20165328 20165319《信息安全系统设计基础》实验五通讯协议设计
任务一
•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
了解学习openssl：
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的安装与测试
•首先去老师给出的连接中下载环境
•然后解压压缩包Linux中终端解压指令
unzip openssl-master.zip
•安装过程：
首先解压源代码：
tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz
然后进入源代码目录：
cd openssl-1.1.0-pre1
然后使用下列命令编译安装：
./configure
make
sudo make install
如果安装过程中出现任何问题，都可以参考其目录下“INSTALL”的相应安装说明解决。
学习使用Linux下OpenSSL
通过
man openssl
查看帮助文档。
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; }
然后用下面的指令进行编译：
gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread
生成“test_openssl”可执行文件，然后运行并执行
echo $?
结果打印0.
打印成功截图：
任务一作业：
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。
基于socket实现TCP通信：
客户端代码：
#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; }
服务器代码：
#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; }
通信交流实验成功截图：
任务二
•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
了解学习混合密码系统
混合密码系统图解：
基础openssl模块了解学习
#include <openssl/ssl.h> #include <openssl/err.h> //openssl头文件
SSL_CTX *ctx=NULL;
/* SSL会话环境 */
SSL *ssl=NULL;
/* SSL安全套接字 */
使用SSL_CTX_new()创建会话环境，建立连接时要使用协议由TLS_server_method()来定。如果这一步出错，需要查看错误栈来查看原因
if( NULL==(ctx=SSL_CTX_new(TLS_server_method())) ) { ERR_print_errors_fp(stdout); break; }
if( 0>=SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, "./cacert.pem", SSL_FILETYPE_PEM/*SSL_FILETYPE_ASN1*/) )
/* 为SSL会话加载用户证书 */
if( 0>=SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "./privkey.pem", SSL_FILETYPE_PEM/*SSL_FILETYPE_ASN1*/) )
/* 为SSL会话加载用户私钥 */
if( -1==SSL_accept(ssl) )
/* SSL层握手 */
SSL_shutdown(SSL *ssl);
//关闭SSL套接字
SSl_free(SSL *ssl);
//释放SSL套接字
SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx);
//释放SSL会话环境
加密代码
server：
#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> #include <openssl/evp.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：
#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> #include <openssl/evp.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
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
程序运行方式:
./server 5319 1 CAcert.pem privkey.pem ./client 127.0.0.1 5319
实验截图：
实验中遇到的问题及解决方法
问题:任务一在编译的时候显示有错误编译失败。
解决方法：系统里没有libssl-dev包，需要安装后再编译，安装指令
sudo apt-get install libssl-dev
之后再次编译便能够成功。
实验感想：
本次实验学习了openssl指令与使用方法，在学习的过程中也复习了解到了许多以前的知识，本次实验与web编程和密码学两门功课息息相关，在完成过程中遇到了许多困难，但最终还是在团队协作下完美解决了，总体来说，这次实验使我获益匪浅。