20172303 2017-2018-2 《程序設計與數據結構》實驗五報告

20172303 2017-2018-2 《程序設計與數據結構》實驗五報告

• 課程：《程序設計與數據結構》
• 班級： 1723
• 姓名： 範雯琪
• 學號：20172303
  
• 實驗教師：王志強
• 助教：張旭升/劉偉康
• 實驗日期：2018年6月13日
• 必修/選修： 必修

實驗內容

• 任務一：實現中綴轉後綴並計算結果的功能
  • 參考數據結構應用
  • 結對實現中綴表達式轉後綴表達式的功能 MyBC.java
  • 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
• 任務二：基於Java Socket實現客戶端/服務器功能
  • 一人負責客戶端，一人負責服務器
  • 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
  • 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
  • 客戶端顯示服務器發送過來的結果
• 任務三：基於任務二，使用3DES或AES算法將後綴表達式進行加密
  • 一人負責客戶端，一人負責服務器
  • 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
  • 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
  • 客戶端顯示服務器發送過來的結果
• 任務四：基於任務三，使用DH進行密鑰交換
  • 一人負責客戶端，一人負責服務器
  • 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算法加密經過網絡把密文發送給服務器
  • 客戶端和服務器用DH算法進行3DES或AES算法的密鑰交換
  • 服務器接收到後綴表達式表達式後，進行解密，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
  • 客戶端顯示服務器發送過來的結果
• 任務五：基於任務四，使用MD5將明文加密
  • 一人負責客戶端，一人負責服務器
  • 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算法加密經過網絡把密文和明文的MD5値發送給服務器
  • 客戶端和服務器用DH算法進行3DES或AES算法的密鑰交換
  • 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
  • 客戶端顯示服務器發送過來的結果

實驗過程及結果

任務一

過程

由於在以前的結對編程中已經實現了這兩個功能，而且老師說能夠直接使用，我就直接使用了以前的InfixToSuffix類和Calculator類進行中綴轉後綴和計算，在ArithmeticTest類中添加代碼後實現。

運行結果

任務二

原理

TCP協議

• TCP是Tranfer Control Protocol的簡稱，是一種面向鏈接的保證可靠傳輸的協議.經過TCP協議傳輸，獲得的是一個順序的無差錯的數據流。
• 發送方和接收方的成對的兩個socket之間必須創建鏈接，以便在TCP協議的基礎上進行通訊，當一個socket（一般都是server socket）等待創建鏈接時，另外一個socket能夠要求進行鏈接，一旦這兩個socket鏈接起來，它們就能夠進行雙向數據傳輸，雙方均可以進行發送或接收操做。
• TCP在網絡通訊上有極強的生命力，例如遠程鏈接（Telnet）和文件傳輸（FTP）都須要不定長度的數據被可靠地傳輸。可是可靠的傳輸是要付出代價的，對數據內容正確性的檢驗必然佔用計算機的處理時間和網絡的帶寬

Java.net.Socket

• 此類實現客戶端套接字（也能夠就叫「套接字」）。套接字是兩臺機器間通訊的端點。
  套接字的實際工做由 SocketImpl類的實例執行。應用程序經過更改建立套接字實現的套接字工廠能夠配置它自身，以建立適合本地防火牆的套接字。
• java在包java.net中提供了兩個類Socket和ServerSocket，分別用來表示雙向鏈接的客戶端和服務端。這是兩個封裝得很是好的類，使用很方便。
• 構造方法
  
  其中address、host和port分別是雙向鏈接中另外一方的IP地址、主機名和端口號，stream指明socket是流socket仍是數據報socket，localPort表示本地主機的端口號，localAddr和bindAddr是本地機器的地址（ServerSocket的主機地址），impl是socket的父類，既能夠用來建立serverSocket又可 以用來建立Socket。count則表示服務端所能支持的最大鏈接數。例如：

　　Socket client = new Socket("127.0.01.", 80);
　　ServerSocket server = new ServerSocket(80);

• 注意，在選擇端口時，必須當心。每個端口提供一種特定的服務，只有給出正確的端口，才能得到相應的服務。0~1023的端口號爲系統所保留，例如http服務的端口號爲80,telnet服務的端口號爲21,ftp服務的端口號爲23, 因此咱們在選擇端口號時，最好選擇一個大於1023的數以防止發生衝突。

過程

• 使用ipconfig在cmd中查看本身的IP地址，要注意的是，在建立Socket的時候，若是是和結對夥伴的話，host要填結對夥伴的IP，而若是是本身既作客戶端又作服務器時，host能夠填127.0.0.1或localhost。
  
• 客戶端
  • 建立Socket

  //1.創建客戶端Socket鏈接，指定服務器位置和端口
      Socket socket = new Socket("172.16.43.217",8800);

  • 打開鏈接到Socket的輸入流

  //2.獲得socket讀寫流
  OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
  PrintWriter(outputStream);
  OutputStreamWriter outputStreamWriter = new OutputStreamWriter(outputStream);
  //輸入流
  InputStream inputStream = socket.getInputStream();
  BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(inputStream,"UTF-8"));

  • 按照必定的協議對Socket進行讀/寫操做

  Scanner scanner = new Scanner(System.in);
  System.out.println("請輸入計算式：（以空格隔開每一個運算符和運算數）");
  String expr = scanner.nextLine();
  InfixToSuffix infixToSuffix = new InfixToSuffix();
  infixToSuffix.conversion(expr);
  System.out.println("我傳送給服務器的信息爲："+infixToSuffix.getMessage());
  String info = new String(infixToSuffix.getMessage().getBytes("utf-8"));
  outputStreamWriter.write(info);
  outputStreamWriter.flush();
  socket.shutdownOutput();
  //接收服務器的響應
  String reply = null;
  while (!((reply = bufferedReader.readLine()) == null)){
      System.out.println("接收服務器的信息爲：" + reply);
  }

  • 關閉Socket

  bufferedReader.close();
  inputStream.close();
  outputStreamWriter.close();
  outputStream.close();
  socket.close();

• 服務器
• 服務器部分是個人結對夥伴完成的，這裏放他的碼雲連接，其大體過程仍然是：
  • 建立Socket
  • 打開鏈接到Socket的輸入/出流
  • 按照必定的協議對Socket進行讀/寫操做
  • 關閉Socket

運行結果

任務三

原理

DES加密算法

• DES加密是一種對稱加密算法，它是分組密鑰的表明算法，算法和密鑰都須要良好的加密。
• 實現DES對稱密鑰的步驟有三步：
  • 生成對稱密鑰；
  • 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。
• 關鍵代碼

FileInputStream f=new FileInputStream("key1.dat");
ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f);
Key k=(Key)b.readObject( );
Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");
cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
byte ptext[]=s.getBytes("UTF8");
for(int i=0;i<ptext.length;i++){
    System.out.print(ptext[i]+",");
}
System.out.println("");
byte ctext[]=cp.doFinal(ptext);
for(int i=0;i<ctext.length;i++){
     System.out.print(ctext[i] +",");
}
FileOutputStream f2=new FileOutputStream("SEnc.dat");
f2.write(ctext);

過程

• 剛開始咱們在任務二的基礎上進行代碼增長，可是在運行時服務器端顯示的是亂碼，後來發現是由於傳輸的格式有問題，婁老師的博客裏給的解密方式解密的必須是byte數組，以後咱們就想辦法把傳過來的信息的格式改爲byte數組，可是嘗試了不少次都失敗了。
• 而在在上網查的時候發現一篇博客中java的OutputStream.writeUTF()函數介紹了另外一種方法：DataOutputStream/DataInputStream，其中有一個方法叫wrtieUTF，它將 UTF-8 字符串寫入字節流。先寫入以字節表示的 UTF-8 字符串長度（做爲 16 位整數），而後寫入表示字符串字符的字節。使用這個方法，在傳輸以後轉化成byte數組就很方便了。
  
• 客戶端
  
• 服務器

運行結果

任務四

原理

DH算法

• 在DH算法中，主要數據經過對稱密鑰加密，而使用非對稱加密來分發對稱密鑰，這樣就將二者的優點結合了起來。
• DH算法是創建在DH公鑰和私鑰的基礎上的，A須要和B共享密鑰時，A和B各自生成DH公鑰和私鑰，公鑰對外公佈而私鑰各自祕密保存。
  

過程

• 1.修改原先的key_DH類和keyAgree類中的main方法，使其可以被引用。
  
  
• 2.建立DH公鑰和私鑰，將生成的公鑰文件傳給對方
  客戶端
  
  服務器

運行結果

任務五

原理

• 使用Java計算指定字符串的消息摘要。java.security包中的MessageDigest類提供了計算消息摘要的方法。
• 運行代碼

String x=args[0];
    MessageDigest m=MessageDigest.getInstance("MD5");
    m.update(x.getBytes("UTF8"));
    byte s[ ]=m.digest( );
    String result="";
    for (int i=0; i<s.length; i++){
        result+=Integer.toHexString((0x000000ff & s[i]) | 
0xffffff00).substring(6);
    }
    System.out.println(result);

過程

在任務四的代碼基礎上將運行代碼加入便可。

• 客戶端
  
• 服務器

運行結果

實驗過程當中遇到的問題和解決過程

• 問題1：在第一次運行Socket時拋出IOException錯誤。

• 問題1解決方法：經過在網上查找發現這個錯誤好像是避免不了的，必須進行捕獲或者拋出。

  在建立socket時若是發生錯誤，將產生IOException，在程序中必須對之做出處理。因此在建立Socket或ServerSocket是必須捕獲或拋出例外。

• 問題2：在傳輸的過程當中產生錯誤javax.crypto.BadPaddingException: Given final block not properly padded. Such issues can arise if a bad key is used during decryption.
• 問題2解決方法：經過翻譯，產生的緣由應該是由於服務器和客戶端產生的密鑰不一樣，在把個人密鑰文件複製給他以後就解決了問題。
• 問題3：在任務三傳輸的過程當中，傳輸過去的一直顯示的是亂碼

• 問題3解決方法：在剛剛的任務三的實驗過程當中有寫到，咱們找到了另一種方法來解決這個問題。

其餘（感悟、思考等）

本學期的最後一次實驗了，感受java socket真的很是有意思，最後悔的是當時實驗三的最後一個節點作的不是很好，因此這回又去複習了半天密碼學的相關內容。
回顧一個學期的內容發現本身真的學到了不少，很開心。

下學期繼續加油。

參考資料

• java socket編程
• Java 密碼學算法
• readUTF()和writeUTF()