2017-2018-1 20155222 201552228 實驗五 通信協議設計

時間  2019-11-10
標籤 實驗 通信 協議 設計 简体版
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2017-2018-1 20155222 201552228 實驗五 通信協議設計

實驗內容和要求

  1. 通信協議設計-1
    在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的做業
    提交運行結果截圖html

  2. 通信協議設計-2
    在Ubuntu中實現對實驗二中的「wc服務器」經過混合密碼系統進行防禦
    提交測試截圖linux

  1. 通信協議設計-3
    運行實驗箱中，ARM調用Z32算法的實驗，提交實驗截圖
    用Z32的國密算法從新改寫「wc服務器」的混合密碼系統防禦，提交運行截圖

實驗步驟

SSL/TLS協議概述

  • 1994年Netscape開發了SSL(Secure Socket Layer，安全套接層協議），專門用於保護Web通信。算法

  • 它採用公鑰技術，其目標是保證兩個應用間通訊的保密性和可靠性,可在服務器和客戶機兩端同時實現支持。瀏覽器

  • 現行Web瀏覽器廣泛將HTTP和SSL相結合，從而實現安全通訊。安全

SSL協議的使用

SSL是獨立於各類協議的，經常使用於HTTP協議，但也可用於別的協議，如SMTP、TELNET等服務器

協議的目標：SSL/TLS被設計用來使用TCP提供一個可靠的端到端安全服務，爲兩個通信個體之間提供保密性和完整性(身份鑑別)。數據結構

SSL/TLS提供3種標準服務：信息保密、信息完整性和雙向認證併發

SSL的體系結構

協議分爲兩層
底層：SSL記錄協議，爲上層協議提供基本的安全業務。
上層：SSL握手協議、SSL修改密碼說明協議、SSL警告協議，用於SSL交換過程的管理。eclipse

Linux下OpenSSL的安裝

Linux下的應用大多能夠直接使用，也能夠獲取源代碼本身進行編譯、安裝，使用源代碼安裝的過程通常是：socket

configure
make
make install

OpenSSL的安裝也是這樣。首先解壓源代碼：

tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz
而後進入源代碼目錄：

cd openssl-1.1.0-pre1
而後使用下列命令編譯安裝：

./configure

make

sudo make install

其實OpenSSL的安裝並非這樣的，輸入./configue會報錯說找不到這個命令

安裝流程

  • 直接百度openssl找到官網進去，找到下載連接連接到Github下載.zip文件

  • 在文件下載目錄裏輸入命令解壓.zip文件
unzip openssl-master.zip

  • 解壓完成後使用cd ./oenpssl-master命令進入解壓文件的目錄中再使用ls命令會看到這個文件裏有一個ReadMe

  • 使用'./ReadMe'打開文檔，裏面有詳細的安裝教程

INSTALLATION ON THE UNIX PLATFORM

Quick Start快速開始
-----------

If you want to just get on with it, do:若是你只是想快速上手作好使用準備，請執行如下操做：

$ ./config

$ make

$ make test

$ make install

[If any of these steps fails, see section Installation in Detail below.][若是這些步驟中的任何一個失敗，請參見下面的詳細安裝部分。]

Linux下OpenSSL的使用

OpenSSL密碼算法庫

編寫一個測試代碼test_openssl.c：

#include <stdio.h>
#include <openssl/evp.h>

int main(){
    
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    
    return 0;
}

而後用下面命令編譯：

gcc -o to test_openssl.c -I /usr/local/ssl/inlcude /usr/local/ssl/lib -ldl -lpthread

執行./to;echo $

基於Socket實現TCP通訊，一人實現服務器，一人實現客戶端

2017-2018-1 20155222 201552228 實驗三-併發程序

研究OpenSSL算法，測試對稱算法中的AES，非對稱算法中的RSA，Hash算法中的MD5

使用Openssl的AES加密算法

實現對「wc服務器」的混合密碼系統防禦

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

int SSL_library_int(void);//OpenSSL初始化:在使用OpenSSL以前，必須進行相應的協議初始化工做，

SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);//建立會話環境：在OpenSSL中建立的SSL會話環境稱爲CTX，使用不一樣的協議會話，其環境也不同的。

int SSL_CTX_set_verify(SSL_CTX *ctx,int mode,int(*verify_callback),int(X509_STORE_CTX *));//制定證書驗證方式：當SSL會話環境申請成功後，還要根據實際的須要設置CTX的屬性，一般的設置是指定SSL握手階段證書的驗證方式和加載本身的證書。

SSL_CTX_load_verify_location(SSL_CTX *ctx,const char *Cafile,const char *Capath);//爲SSL會話環境加載CA證書

SSL_CTX_use_certificate_file(SSL_CTX *ctx, const char *file,int type);//爲SSL會話加載用戶證書

SSL_CTX_use_PrivateKey_file(SSL_CTX *ctx,const char* file,int type);//爲SSL會話加載用戶私鑰

int SSL_CTX_check_private_key(SSL_CTX *ctx);//在將證書和私鑰加載到SSL會話環境以後，驗證私鑰和證書是否相符：

SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);//申請一個SSL套接字

int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);)//綁定讀寫套接字

int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd);//綁定只讀套接字

int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd);//綁定只寫套接字

int SSL_connect(SSL *ssl);//客戶端在成功建立SSL套接字後，應使用函數SSL_connect( )替代傳統的函數connect( )來完成握手過程

int SSL_accept(SSL *ssl);//對服務器來說使用函數SSL_ accept ( )替代傳統的函數accept ( )來完成握手過程

X509 *SSL_get_peer_certificate(SSL *ssl);//握手過程完成以後，一般須要詢問通訊雙方的證書信息，以便進行相應的驗證

X509_NAME *X509_get_subject_name(X509 *a);//該函數能夠從SSL套接字中提取對方的證書信息，這些信息已經被SSL驗證過了。

int SSL_read(SSL *ssl,void *buf,int num);//當SSL握手完成以後，就能夠進行安全的數據傳輸了，在數據傳輸階段，須要使用SSL_read( )和SSL_write( )來替代傳統的read( )和write( )函數，來完成對套接字的讀寫操做

int SSL_write(SSL *ssl,const void *buf,int num);

int SSL_shutdown(SSL *ssl);//關閉SSL套接字

void SSl_free(SSL *ssl);//釋放SSL套接字

void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx); //釋放SSL會話環境

#include<netinet/in.h> // sockaddr_in
……
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
……
#include<string.h> // bzero

#define SERVER_PORT 8000
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
#define MAX 10000000
#define MAXBUF 1024

int main(void)
{
// 聲明並初始化一個服務器端的socket地址結構
struct sockaddr_in server_addr;
……
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
SSL_CTX *ctx;    //ssl數據結構

/* SSL 庫初始化 */
SSL_library_init();

/* 載入全部 SSL 算法 */
OpenSSL_add_all_algorithms();

/* 載入全部 SSL 錯誤消息 */
SSL_load_error_strings();

/* 以 SSL V2 和 V3 標準兼容方式產生一個 SSL_CTX ，即 SSL Content Text */
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());

/* 也能夠用 SSLv2_server_method() 或 SSLv3_server_method() 單獨表示 V2 或 V3標準 */
if (ctx == NULL) {
    ERR_print_errors_fp(stdout);
    exit(1);}
    
/* 載入用戶的數字證書， 此證書用來發送給客戶端。 證書裏包含有公鑰 */
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
    ERR_print_errors_fp(stdout);
    exit(1);
    }
    
/* 載入用戶私鑰 */
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0){
    ERR_print_errors_fp(stdout);
    exit(1);
    }
    
/* 檢查用戶私鑰是否正確 */
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
    ERR_print_errors_fp(stdout);
    exit(1);
    }




// 建立socket，若成功，返回socket描述符
int server_socket_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
……

// 綁定socket和socket地址結構
……

// socket監聽
……


while(1)
    {
    SSL *ssl;
    
    
    // 定義客戶端的socket地址結構
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_length = sizeof(client_addr);
        
    // 接受鏈接請求，返回一個新的socket(描述符)，這個新socket用於同鏈接的客戶端通訊
    // accept函數會把鏈接到的客戶端信息寫到client_addr中
    int new_server_socket_fd = accept(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_length);
    ……
        
    /* 基於 ctx 產生一個新的 SSL */
    ssl = SSL_new(ctx);
    /* 將鏈接用戶的 socket 加入到 SSL */
    SSL_set_fd(ssl, new_server_socket_fd);
    
    /* 創建 SSL 鏈接 */
    if (SSL_accept(ssl) == -1) {
        perror("accept");
        close(new_fd);
        break;
        }
    
    
    // recv函數接收數據到緩衝區buffer中
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
    if(recv(new_server_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)
        {
            perror("Server Recieve Data Failed:");
            break;
            }
    // 而後從buffer(緩衝區)拷貝到file_name中
    
    int len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
    
    if (len > 0)
        printf("接收消息成功:'%s'，共%d個字節的數據\n", buffer, len);
    else
        printf("消息接收失敗！錯誤代碼是%d，錯誤信息是'%s'\n",errno, strerror(errno));
    
    
    char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE+1];
    ……
    
    
    
    // 打開文件並讀取文件數據
    FILE *fp = fopen(file_name, "r");
    if(NULL == fp)
        {
            printf("File:%s Not Found\n", file_name);
        }
    else
        {
            //printf("buffer:%s\n",buffer);//buffer爲filename
                
            char *argv[]={"wc","-w",file_name,0};
            execvp( "wc" ,argv);
                
            fclose(fp);
            
            /* 關閉 SSL 鏈接 */
            SSL_shutdown(ssl);
            
            /* 釋放 SSL */
            SSL_free(ssl);
            
            
            
        }
    // 關閉與客戶端的鏈接
    close(new_server_socket_fd);
    }
// 關閉監聽用的socket
close(server_socket_fd);

 /* 釋放 CTX */
SSL_CTX_free(ctx);

return 0;
}

問題解決

問題：輸入./configue會報錯說找不到這個命令**

解決辦法

  • 直接百度openssl找到官網進去，找到下載連接連接到Github下載.zip文件

  • 在文件下載目錄裏輸入命令解壓.zip文件

unzip openssl-master.zip

  • 解壓完成後使用cd ./oenpssl-master命令進入解壓文件的目錄中再使用ls命令會看到這個文件裏有一個ReadMe

  • 使用'./ReadMe'打開文檔，裏面有詳細的安裝教程

INSTALLATION ON THE UNIX PLATFORM

Quick Start快速開始
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If you want to just get on with it, do:若是你只是想快速上手作好使用準備，請執行如下操做：

$ ./config

$ make

$ make test

$ make install

[If any of these steps fails, see section Installation in Detail below.][若是這些步驟中的任何一個失敗，請參見下面的詳細安裝部分。]

PSP時間統計

步驟 耗時 百分比
需求分析 10min 8%
設計 20min 16%
代碼實現 60min 50%
測試 10min 8%
總結分析 20min 16%

參考資料

Linux中的./configure息
安裝openssl錯誤解決
fatal error: openssl/evp.h: 沒有那個文件或目錄
如何利用OpenSSL庫進行RSA加密和解密
使用Openssl的AES加密算法

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