2019-2020-1 20175221 20175225 20175226 实验五 通讯协议设计 2019-2020-1 20175221 20175225 20175226 实验五 通讯协议设计

任务一

1. 两人一组
2. 基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端
3. 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
4. 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。
5. 学有余力者，对系统进行安全性分析和改进。

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

实验步骤

任务一

• 相关知识点

• 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

• 三个主要的功能部分：密码算法库、SSL协议库、应用程序
• 作为一个基于密码学的安全开发包，OpenSSL提供的功能相当强大和全面，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。
• OpenSSl详细简介参考：OpenSSL简介
•  进入官网下载openssl相关组件
• 

• 完成之后 unzip openssl-master.zip 解压， cd openssl-master 进入文件夹

• 开始安装

• ./config
  make
  make test
  sudo make install

• 然后编写测试代码 test_openssl.c 如下

• #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 编译
• 再 echo $? 运行
• 
• 出现结果为0表示正常

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

• 相关知识点

• 混合密码系统组成机制
• 用对称密码加密消息
• 用伪随机数生成器生成对称密码加密中使用的会话密钥
• 用公钥密码加密会话密钥
• 从混合密码系统外部赋予公钥密码加密中使用的会话密钥
• 使用OpenSSL API进行安全编程(参考linux下的OPENSSL编程)
• 头文件

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

• 初始化
•  int SSL_library_int(void); 
• 申请SSL会话环境： SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method); 
• 申请一个SSL套接字： SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx); 
• 绑定读写套接字： int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);) 
• 绑定只读套接字： int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd); 
• 绑定只写套接字： int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd); 
• 结束SSL通信

• 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)
• 服务端程序

• #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;
  }

• 客户端程序 

• #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 client client.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

• 
• 程序运行方式:

• ./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem
  ./client 127.0.0.1 7838

•