2017-2018-2 20165233 實驗五 網絡編程與安全

20165233 實驗五 網絡編程與安全

實驗內容

任務一

1. 結對實現中綴表達式轉後綴表達式的功能 MyBC.java
2. 結對實現從上面功能中獲取的表達式中實現後綴表達式求值的功能,調用MyDC.java

知識點：

• 棧的應用：棧 (Stack)是一種只容許在表尾插入和刪除的線性表，有先進後出（FILO），後進先出(LIFO)的特色。容許插入和刪除的一端稱爲棧頂(top)，另外一端稱爲棧底(bottom)。

• 由中綴式求得後綴式可使用棧，僞代碼以下：

  • 設立一個棧，存放運算符，首先棧爲空；
  • 從左到右掃描中綴式，若遇到操做數，直接輸出，並輸出一個空格做爲兩個操做數的分隔符；
  • 若遇到運算符，則與棧頂比較，比棧頂級別高則進棧，不然退出棧頂元素並輸出，而後輸出一個空格做分隔符；
  • 若遇到左括號，進棧；若遇到右括號，則一直退棧輸出，直到退到左括號止。
  • 當棧變成空時，輸出的結果即爲後綴表達式。

• 後綴式的運算

  • dc運算符：

    • +: 依次彈出w1與w2，將w2+w1壓棧。精度爲結果值精度
    • -: 依次彈出w1與w2，將w2-w1壓棧
    • *: 依次彈出w1與w2，將w2*w1壓棧。精度爲結果值精度與precision中較大值
    • / : 依次彈出w1與w2，將w2/w1壓棧。精度爲precision

  • 求值僞代碼以下：

    • 設置一個操做數棧，開始棧爲空；
    • 從左到右掃描後綴表達式，遇操做數，進棧；
    • 若遇運算符，則從棧中退出兩個元素，先退出的放到運算符的右邊，後退出的放到運算符左邊，運算後的結果再進棧，直到後綴表達式掃描完畢。

• 運行截圖

• 碼雲連接

任務二

1. 基於Java Socket實現客戶端/服務器功能，傳輸方式用TCP
2. 客戶端讓用戶輸入中綴表達式，而後把中綴表達式調用MyBC.java的功能轉化爲後綴表達式，把後綴表達式經過網絡發送給服務器
3. 服務器接收到後綴表達式，調用MyDC.java的功能計算後綴表達式的值，把結果發送給客戶端
4. 客戶端顯示服務器發送過來的結果

知識點：

• 套接字

  • 網絡套接字是基於TCP協議的有鏈接通訊
  • 套接字鏈接就是客戶端的套接字對象和服務器端的套接字對象經過輸入流、輸出流鏈接在一塊兒
  • 服務器創建ServerSocket對象，ServerSocket對象負責等待客戶端請求創建套接字鏈接，而客戶端創建Socket對象向服務器發出套接字鏈接請求。

• 要建立一個套接字，可使用Socket的構造方法，如：public Socket(java.lang.String host, int port)。其中，host是遠程機器名或IP地址，port是遠程應用程序的端口號。

• 我負責的是客戶端，個人代碼實現以下：

public class Client {
    // 搭建客戶端
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        try {
            // 一、建立客戶端Socket，指定服務器地址和端口
            Socket socket=new Socket("127.0.0.1",2018);

            System.out.println("客戶端啓動成功");
            // 二、獲取輸出流，向服務器端發送信息

            BufferedReader stdin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            // 由系統標準輸入設備構造BufferedReader對象
            PrintWriter write = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())),true);
            // 由Socket對象獲得輸出流，並構造PrintWriter對象
            //三、獲取輸入流，並讀取服務器端的響應信息
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            // 由Socket對象獲得輸入流，並構造相應的BufferedReader對象
            System.out.print("請輸入算式：");
            String str=stdin.readLine();
            String postfix = MyBC.toPostfix(str);
            write.println(postfix);
            str=in.readLine();
            System.out.println("從服務器接收到的結果爲："+str);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("can not listen to:" + e);// 出錯，打印出錯信息
        }
    }

}

• 運行截圖

• 碼雲連接

任務三

1. 基於Java Socket實現客戶端/服務器功能，傳輸方式用TCP
2. 客戶端讓用戶輸入中綴表達式，而後把中綴表達式調用MyBC.java的功能轉化爲後綴表達式，把後綴表達式用3DES或AES算法加密後經過網絡把密文發送給服務器
3. 服務器接收到後綴表達式表達式後，進行解密（和客戶端協商密鑰，能夠用數組保存），而後調用MyDC.java的功能計算後綴表達式的值，把結果發送給客戶端
4. 客戶端顯示服務器發送過來的結果

知識點：

• 實現DES加密主要有如下幾個步驟：

  • 對稱密鑰的生成和保存；
  • 使用對稱密鑰進行加密和解密；
  • 從文件中獲取加密時使用的密鑰，使用密鑰進行解密；

• 生成密鑰文件，代碼實現以下：

public class Key_RSA{
    public static void main(String args[]) throws Exception{
        //建立密鑰對生成器，指定加密和解密算法爲RSA
        KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        //指定密鑰的長度，初始化密鑰對生成器
        kpg.initialize(1024);
        //生成密鑰對
        KeyPair kp=kpg.genKeyPair();

        //獲取公鑰
        PublicKey pbkey=kp.getPublic();
        //獲取私鑰
        PrivateKey prkey=kp.getPrivate();

        //保存公鑰到文件
        FileOutputStream  f1=new FileOutputStream("Skey_RSA_pub.dat");
        ObjectOutputStream b1=new  ObjectOutputStream(f1);
        b1.writeObject(pbkey);

        //保存私鑰到文件
        FileOutputStream  f2=new FileOutputStream("Skey_RSA_priv.dat");
        ObjectOutputStream b2=new  ObjectOutputStream(f2);
        b2.writeObject(prkey);
    }
}

• 獲取Skey_RSA_pub.dat中的公鑰

FileInputStream f3 = new FileInputStream("Skey_RSA_pub.dat");
ObjectInputStream b2 = new ObjectInputStream(f3);
RSAPublicKey pbk = (RSAPublicKey) b2.readObject();

• 運行截圖

• 碼雲連接

任務四：

客戶端和服務器用DH算法進行3DES或AES算法的密鑰交換(其餘要求同任務三)

• 建立DH公鑰和私鑰

public class Key_DH{

    private static final byte skip1024ModulusBytes[] = {
            (byte)0xF4, (byte)0x88, (byte)0xFD, (byte)0x58,
            (byte)0x4E, (byte)0x49, (byte)0xDB, (byte)0xCD,
            (byte)0x20, (byte)0xB4, (byte)0x9D, (byte)0xE4,
            (byte)0x91, (byte)0x07, (byte)0x36, (byte)0x6B,
            (byte)0x33, (byte)0x6C, (byte)0x38, (byte)0x0D,
            (byte)0x45, (byte)0x1D, (byte)0x0F, (byte)0x7C,
            (byte)0x88, (byte)0xB3, (byte)0x1C, (byte)0x7C,
            (byte)0x5B, (byte)0x2D, (byte)0x8E, (byte)0xF6,
            (byte)0xF3, (byte)0xC9, (byte)0x23, (byte)0xC0,
            (byte)0x43, (byte)0xF0, (byte)0xA5, (byte)0x5B,
            (byte)0x18, (byte)0x8D, (byte)0x8E, (byte)0xBB,
            (byte)0x55, (byte)0x8C, (byte)0xB8, (byte)0x5D,
            (byte)0x38, (byte)0xD3, (byte)0x34, (byte)0xFD,
            (byte)0x7C, (byte)0x17, (byte)0x57, (byte)0x43,
            (byte)0xA3, (byte)0x1D, (byte)0x18, (byte)0x6C,
            (byte)0xDE, (byte)0x33, (byte)0x21, (byte)0x2C,
            (byte)0xB5, (byte)0x2A, (byte)0xFF, (byte)0x3C,
            (byte)0xE1, (byte)0xB1, (byte)0x29, (byte)0x40,
            (byte)0x18, (byte)0x11, (byte)0x8D, (byte)0x7C,
            (byte)0x84, (byte)0xA7, (byte)0x0A, (byte)0x72,
            (byte)0xD6, (byte)0x86, (byte)0xC4, (byte)0x03,
            (byte)0x19, (byte)0xC8, (byte)0x07, (byte)0x29,
            (byte)0x7A, (byte)0xCA, (byte)0x95, (byte)0x0C,
            (byte)0xD9, (byte)0x96, (byte)0x9F, (byte)0xAB,
            (byte)0xD0, (byte)0x0A, (byte)0x50, (byte)0x9B,
            (byte)0x02, (byte)0x46, (byte)0xD3, (byte)0x08,
            (byte)0x3D, (byte)0x66, (byte)0xA4, (byte)0x5D,
            (byte)0x41, (byte)0x9F, (byte)0x9C, (byte)0x7C,
            (byte)0xBD, (byte)0x89, (byte)0x4B, (byte)0x22,
            (byte)0x19, (byte)0x26, (byte)0xBA, (byte)0xAB,
            (byte)0xA2, (byte)0x5E, (byte)0xC3, (byte)0x55,
            (byte)0xE9, (byte)0x2F, (byte)0x78, (byte)0xC7
    };
    // The SKIP 1024 bit modulus
    private static final BigInteger skip1024Modulus
            = new BigInteger(1, skip1024ModulusBytes);
    // The base used with the SKIP 1024 bit modulus
    private static final BigInteger skip1024Base = BigInteger.valueOf(2);
    public static void main(String args[ ]) throws Exception{
        DHParameterSpec DHP=
                new DHParameterSpec(skip1024Modulus,skip1024Base);

        KeyPairGenerator kpg= KeyPairGenerator.getInstance("DH");
        kpg.initialize(DHP);
        KeyPair kp=kpg.genKeyPair();

        PublicKey pbk=kp.getPublic();
        PrivateKey prk=kp.getPrivate();
        // 保存公鑰
        FileOutputStream  f1=new FileOutputStream(args[0]);
        ObjectOutputStream b1=new  ObjectOutputStream(f1);
        b1.writeObject(pbk);
        // 保存私鑰
        FileOutputStream  f2=new FileOutputStream(args[1]);
        ObjectOutputStream b2=new  ObjectOutputStream(f2);
        b2.writeObject(prk);
    }
}

• 建立共享密鑰

public class KeyAgree{
    public static void main(String args[ ]) throws Exception{
        // 讀取對方的DH公鑰
        FileInputStream f1=new FileInputStream(args[0]);
        ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
        PublicKey  pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
//讀取本身的DH私鑰
        FileInputStream f2=new FileInputStream(args[1]);
        ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
        PrivateKey  prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
        // 執行密鑰協定
        KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
        ka.init(prk);
        ka.doPhase(pbk,true);
        //生成共享信息
        byte[ ] sb=ka.generateSecret();
        for(int i=0;i<sb.length;i++){
            System.out.print(sb[i]+",");
        }
        SecretKeySpec k=new  SecretKeySpec(sb,"DESede");
    }
}

• 運行截圖

• 碼雲連接

任務五：

服務器接收到後綴表達式表達式後，進行解密，解密後計算明文的MD5值，和客戶端傳來的MD5進行比較，一致則調用MyDC.java的功能計算後綴表達式的值，把結果發送給客戶端。(其餘要求同任務四)

• 運行截圖

• 碼雲連接

問題總結

• 運行時總會出現Wrong key size的問題，而且返回的，從新打開程序再次運行即可解決。目前沒有找到具體緣由。

• 從服務器返回的結果爲null

• 出現未找到Skey_RSA_pub.dat文件的問題。解決方法：當時未添加生成密鑰的代碼，因此文件夾中並不存在該文件。