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。
学有余力者，对系统进行安全性分析和改进。
-
两人一组
- 20175218陈敬勇
- 20175223姚明宇
-
基于 Socket 实现 TCP 通信，一人实现服务器，一人实现客户端
- 编写代码
server.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#define BUFLEN 10
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd, newfd;
struct sockaddr_in s_addr, c_addr;
char buf[BUFLEN];
socklen_t len;
unsigned int port, listnum;
/*建立socket*/
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
perror("socket");
exit(errno);
}else
printf("socket create success!
");
/*设置服务器端口*/
if(argv[2])
port = atoi(argv[2]);
else
port = 4567;
/*设置侦听队列长度*/
if(argv[3])
listnum = atoi(argv[3]);
else
listnum = 3;
/*设置服务器ip*/
bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(port);
if(argv[1])
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
else
s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
/*把地址和端口帮定到套接字上*/
if((bind(sockfd, (struct sockaddr*) &s_addr,sizeof(struct sockaddr))) == -1){
perror("bind");
exit(errno);
}else
printf("bind success!
");
/*侦听本地端口*/
if(listen(sockfd,listnum) == -1){
perror("listen");
exit(errno);
}else
printf("the server is listening!
");
while(1){
printf("*****************聊天开始***************
");
len = sizeof(struct sockaddr);
if((newfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*) &c_addr, &len)) == -1){
perror("accept");
exit(errno);
}else
printf("正在与您聊天的客户端是：%s: %d
",inet_ntoa(c_addr.sin_addr),ntohs(c_addr.sin_port));
while(1){
_retry:
/******发送消息*******/
bzero(buf,BUFLEN);
printf("请输入发送给对方的消息：");
/*fgets函数：从流中读取BUFLEN-1个字符*/
fgets(buf,BUFLEN,stdin);
/*打印发送的消息*/
//fputs(buf,stdout);
if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
printf("server 请求终止聊天!
");
break;
}
/*如果输入的字符串只有"
"，即回车，那么请重新输入*/
if(!strncmp(buf,"
",1)){
printf("输入的字符只有回车，这个是不正确的！！！
");
goto _retry;
}
/*如果buf中含有'
'，那么要用strlen(buf)-1，去掉'
'*/
if(strchr(buf,'
'))
len = send(newfd,buf,strlen(buf)-1,0);
/*如果buf中没有'
'，则用buf的真正长度strlen(buf)*/
else
len = send(newfd,buf,strlen(buf),0);
if(len > 0)
printf("消息发送成功，本次共发送的字节数是：%d
",len);
else{
printf("消息发送失败!
");
break;
}
/******接收消息*******/
bzero(buf,BUFLEN);
len = recv(newfd,buf,BUFLEN,0);
if(len > 0)
printf("客户端发来的信息是：%s,共有字节数是: %d
",buf,len);
else{
if(len < 0 )
printf("接受消息失败！
");
else
printf("客户端退出了，聊天终止！
");
break;
}
}
/*关闭聊天的套接字*/
close(newfd);
/*是否退出服务器*/
printf("服务器是否退出程序：y->是；n->否? ");
bzero(buf, BUFLEN);
fgets(buf,BUFLEN, stdin);
if(!strncasecmp(buf,"y",1)){
printf("server 退出!
");
break;
}
}
/*关闭服务器的套接字*/
close(sockfd);
return 0;
}
client.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#define BUFLEN 10
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in s_addr;
socklen_t len;
unsigned int port;
char buf[BUFLEN];
/*建立socket*/
if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
perror("socket");
exit(errno);
}else
printf("socket create success!
");
/*设置服务器端口*/
if(argv[2])
port = atoi(argv[2]);
else
port = 4567;
/*设置服务器ip*/
bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(port);
if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *)&s_addr.sin_addr.s_addr) == 0) {
perror(argv[1]);
exit(errno);
}
/*开始连接服务器*/
if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&s_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1){
perror("connect");
exit(errno);
}else
printf("conncet success!
");
while(1){
/******接收消息*******/
bzero(buf,BUFLEN);
len = recv(sockfd,buf,BUFLEN,0);
if(len > 0)
printf("服务器发来的消息是：%s,共有字节数是: %d
",buf,len);
else{
if(len < 0 )
printf("接受消息失败！
");
else
printf("服务器退出了，聊天终止！
");
break;
}
_retry:
/******发送消息*******/
bzero(buf,BUFLEN);
printf("请输入发送给对方的消息：");
/*fgets函数：从流中读取BUFLEN-1个字符*/
fgets(buf,BUFLEN,stdin);
/*打印发送的消息*/
//fputs(buf,stdout);
if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
printf("client 请求终止聊天!
");
break;
}
/*如果输入的字符串只有"
"，即回车，那么请重新输入*/
if(!strncmp(buf,"
",1)){
printf("输入的字符只有回车，这个是不正确的！！！
");
goto _retry;
}
/*如果buf中含有'
'，那么要用strlen(buf)-1，去掉'
'*/
if(strchr(buf,'
'))
len = send(sockfd,buf,strlen(buf)-1,0);
/*如果buf中没有'
'，则用buf的真正长度strlen(buf)*/
else
len = send(sockfd,buf,strlen(buf),0);
if(len > 0)
printf("消息发送成功，本次共发送的字节数是：%d
",len);
else{
printf("消息发送失败!
");
break;
}
}
/*关闭连接*/
close(sockfd);
return 0;
}
- 运行截图
- 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
- 码云链接：AES
- 使用 gcc AES.c -o AES -lssl -lcrypto 进行编译
- 运行截图：
RSA
-
码云链接：RSA
-
使用openssl工具
- 生成一个密钥：openssl genrsa -out test.key 1024 （-out接生成的文件名）
- 提取出公钥：openssl rsa -in test.key -pubout -out test_pub.key （-in接输入文件，-out接生成公钥的文件名）
- 在目录中创建一个hello的文本文件
- 利用生成的公钥加密文件：openssl rsautl -encrypt -in hello -inkey test_pub.key -pubin -out hello.en （-in接要加密的文件，-inkey接密钥，-pubin表明是用纯公钥文件加密，-out接加密后的文件）
- 解密文件：openssl rsautl -decrypt -in hello.en -inkey test.key -out hello.de （-in接被加密的文件，-inkey接私钥文件，-out接解密后的文件）
- 运行截图：
MD5
- 码云链接：MD5
- 运行截图：
2、通讯协议设计-2
- 了解混合密码系统
- 混合密码系统：将对称密码和公钥密码的优势相结合的方法。一般情况下，将两种不同的方式相结合的做法就称为混合。
- 将消息通过对称密码来加密，将加密消息时使用的密钥通过公钥密码来加密，这样的两步密码机制就是混合密码系统的本质。
- 了解更多可以参考混合密码系统
- 关于混合密码系统的加密，参考混合密码系统的加密
- 对于linux下的OPENSSL编程
- 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：
-
OpenSSL初始化
在使用OpenSSL之前，必须进行相应的协议初始化工作，这可以通过下面的函数实现：
int SSL_library_int(void)
-
选择会话协议
目前能够使用的协议包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3 -
创建会话环境
申请SSL会话环境的OpenSSL函数是：
SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);
- 建立SSL套接字
申请一个SSL套接字：
SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);
-
完成SSL握手
-
进行数据传输
-
结束SSL通信
详细过程参考：
- 码云链接
- 生成私钥和证书：
openssl genrsa -out privkey.pem 1024
openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095
-
编译
gcc server.c -o server -lssl -lcrypto
gcc client.c -o client -lssl -lcrypto -
运行截图
三、实验中遇到的问题及解决方法
问题1：
使用 make test 进行测试时，出现 error
问题1解决方法：
重新进行 make test 测试，结果测试成功，未出现错误
问题2：
使用 gcc -o to test_openssl.c -I /usr/local/ssl/inlcude -L /usr/local/ssl/lib -ldl -lpthread 编译 test_openssl.c 报错
问题2解决方法：
使用 gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread 进行编译，成功生成可执行文件，并且运行成功
问题3：
运行AES时出现错误
问题3解决方法：
上网查询，发现是因为找不到库的位置造成的，参考解决方法
输入命令sudo ln -s /usr/local/lib/libssl.so.1.1 /usr/lib/libssl.so.3和sudo ln -s /usr/local/lib/libcrypto.so.1.1 /usr/lib/libcrypto.so.3后，发现还是没有解决
仔细思考后，发现是链接创建错误了。重新输入命令发现无法创建符号链接，上网查询后，找到解决方法，参考解决方法 。因为文件已经存在了，所以需要把软连接删掉。使用 sudo rm -rf /usr/lib/libssl.so.3 和 sudo rm -rf /usr/lib/libcrypto.so.3 命令将它们删掉。删掉后创建正确的链接，即可运行
四、代码托管
码云链接：exp5
五、参考资料
8.解决：error while loading shared libraries: libcrypto.so.1.1: cannot open shared object file: No