2017-2018-1 20155333 《信息安全系统设计基础》实验五通讯协议设计

2017-2018-1 20155333 《信息安全系统设计基础》实验五通讯协议设计

实验五 通讯协议设计-1

要求

• 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

OpenSSL简介

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

OpenSSL源码的目录结构也是围绕这三个功能部分进行规划的。

密码算法库是一个强大完整的密码算法库，它是OpenSSL的基础部分，也是很值得一般密码安全技术人员研究的部分，它实现了目前大部分主流的密码算法和标准。主要包括对称算法、非对称算法、散列算法、数字签名和认证、X509数字证书标准、PKCS12、PKCS7等标准。其他两个功能部分SSL协议和应用程序都是基于这个库开发的。

在密码算法库的基础上实现的，SSL协议部分完全实现和封装了SSL协议的三个版本和TLS协议。使用协议库，你完全可以建立一个SSL服务器和SSL客户端。

应用程序是基于密码算法库和SSL协议库实现的命令，熟悉OpenSSL可以从使用这些应用程序开始。应用程序覆盖了密码技术的应用，主要包括了各种算法的加密程序和各种类型密钥的产生程序(如RSA、Md5、Enc等等)、证书签发和验证程序（如Ca、X509、Crl等）、SSL连接测试程序（如S_client和S_server等）以及其它的标准应用程序（如Pkcs12和Smime等）。

Linux下OpenSSL的安装

• OpenSSL最新版本下载
• 在Linux下使用unzip openssl-master.zip命令解压
• 安装：

$ ./config
$ make
$ make test
$ make install

• 安装测试

test_openssl.c

#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>

int main(){
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    return 0;
}

使用gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread命令编译，生成“test_openssl”可执行文件，运行程序，并执行echo $?，打印0，表明安装成功。

运行截图

实验五 通讯协议设计-2

要求

• 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

server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>

#define MAXBUF 1024

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, new_fd;
    socklen_t len;
    struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
    unsigned int myport, lisnum;
    char buf[MAXBUF + 1];
    SSL_CTX *ctx;

    if (argv[1])
        myport = atoi(argv[1]);
    else
        myport = 7838;

    if (argv[2])
        lisnum = atoi(argv[2]);
    else
        lisnum = 2;

    /* SSL 库初始化 */
    SSL_library_init();
    /* 载入所有 SSL 算法 */
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    /* 载入所有 SSL 错误消息 */
    SSL_load_error_strings();
    /* 以 SSL V2 和 V3 标准兼容方式产生一个 SSL_CTX ，即 SSL Content Text */
    ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
    /* 也可以用 SSLv2_server_method() 或 SSLv3_server_method() 单独表示 V2 或 V3标准 */
    if (ctx == NULL) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    /* 载入用户的数字证书， 此证书用来发送给客户端。 证书里包含有公钥 */
    if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    /* 载入用户私钥 */
    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0){
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    /* 检查用户私钥是否正确 */
    if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }

    /* 开启一个 socket 监听 */
    if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("socket");
        exit(1);
    } else
        printf("socket created
");

    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
    my_addr.sin_family = PF_INET;
    my_addr.sin_port = htons(myport);
    my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr))
        == -1) {
        perror("bind");
        exit(1);
    } else
        printf("binded
");

    if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
        perror("listen");
        exit(1);
    } else
        printf("begin listen
");

    while (1) {
        SSL *ssl;
        len = sizeof(struct sockaddr);
        /* 等待客户端连上来 */
        if ((new_fd =
             accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr,
                    &len)) == -1) {
            perror("accept");
            exit(errno);
        } else
            printf("server: got connection from %s, port %d, socket %d
",
                   inet_ntoa(their_addr.sin_addr),
                   ntohs(their_addr.sin_port), new_fd);

        /* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */
        ssl = SSL_new(ctx);
        /* 将连接用户的 socket 加入到 SSL */
        SSL_set_fd(ssl, new_fd);
        /* 建立 SSL 连接 */
        if (SSL_accept(ssl) == -1) {
            perror("accept");
            close(new_fd);
            break;
        }

        /* 开始处理每个新连接上的数据收发 */
        bzero(buf, MAXBUF + 1);
        strcpy(buf, "server->client");
        /* 发消息给客户端 */
        len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));

        if (len <= 0) {
            printf
                ("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",
                 buf, errno, strerror(errno));
            goto finish;
        } else
            printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！
",
                   buf, len);

        bzero(buf, MAXBUF + 1);
        /* 接收客户端的消息 */
        len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
        if (len > 0)
            printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据
",
                   buf, len);
        else
            printf
                ("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",
                 errno, strerror(errno));
        /* 处理每个新连接上的数据收发结束 */
      finish:
        /* 关闭 SSL 连接 */
        SSL_shutdown(ssl);
        /* 释放 SSL */
        SSL_free(ssl);
        /* 关闭 socket */
        close(new_fd);
    }
    /* 关闭监听的 socket */
    close(sockfd);
    /* 释放 CTX */
    SSL_CTX_free(ctx);
    return 0;
}

client.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <resolv.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>

#define MAXBUF 1024

void ShowCerts(SSL * ssl)
{
    X509 *cert;
    char *line;

    cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
    if (cert != NULL) {
        printf("数字证书信息:
");
        line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);
        printf("证书: %s
", line);
        free(line);
        line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
        printf("颁发者: %s
", line);
        free(line);
        X509_free(cert);
    } else
        printf("无证书信息！
");
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, len;
    struct sockaddr_in dest;
    char buffer[MAXBUF + 1];
    SSL_CTX *ctx;
    SSL *ssl;

    if (argc != 3) {
        printf("参数格式错误！正确用法如下：
		%s IP地址 端口
	比如:	%s 127.0.0.1 80
此程序用来从某个"
             "IP 地址的服务器某个端口接收最多 MAXBUF 个字节的消息",
             argv[0], argv[0]);
        exit(0);
    }

    /* SSL 库初始化，参看 ssl-server.c 代码 */
    SSL_library_init();
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    SSL_load_error_strings();
    ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
    if (ctx == NULL) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }

    /* 创建一个 socket 用于 tcp 通信 */
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket");
        exit(errno);
    }
    printf("socket created
");

    /* 初始化服务器端（对方）的地址和端口信息 */
    bzero(&dest, sizeof(dest));
    dest.sin_family = AF_INET;
    dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) {
        perror(argv[1]);
        exit(errno);
    }
    printf("address created
");

    /* 连接服务器 */
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {
        perror("Connect ");
        exit(errno);
    }
    printf("server connected
");

    /* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */
    ssl = SSL_new(ctx);
    SSL_set_fd(ssl, sockfd);
    /* 建立 SSL 连接 */
    if (SSL_connect(ssl) == -1)
        ERR_print_errors_fp(stderr);
    else {
        printf("Connected with %s encryption
", SSL_get_cipher(ssl));
        ShowCerts(ssl);
    }

    /* 接收对方发过来的消息，最多接收 MAXBUF 个字节 */
    bzero(buffer, MAXBUF + 1);
    /* 接收服务器来的消息 */
    len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
    if (len > 0)
        printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据
",
               buffer, len);
    else {
        printf
            ("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",
             errno, strerror(errno));
        goto finish;
    }
    bzero(buffer, MAXBUF + 1);
    strcpy(buffer, "from client->server");
    /* 发消息给服务器 */
    len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer));
    if (len < 0)
        printf
            ("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'
",
             buffer, errno, strerror(errno));
    else
        printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！
",
               buffer, len);

  finish:
    /* 关闭连接 */
    SSL_shutdown(ssl);
    SSL_free(ssl);
    close(sockfd);
    SSL_CTX_free(ctx);
    return 0;
}

编译方式:

gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread

gcc -o telent telent.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread

产生私钥和证书

openssl genrsa -out privkey.pem 1024

openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095

程序运行方式:

./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem

./telent 127.0.0.1 7838

运行截图

问题及解决方案

• 问题1：编译“test_openssl.c”出现test_openssl.c:(.text+0xf)：对‘OPENSSL_init_crypto’未定义的引用。
• 问题1解决方案：将“openssl-master”文件夹下的“libcrypto.a”和“libssl.a”放在/usr/local/ssl/lib目录下（注意使用sudo权限），编译时链接这个目录即可。
• 问题2：执行openssl genrsa -out privkey.pem 1024时出现error while loading shared libraies:libssl.so.1.1:cannot open hared object file:No such file or directory 提示找不到共享库。
• 问题2解决方案：原因一般有两个:
• • 一个是操作系统里确实没有包含该共享库(lib.so.文件)或者共享库版本不对, 遇到这种情况那就去网上下载并安装上即可.
• • 另外一个原因就是已经安装了该共享库, 但执行需要调用该共享库的程序的时候, 程序按照默认共享库路径找不到该共享库文件.

所以安装共享库后要注意共享库路径设置问题, 如下:

1. 如果共享库文件安装到了/lib或/usr/lib目录下, 那么需执行一下ldconfig命令

ldconfig命令的用途, 主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件"/etc/ld.so.conf"内所列的目录下, 搜索出可共享的动态链接库(格式如lib.so), 进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件. 缓存文件默认为"/etc/ld.so.cache", 此文件保存已排好序的动态链接库名字列表.

2. 如果共享库文件安装到了/usr/local/lib(很多开源的共享库都会安装到该目录下)或其它"非/lib或/usr/lib"目录下, 那么在执行ldconfig命令前, 还要把新共享库目录加入到共享库配置文件/etc/ld.so.conf中, 如下:

# cat /etc/ld.so.conf
include ld.so.conf.d/*.conf
# echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf
# ldconfig

3. 如果共享库文件安装到了其它"非/lib或/usr/lib" 目录下, 但是又不想在/etc/ld.so.conf中加路径(或者是没有权限加路径). 那可以export一个全局变量LD_LIBRARY_PATH, 然后运行程序的时候就会去这个目录中找共享库.

LD_LIBRARY_PATH的意思是告诉loader在哪些目录中可以找到共享库. 可以设置多个搜索目录, 这些目录之间用冒号分隔开. 比如安装了一个mysql到/usr/local/mysql目录下, 其中有一大堆库文件在/usr/local/mysql/lib下面, 则可以在.bashrc或.bash_profile或shell里加入以下语句即可:export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/mysql/lib:$LD_LIBRARY_PATH

一般来讲这只是一种临时的解决方案, 在没有权限或临时需要的时候使用。

• 问题3：执行echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf时提示权限不足。
• 问题3解决方案： 虽然知道echo命令是属于root用户的权限，但是我之前一直以为加个sudo就能够获取到root的全部权限，现在才发现这是不对的。使用sudo命令后，获取到的只是root的一部分权限。
• • 解决办法：
    1、直接使用root用户，这样肯定不会有问题；
    2、具体实现如下：
    sudo sh -c echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf