2017-2018-1 20155336 《信息安全系统设计基础》实验五通信协议设计 2017-2018-1 20155336 实验五通信协议设计

Openssl简介

在做实验之前，我们先了解一下什么是Openssl!openssl是网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议，囊括了主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能以及SSL协议，并提供了丰富的应用程序供测试或其它目的使用。电脑管家分析，OpenSSL被曝发现严重安全漏洞后，多数SSL加密网站使用名为OpenSSL的开源软件包，由于这也是互联网应用最广泛的安全传输方法，被网银、在线支付、电商网站、门户网站、电子邮件等重要网站广泛使用，所以漏洞影响范围广大。OpenSSL漏洞不仅影响以https开头的网站，黑客还可利用此漏洞直接对个人PC发起“心脏出血”（Heartbleed）攻击。据分析，Windows上有大量软件使用了存在漏洞的OpenSSL代码库，可能被黑客攻击抓取用户电脑上的内存数据。
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协议库以及应用程序。
BIO机制是OpenSSL提供的一种高层IO接口，该接口封装了几乎所有类型的IO接口，如内存访问、文件访问以及Socket等。这使得代码的重用性大幅度提高，OpenSSL提供API的复杂性也降低了很多。
OpenSSL对于随机数的生成和管理也提供了一整套的解决方法和支持API函数。随机数的好坏是决定一个密钥是否安全的重要前提。
OpenSSL还提供了其它的一些辅助功能，如从口令生成密钥的API，证书签发和管理中的配置文件机制等等。如果你有足够的耐心，将会在深入使用OpenSSL的过程慢慢发现很多这样的小功能，让你不断有新的惊喜。

任务一：Linux下OpenSSL的安装与测试

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

步骤一：tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz解压已经下载好的文件

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步骤二：安装

./config
make
make test
make install

步骤三：测试

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;
  }

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步骤四：编译运行

	- gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread
	- echo $?
	- 结果打印0，测试结果表明安装成功。

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任务二：混合密码系统防护

什么是混合密码系统：

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基础openssl模块了解学习

头文件：

  #include <openssl/ssl.h>
  #include <openssl/err.h>

SSL_CTX *ctx=NULL; /* SSL会话环境 */
SSL *ssl=NULL; /* SSL安全套接字 */

建立学习环境

  建立一个供调试的openssl环境，可以是windows平台，也可以是linux或者其他平台。用户需有在这些平台下调试源代码的能力。

学习openssl的命令

  通过openssl命令的学习，对openssl有基本的了解。

为SSL会话加载用户证书

  if( 0>=SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, "./cacert.pem"
  SSL_FILETYPE_PEM/*SSL_FILETYPE_ASN1*/) )

为SSL会话加载用户私钥

  if( 0>=SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "./privkey.pem"
  SSL_FILETYPE_PEM/*SSL_FILETYPE_ASN1*/) )

SSL层握手
```
   if( -1==SSL_accept(ssl) )	
```
关闭SSL套接字
```
  SSL_shutdown(SSL *ssl);
```
释放SSL套接字
```
  SSl_free(SSL *ssl);
```
释放SSL会话环境
```
  SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx);
```

产品代码

服务器端：

  #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>
  #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;
  }

客户端：

  #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:

  ./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem
  ./telent 10.0.2.15 7838

运行截图

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实验感想与体会

基于OpenSSL函数库的应用相比与基于OpenSSL指令的应用开发的工作量会大很多，但这并不意味着其应用会更少。事实上，基于OpenSSL的应用大部分是这种方式的，这种方式使得开发者能够根据自己的需求灵活地进行选择，而不必受OpenSSL有限的指令的限制。 通过OpenSSL，我学到了很多东西，并且发现现在所学的课程都是想通的，比如客服端服务器就与刘念老师教的JAVA WEB这门课程差不多，所以理解起来也不是很晦涩难懂。所以在以后的学习中，要学会融会贯通，这样会有更多的收获的！

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Openssl简介

任务一：Linux下OpenSSL的安装与测试

任务二：混合密码系统防护

什么是混合密码系统：

产品代码

实验感想与体会

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