2017-2018-2 20165312 实验五《网络编程与安全》实验报告
一、实现中缀表达式转后缀表达式，并进行求值
-
- 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
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
由中缀转后缀，可以使用栈(stack)。栈 (Stack)是一种只允许在表尾插入和删除的线性表，有先进后出（FILO），后进先出(LIFO)的特点。允许插入和删除的一端称为栈顶(top)，另一端称为栈底(bottom)。
使用API可以查询到Stack的主要方法
由中缀式求得后缀式的伪代码如下：
- 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。
MyBC.java
/**
* @5312 AND 5309lenovo
*/
public class MyBC {
public static String toPostfix(String expr){
MyStack<String> stack = new MyStack<>(expr.length());
String postfix = "";
int i = 0;
while(i<expr.length()){
char ch = expr.charAt(i);
switch (ch){
case '+':
case '-':while(!stack.isEmpty() && !stack.get().equals("("))
postfix += stack.pop();
//postfix += " ";
stack.push(ch + "");
i++;
break;
case '*':
case '/':while (!stack.isEmpty() && (stack.get().equals("*")||stack.get().equals("/")))
postfix += stack.pop();
//postfix += " ";
stack.push(ch + "");
i++;
break;
case '(':stack.push(ch + "");
i++;
break;
case ')':String out = stack.pop();
while(out!=null && !out.equals("(")){
postfix += out;
out = stack.pop();
//postfix += " ";
}
i++;
break;
default:while(i < expr.length() && ch>='0' && ch<='9'){
postfix += ch;
i++;
if(i<expr.length())
ch = expr.charAt(i);
}
postfix += " ";
}
}
while (!stack.isEmpty())
postfix += stack.pop();
return postfix;
}
}
MyDC.java
import java.util.Stack;
/**
* @5312 AND 5309 lenovo
*/
public class MyDC {
/** constant for addition symbol */
private final char ADD = '+';
/** constant for subtraction symbol */
private final char SUBTRACT = '-';
/** constant for multiplication symbol */
private final char MULTIPLY = '*';
/** constant for division symbol */
private final char DIVIDE = '/';
public int value(String postfix){
Stack<Integer> stack = new Stack();
int i = 0, result = 0;
while(i < postfix.length()){
char ch = postfix.charAt(i);
if(ch>='0' && ch<='9'){
result = 0;
while(ch!=' '){
result = result*10 + Integer.parseInt(ch+"");
i++;
ch = postfix.charAt(i);
}
i++;
stack.push(new Integer(result));
}
else{
int y = stack.pop().intValue();
int x = stack.pop().intValue();
switch (ch){
case ADD:
result = x + y;
break;
case SUBTRACT:
result = x - y;
break;
case MULTIPLY:
result = x * y;
break;
case DIVIDE:
result = x / y;
}
stack.push(new Integer(result));
i++;
}
}
return stack.pop().intValue();
}
}
MyDCTest.java
import junit.framework.TestCase;
import java.util.Scanner;
public class MyDCTest extends TestCase {
public static void main(String[] args) {
String expression;
int result;
try
{
Scanner in = new Scanner(System.in);
MyDC evaluator = new MyDC();
System.out.println ("请输入中缀表达式 ");
expression = in.nextLine();
String postfix = MyBC.toPostfix(expression);
System.out.println ("后缀表示式是 :" + postfix);
result = evaluator.value (postfix);
System.out.println ("计算结果是 :" + result);
}
catch (Exception IOException)
{
System.out.println("Input exception reported");
}
}
}
二、在实验一基础上，实现服务器和客户端的功能
-
- 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
我和20165309吴思佳结对编程，我负责客户端
Client.java
/**
* Created by 5309 AND 5312
*/
import java.net.*;
import java.io.*;
public class Client
{
public static void main(String srgs[]) throws Exception
{
try
{
// 1、创建客户端Socket，指定服务器地址和端口
Socket socket=new Socket("127.0.0.1",10000);
System.out.println("客户端成功启动，等待服务器应答");
// 2、获取输出流，向服务器端发送信息
// 向本机的10000端口发出客户请求
System.out.println("请输入中缀表达式：");
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
// 由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
PrintWriter write = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
// 由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
//3、获取输入流，并读取服务器端的响应信息
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
// 由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
String readline, infix, expression;
readline = br.readLine(); // 从系统标准输入读入一字符串
MyBC theTrans = new MyBC(readline);
infix = theTrans.doTrans();
StringBuilder newInfix = new StringBuilder(infix.replace(" ",""));
for (int i = 1; i < infix.length()+(i+1)/2 ; i=i+2) {
newInfix.insert(i," ");
}
System.out.println("后缀表达式：" + newInfix);
expression=newInfix.toString();
while (!readline.equals("end")) {
// 若从标准输入读入的字符串为 "end"则停止循环
write.println(expression);
// 将从系统标准输入读入的字符串输出到Server
write.flush();
// 刷新输出流，使Server马上收到该字符串
System.out.println("收到服务器的消息:" + in.readLine());
// 从Server读入一字符串，并打印到标准输出上
readline = br.readLine(); // 从系统标准输入读入一字符串
} // 继续循环
//4、关闭资源
write.close(); // 关闭Socket输出流
in.close(); // 关闭Socket输入流
socket.close(); // 关闭Socket
}
catch (Exception e)
{
System.out.println(e);//输出异常
}
finally
{
}
}
}
三、在实验二的基础上，使用DES或AES算法实现对后缀表达式的加密
-
- 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
我负责的依旧是客户端，增加了使用DES算法加密的部分，DES算法参考娄老师的博客Java 密码学算法。Client.java在刚才的基础上增加以下代码，实现DES的加密
FileInputStream f=new FileInputStream("key1.dat");
ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);
Key k=(Key)b.readObject();
Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
byte ptext[]=expression.getBytes("UTF-8");
byte ctext[]=cp.doFinal(ptext);
String Str=new String(ctext,"ISO-8859-1");
四、在实验三的基础上，使用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
-
- 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
DH算法参考娄老师的博客客Java 密码学算法。
Key_DH.java
import java.io.*;
import java.math.*;
import java.security.*;
import java.security.spec.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import javax.crypto.interfaces.*;
public class Key_DH{
//三个静态变量的定义从
// C:j2sdk-1_4_0-docdocsguidesecurityjceJCERefGuide.html
// 拷贝而来
// The 1024 bit Diffie-Hellman modulus values used by SKIP
private static final byte skip1024ModulusBytes[] = {
(byte)0xF4, (byte)0x88, (byte)0xFD, (byte)0x58,
(byte)0x4E, (byte)0x49, (byte)0xDB, (byte)0xCD,
(byte)0x20, (byte)0xB4, (byte)0x9D, (byte)0xE4,
(byte)0x91, (byte)0x07, (byte)0x36, (byte)0x6B,
(byte)0x33, (byte)0x6C, (byte)0x38, (byte)0x0D,
(byte)0x45, (byte)0x1D, (byte)0x0F, (byte)0x7C,
(byte)0x88, (byte)0xB3, (byte)0x1C, (byte)0x7C,
(byte)0x5B, (byte)0x2D, (byte)0x8E, (byte)0xF6,
(byte)0xF3, (byte)0xC9, (byte)0x23, (byte)0xC0,
(byte)0x43, (byte)0xF0, (byte)0xA5, (byte)0x5B,
(byte)0x18, (byte)0x8D, (byte)0x8E, (byte)0xBB,
(byte)0x55, (byte)0x8C, (byte)0xB8, (byte)0x5D,
(byte)0x38, (byte)0xD3, (byte)0x34, (byte)0xFD,
(byte)0x7C, (byte)0x17, (byte)0x57, (byte)0x43,
(byte)0xA3, (byte)0x1D, (byte)0x18, (byte)0x6C,
(byte)0xDE, (byte)0x33, (byte)0x21, (byte)0x2C,
(byte)0xB5, (byte)0x2A, (byte)0xFF, (byte)0x3C,
(byte)0xE1, (byte)0xB1, (byte)0x29, (byte)0x40,
(byte)0x18, (byte)0x11, (byte)0x8D, (byte)0x7C,
(byte)0x84, (byte)0xA7, (byte)0x0A, (byte)0x72,
(byte)0xD6, (byte)0x86, (byte)0xC4, (byte)0x03,
(byte)0x19, (byte)0xC8, (byte)0x07, (byte)0x29,
(byte)0x7A, (byte)0xCA, (byte)0x95, (byte)0x0C,
(byte)0xD9, (byte)0x96, (byte)0x9F, (byte)0xAB,
(byte)0xD0, (byte)0x0A, (byte)0x50, (byte)0x9B,
(byte)0x02, (byte)0x46, (byte)0xD3, (byte)0x08,
(byte)0x3D, (byte)0x66, (byte)0xA4, (byte)0x5D,
(byte)0x41, (byte)0x9F, (byte)0x9C, (byte)0x7C,
(byte)0xBD, (byte)0x89, (byte)0x4B, (byte)0x22,
(byte)0x19, (byte)0x26, (byte)0xBA, (byte)0xAB,
(byte)0xA2, (byte)0x5E, (byte)0xC3, (byte)0x55,
(byte)0xE9, (byte)0x2F, (byte)0x78, (byte)0xC7
};
// The SKIP 1024 bit modulus
private static final BigInteger skip1024Modulus
= new BigInteger(1, skip1024ModulusBytes);
// The base used with the SKIP 1024 bit modulus
private static final BigInteger skip1024Base = BigInteger.valueOf(2);
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
DHParameterSpec DHP=
new DHParameterSpec(skip1024Modulus,skip1024Base);
KeyPairGenerator kpg= KeyPairGenerator.getInstance("DH");
kpg.initialize(DHP);
KeyPair kp=kpg.genKeyPair();
PublicKey pbk=kp.getPublic();
PrivateKey prk=kp.getPrivate();
// 保存公钥
FileOutputStream f1=new FileOutputStream(args[0]);
ObjectOutputStream b1=new ObjectOutputStream(f1);
b1.writeObject(pbk);
// 保存私钥
FileOutputStream f2=new FileOutputStream(args[1]);
ObjectOutputStream b2=new ObjectOutputStream(f2);
b2.writeObject(prk);
}
}
KeyAgree.java
import java.io.*;
import java.math.*;
import java.security.*;
import java.security.spec.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import javax.crypto.interfaces.*;
public class KeyAgree{
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
// 读取对方的DH公钥
FileInputStream f1=new FileInputStream(args[0]);
ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
PublicKey pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
//读取自己的DH私钥
FileInputStream f2=new FileInputStream(args[1]);
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);
//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");
}
}
五、在实验四的基础上，使用MD5算法
-
- 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
MD5算法参考娄老师的博客客Java 密码学算法。
import java.security.*;
public class DigestPass{
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
String x=args[0];
MessageDigest m=MessageDigest.getInstance("MD5");
m.update(x.getBytes("UTF8"));
byte s[ ]=m.digest( );
String result="";
for (int i=0; i<s.length; i++){
result+=Integer.toHexString((0x000000ff & s[i]) |
0xffffff00).substring(6);
}
System.out.println(result);
}
}
实验中遇到的问题以及解决办法
1.在做第一个实验的时候，运行MyDCTest.java的时候，出现了junit.framework.AssertionFailedError: No tests found in MyDCTest的错误。然后我百度了这个问题，找到了Junit 报错：No tests Found in xx这篇博客，解决了问题。
参考资料
结对编程感受
这一次的结对编程是有关于客户端和服务器，我主要负责客户端，我的搭档吴思佳主要负责服务器，有关于密码算法是我们俩共同研究、查找资料的。服务器和客户端是相互关联的关系，这就要求我们俩要配合默契，不能有一个人没有完成指定的任务，结对编程减轻了工作量，并增添了编程中的乐趣。