2018-2019-1 20165219《信息安全系统设计基础》实验五

2018-2019-1 20165219《信息安全系统设计基础》实验五

背景技术

SSL是Secure Sockets Layer（安全套接层协议）的缩写，可以在Internet上提供秘密性传输。其目标是保证两个应用间通信的保密性和可靠性,可在服务器端和用户端同时实现支持。已经成为Internet上保密通讯的工业标准。

SSL能使用户/服务器应用之间的通信不被攻击者窃听，并且始终对服务器进行认证，还可选择对用户进行认证。SSL协议要求建立在可靠的传输层协议(TCP)之上。SSL协议的优势在于它是与应用层协议独立无关的，高层的应用层协议(例如：HTTP，FTP，TELNET等)能透明地建立于SSL协议之上。SSL协议在应用层协议通信之前就已经完成加密算法、通信密钥的协商及服务器认证工作。在此之后应用层协议所传送的数据都会被加密，从而保证通信的私密性。

工作流程

服务器认证阶段：
客户端向服务器发送一个开始信息“Hello”以便开始一个新的会话连接；

服务器根据客户的信息确定是否需要生成新的主密钥，如需要则服务器在响应客户的“Hello”信息时将包含生成主密钥所需的信息；

客户根据收到的服务器响应信息，产生一个主密钥，并用服务器的公开密钥加密后传给服务器；

服务器回复该主密钥，并返回给客户一个用主密钥认证的信息，以此让客户认证服务器。
用户认证阶段：

在此之前，服务器已经通过了客户认证，这一阶段主要完成对客户的认证。经认证的服务器发送一个提问给客户，客户则返回（数字）签名后的提问和其公开密钥，从而向服务器提供认证。

Linux下OpenSSL的安装与测试

在Linux下使用unzip openssl-master.zip命令解压
进入源代码目录cd openssl-1.1.0-pre1

使用如下命令进行安装：

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

编写一个测试代码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 $?，结果打印0，测试结果表明安装成功。

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

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

生产私钥和证书

openssl genrsa -out privkey.pem 1024

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

运行方式

./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem

./telent 127.0.0.1 7838

代码

客户端：
#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>


int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, new_fd;
    socklen_t len;
    struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
    char buffer[BUFSIZ];
    SSL_CTX *ctx;
    
    SSL_library_init();
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    SSL_load_error_strings();
    ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
    if (ctx == NULL)
    {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, "cacert.pem", SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)
    {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "privkey.pem", SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)
    {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx))
    {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    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, 5) == -1)
    {
        perror("listen");
        exit(1);
    }

    while (1)
    {
        SSL *ssl;
        len = sizeof(struct sockaddr);

        if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr, &len)) == -1)
        {
            perror("accept");
            exit(errno);
        }
        else
            printf("accept client %s
", inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

        ssl = SSL_new(ctx);
        SSL_set_fd(ssl, new_fd);
        if (SSL_accept(ssl) == -1)
        {
            perror("accept");
            close(new_fd);
            break;
        }

        int length, i;
        long wordscount=0;
        int flag=1;

        while(1){
            bzero(buffer, BUFSIZ);
            if((length=SSL_read(ssl, buffer, BUFSIZ))>0){
                for(i=0; i<len; i++){
                    if(flag==0){
                        switch(buffer[i]){
                            case ' ':
                                wordscount++;
                                break;
                            case '
':
                                wordscount++;
                                break;
                            case '
':
                                wordscount++;
                                break;
                            default:
                                break;
                        }
                    }
                    if(buffer[i]== ' ' || buffer[i]=='
' || buffer[i]=='
') flag=1;
                    else flag=0;
                }
            }
            if(length<1024) break;
        }

        len = SSL_write(ssl, &wordscount, sizeof(long));

        SSL_shutdown(ssl);
        SSL_free(ssl);
        close(new_fd);
    }
    close(sockfd);
    SSL_CTX_free(ctx);
    return 0;
}

服务器：
#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>


int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, new_fd;
    socklen_t len;
    struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
    char buffer[BUFSIZ];
    SSL_CTX *ctx;
    
    SSL_library_init();
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    SSL_load_error_strings();
    ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
    if (ctx == NULL)
    {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, "cacert.pem", SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)
    {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "privkey.pem", SSL_FILETYPE_PEM) <= 0)
    {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx))
    {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    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, 5) == -1)
    {
        perror("listen");
        exit(1);
    }

    while (1)
    {
        SSL *ssl;
        len = sizeof(struct sockaddr);

        if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr, &len)) == -1)
        {
            perror("accept");
            exit(errno);
        }
        else
            printf("accept client %s
", inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

        ssl = SSL_new(ctx);
        SSL_set_fd(ssl, new_fd);
        if (SSL_accept(ssl) == -1)
        {
            perror("accept");
            close(new_fd);
            break;
        }

        int length, i;
        long wordscount=0;
        int flag=1;

        while(1){
            bzero(buffer, BUFSIZ);
            if((length=SSL_read(ssl, buffer, BUFSIZ))>0){
                for(i=0; i<len; i++){
                    if(flag==0){
                        switch(buffer[i]){
                            case ' ':
                                wordscount++;
                                break;
                            case '
':
                                wordscount++;
                                break;
                            case '
':
                                wordscount++;
                                break;
                            default:
                                break;
                        }
                    }
                    if(buffer[i]== ' ' || buffer[i]=='
' || buffer[i]=='
') flag=1;
                    else flag=0;
                }
            }
            if(length<1024) break;
        }

        len = SSL_write(ssl, &wordscount, sizeof(long));

        SSL_shutdown(ssl);
        SSL_free(ssl);
        close(new_fd);
    }
    close(sockfd);
    SSL_CTX_free(ctx);
    return 0;
}