2018-2019-1 20165222 20165216 实验五 通讯协议设计

实验五 通讯协议设计

任务一：Linux下OpenSSL的安装与使用

一、OpenSSL的安装

①： 访问OpenSSL官网++http:/www.openssl.org/source/++ 下载OpenSSL1.1.0

②：在Ubuntu虚拟机中使用tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz命令解压源代码

③：命令cd opensll-1.1.0-pre1进入源代码目录；

④：使用以下命令编译安装：

• ./config
• make
• sudo make install

⑤：使用 make test 命令测试安装是否完成

二、Linux下OpenSSL的使用

OpenSSL应用程序

使用 man openssl 查看帮助文档。

OpenSSL密码算法库

编写一个测试代码test_openssl.c:

#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++命令编译生成可执行文件test_openssl
• 执行++echo $?++，结果打印0，表明测试通过。
  

任务二：在Ubuntu中实现实验二中的“wc服务器”通过混合密码系统进行保护

混合密码系统介绍图

OpenSSL保护原理

SSL协议

SSL(Secure Sockets Layer 安全套接层)协议
，是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议，SSL协议已成为全球化标准，所有主要的浏览器和WEB服务器程序都支持SSL协议，可通过安装SSL证书激活SSL协议。

证书

数字化文件，包含公共密钥和其他的属性，具有不可否认性。

OpenSSL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.

• Openssl协定会话采用协议，TLSv1.0/SSLv2/SSLv3.
• 创建相应SSL环境
• 设定相关证书验证
• 选定需要使用的加密算法，并生成密钥对

/ openssl genrsa -des3 -out server.key 1024
genras表示生成RSA私有密钥文件，-des3表示用DES3加密该文件/

代码展示

client.c

 #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\n");

      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\n");

      if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
          perror("listen");
          exit(1);
      } else
          printf("begin listen\n");

      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\n",
                     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
                  ("'%s'发送失败!错误代码:%d,错误信息:'%s'\n",
                   buf, errno, strerror(errno));
              goto finish;
          } else
              printf("'%s'发送成功!共发送%d个字节!\n",
                     buf, len);

          bzero(buf, MAXBUF + 1);
          /* 接收客户端的消息 */
          len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
          if (len > 0)
              printf("'%s'接收成功!共接收%d个字节的数据!\n",
                     buf, len);
          else
              printf
                  ("接收失败!错误代码:%d,错误信息:'%s'\n",
                   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;
  }

serve.c

#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\n");

      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\n");

      if (listen(sockfd, lisnum) == -1) {
          perror("listen");
          exit(1);
      } else
          printf("begin listen\n");

      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\n",
                     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
                  ("'%s'发送失败!错误代码:%d,错误信息:'%s'\n",
                   buf, errno, strerror(errno));
              goto finish;
          } else
              printf("'%s'发送成功!共发送%d个字节!\n",
                     buf, len);

          bzero(buf, MAXBUF + 1);
          /* 接收客户端的消息 */
          len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
          if (len > 0)
              printf("'%s'接收成功!共接收%d个字节的数据!\n",
                     buf, len);
          else
              printf
                  ("接收失败!错误代码:%d,错误信息:'%s'\n",
                   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;
  }

实验截图