2017-2018-2 20165233 实验五 网络编程与安全

20165233 实验五 网络编程与安全

实验内容

任务一

1. 结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
2. 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

知识点：

• 栈的应用：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)。

• 由中缀式求得后缀式可以使用栈，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。

• 后缀式的运算

  • 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w2*w1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

  • 求值伪代码如下：

    • 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。

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任务二

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，把后缀表达式通过网络发送给服务器
3. 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
4. 客户端显示服务器发送过来的结果

知识点：

• 套接字

  • 网络套接字是基于TCP协议的有连接通信
  • 套接字连接就是客户端的套接字对象和服务器端的套接字对象通过输入流、输出流连接在一起
  • 服务器建立ServerSocket对象，ServerSocket对象负责等待客户端请求建立套接字连接，而客户端建立Socket对象向服务器发出套接字连接请求。

• 要创建一个套接字，可以使用Socket的构造方法，如：public Socket(java.lang.String host, int port)。其中，host是远程机器名或IP地址，port是远程应用程序的端口号。

• 我负责的是客户端，我的代码实现如下：

public class Client {
    // 搭建客户端
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        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",2018);

            System.out.println("客户端启动成功");
            // 2、获取输出流，向服务器端发送信息

            BufferedReader stdin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            // 由系统标准输入设备构造BufferedReader对象
            PrintWriter write = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())),true);
            // 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
            System.out.print("请输入算式：");
            String str=stdin.readLine();
            String postfix = MyBC.toPostfix(str);
            write.println(postfix);
            str=in.readLine();
            System.out.println("从服务器接收到的结果为："+str);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("can not listen to:" + e);// 出错，打印出错信息
        }
    }

}

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任务三

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算法加密后通过网络把密文发送给服务器
3. 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
4. 客户端显示服务器发送过来的结果

知识点：

• 实现DES加密主要有以下几个步骤：

  • 对称密钥的生成和保存；
  • 使用对称密钥进行加密和解密；
  • 从文件中获取加密时使用的密钥，使用密钥进行解密；

• 生成密钥文件，代码实现如下：

public class Key_RSA{
    public static void main(String args[]) throws Exception{
        //创建密钥对生成器，指定加密和解密算法为RSA
        KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        //指定密钥的长度，初始化密钥对生成器
        kpg.initialize(1024);
        //生成密钥对
        KeyPair kp=kpg.genKeyPair();

        //获取公钥
        PublicKey pbkey=kp.getPublic();
        //获取私钥
        PrivateKey prkey=kp.getPrivate();

        //保存公钥到文件
        FileOutputStream  f1=new FileOutputStream("Skey_RSA_pub.dat");
        ObjectOutputStream b1=new  ObjectOutputStream(f1);
        b1.writeObject(pbkey);

        //保存私钥到文件
        FileOutputStream  f2=new FileOutputStream("Skey_RSA_priv.dat");
        ObjectOutputStream b2=new  ObjectOutputStream(f2);
        b2.writeObject(prkey);
    }
}

• 获取Skey_RSA_pub.dat中的公钥

FileInputStream f3 = new FileInputStream("Skey_RSA_pub.dat");
ObjectInputStream b2 = new ObjectInputStream(f3);
RSAPublicKey pbk = (RSAPublicKey) b2.readObject();

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任务四：

客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换(其他要求同任务三)

• 创建DH公钥和私钥

public class Key_DH{

    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);
    }
}

• 创建共享密钥

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");
    }
}

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任务五：

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。(其他要求同任务四)

• 运行截图

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问题总结

• 运行时总会出现Wrong key size的问题，并且返回的，重新打开程序再次运行便可解决。目前没有找到具体原因。

• 从服务器返回的结果为null

• 出现未找到Skey_RSA_pub.dat文件的问题。解决方法：当时未添加生成密钥的代码，所以文件夹中并不存在该文件。