实验三《Python程序设计》实验报告

20214325 2021-2022-7 《Python程序设计》实验三报告

课程：《Python程序设计》
班级： 2143
实验教师：王志强
实验日期：2022年5月4日
必修/选修： 公选课

1.实验内容

创建服务端和客户端，服务端在特定端口监听多个客户请求。客户端和服务端通过Socket套接字（TCP/UDP）进行通信。

（1）创建服务端和客户端，选择一个通信端口，用Python语言编程实现通信演示程序；

（2）要求包含文件的基本操作，例如打开和读写操作。

（3）要求发送方从文件读取内容，加密后并传输；接收方收到密文并解密，保存在文件中。

（4）程序代码托管到码云。

注：在华为ECS服务器(OpenOuler系统)和物理机(Windows/Linux系统)上使用VIM、PDB、IDLE、Pycharm等工具编程实现。

2. 实验过程及结果

（1）进行基本的socket初始化

　　过于简单，此处略过

（2）编写加密模块

　　此处采用了Cryptodome库中提供的AES加密，由于key,iv和加密文字有严格的位数要求，通过判断位数在后方补空格满足格式

from Crypto.Cipher import AES
def encode(message:str,key:str,iv:str):
    key = key_transfer(key)
    iv = transfer(iv)
    jiami = AES.new(key.encode('utf-8'),AES.MODE_CBC,iv.encode('utf-8'))  #key必须为15字节  iv必须为16字节
    string = transfer(message)            #被加密的字符串 字节数 必须为16的倍数     utf-8中一个汉字为 3 字节
    ciphertext = jiami.encrypt(string.encode('utf-8'))      #encrypt()对字符串进行加密
    return ciphertext

def decode(code:str,key:str,iv:str):
    key = key_transfer(key)
    iv = transfer(iv)
    jiemi = AES.new(key.encode('utf-8'),AES.MODE_CBC,iv.encode('utf-8')) #解密使用的key和IV必须是加密时使用的
    raw = jiemi.decrypt(code).decode('utf-8')
    return str(raw)
    
def key_transfer(str):
    a = 0
    for i in range(len(str)):
        if is_chinese(str[i]):
            a += 3
        else:
            a +=1
    a = a%15
    if a>0:
        for i in range(16-a):
            str = str +" "
    return str

def transfer(str):
    a = 0
    for i in range(len(str)):
        if is_chinese(str[i]):
            a += 3
        else:
            a +=1
    a = a%16
    if a>0:
        for i in range(16-a):
            str = str +" "
    return str
    
def is_chinese(ch):
    if ch < '一' or ch > '龥':
        return False
    return True

# 测试代码
# message = input("\n")
# code = encode(message,'1','1')

# print("\n\n")
# s = decode(code, '1','1')
# print(s)

由于代码较长，将其单独放在文件info_encode.py中，通过import调用至服务器和客户端代码

 

（3）文件操作

　　加密传输后将信息与客户端ip,当前时间写入data.txt文件中作为缓存

 

（4）优化程序结构

　　使连接可以在主动退出前一直保持，为客户端增加了远程关闭服务器的指令，通过try-except使服务器不会因为客户端断开连接而报错关闭

 

（5）程序运行展示

如图，当客户端输入key与iv与服务器不同时，服务器不会响应（实质为解码过程中会报错运行except pass跳过）
当key与iv与服务器差距较小时会解码成乱码，不过在密码与iv复杂的情况下概率极低。

 

 

 

 当密码与iv正确时即可进行正常通信

　

 

 缓存记录正常：

 

 

（5）将代码托管至git

 

 

（6）源码展示：

　　1.服务器

import socket
from info_encode import *
import time

##初始化服务器
s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
s.bind(("192.168.31.254",8002)) #ip 和 端口

key = input("input key")
iv = input("input iv")
def listen():
    global key,iv
    s.listen()
    conn,adress = s.accept()
    data = conn.recv(1024)
    data = decode(data,key,iv).rstrip()
    print(str(adress[0]) + ' : ' + str(data) + "\n")
    if data == 'close the program':
        conn.sendall(("\n服务器已关闭\n").encode())
        return 0
    with open(r'./data','a',encoding="utf_8") as txt:
        txt.write(time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S',time.localtime(time.time()))) 
        txt.write("\n" + str(adress[0]) + ' : ' + str(data) + "\n\n")
    conn.sendall(("##服务器已收到：" +str(adress[0]) + ' : ' + str(data) + "\n").encode())
    return 1

flag = 1
while True:
    if flag==0:
        s.close()
        break
    try:
        if listen() == 0:
            flag = 0
    except:
        pass

　　2.客户端

import socket
from info_encode import *

key = input("input key")
iv = input("input iv")

while True:
    try:
        s = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
        s.connect(("192.168.31.254",8002)) #ip 和 端口
        word = input("请输入(输入q断开链接,close断开连接并关闭服务器)")
        if word == "q":
            break
        if word == "close":
            s.sendall((encode('close the program',key,iv)))
            print("服务器已关闭")
            break
        s.sendall((encode(word,key,iv)))
        data = s.recv(1024)
        print(data.decode())
    except:
        pass

print("已断开连接")
s.close()

　　3.加密模块

from Crypto.Cipher import AES
def encode(message:str,key:str,iv:str):
    key = key_transfer(key)
    iv = transfer(iv)
    jiami = AES.new(key.encode('utf-8'),AES.MODE_CBC,iv.encode('utf-8'))  #key必须为15字节  iv必须为16字节
    string = transfer(message)            #被加密的字符串 字节数 必须为16的倍数     utf-8中一个汉字为 3 字节
    ciphertext = jiami.encrypt(string.encode('utf-8'))      #encrypt()对字符串进行加密
    return ciphertext

def decode(code:str,key:str,iv:str):
    key = key_transfer(key)
    iv = transfer(iv)
    jiemi = AES.new(key.encode('utf-8'),AES.MODE_CBC,iv.encode('utf-8')) #解密使用的key和IV必须是加密时使用的
    raw = jiemi.decrypt(code).decode('utf-8')
    return str(raw)
    
def key_transfer(str):
    a = 0
    for i in range(len(str)):
        if is_chinese(str[i]):
            a += 3
        else:
            a +=1
    a = a%15
    if a>0:
        for i in range(16-a):
            str = str +" "
    return str

def transfer(str):
    a = 0
    for i in range(len(str)):
        if is_chinese(str[i]):
            a += 3
        else:
            a +=1
    a = a%16
    if a>0:
        for i in range(16-a):
            str = str +" "
    return str
    
def is_chinese(ch):
    if ch < '一' or ch > '龥':
        return False
    return True

# 测试代码
# message = input("\n")
# code = encode(message,'1','1')

# print("\n\n")
# s = decode(code, '1','1')
# print(s)

 

3. 实验过程中遇到的问题和解决过程

• 问题1：不知道加密的方法
• 问题1解决方案：上CSDN后查到有关加密的库
• 问题2：pycrypto无法安装
• 问题2解决方案：安装pycryptodome替代
• 问题3：AES_CBC加密模式只能接受16字节的输入，中文信息处理困难
• 问题3解决方案：定义函数判断字符是否为汉字解决

其他（感悟、思考等）

加密方面知识还需多加学习

程序还有很多地方都可以进一步优化升级

参考资料

• Python 常见加密方式和实现

• 十分钟读懂AES加密算法

• python3.7安装pycrypto