2017-2018-1 20155317《信息安全系統設計基礎》 實驗五 通訊協議設計

實驗要求

任務

安裝OpenSSL環境，並編寫測試代碼驗證無誤
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
在Ubuntu中實現對實驗二中的“wc服務器”通過混合密碼系統進行防護

1.安裝OpenSSL環境，並編寫測試代碼驗證無誤

實驗步驟：

$ ./config 

$ make 

$ make test 

$ make install

進行測試，檢查openssl安裝是否成功：

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

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

編譯命令為：

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

測試命令為：

echo $?

輸出為0，表示成功。

在socket通信中，我編寫的server部分：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include 
 
<unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>
#define PORT 1234

#define BACKLOG 2

#define MAXDATASIZE 1000

void process_cli(int connectfd,struct sockaddr_in client);
void sig_handler(int s);
int main()
{
    int opt,listenfd,connectfd;
    pid_t pid;
    
 
struct sockaddr_in server;
    struct sockaddr_in client;
    int sin_size;
    struct sigaction act;
    struct sigaction oact;
    act.sa_handler=sig_handler;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags=0;
    printf("NAME :20155317\n");
    if(sigaction(SIGCHLD,&act,&oact)<0)
    {
        perror("Sigaction failed!\n");
        exit(1);
    }
    if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
    {
        perror("Creating socket failed.\n");
        exit(1);
    }
    opt=SO_REUSEADDR;
    setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
    bzero(&server,sizeof(server));
    server.sin_family=AF_INET;
    server.sin_port=htons(PORT);
    server.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    if(bind(listenfd,(struct sockaddr *)&server,sizeof(struct sockaddr))==-1)
    {
        perror("Bind error.\n");
        exit(1);
    }
    if(listen(listenfd,BACKLOG)==-1)
    {
        perror("listen() error.\n");
        exit(1);
    }
    sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
    while(1)
    {
        if((connectfd=accept(listenfd,(struct sockaddr *)&client,&sin_size))==-1)
        {
            if(errno==EINTR) continue;
            perror("accept() error.\n");
            exit(1);
        }
        if((pid=fork())>0)
        {
            close(connectfd);
            continue;
        }
        else if(pid==0)
        {
            close(listenfd);
            process_cli(connectfd,client);
            exit(0);
        }
        else
        {
            printf("fork error.\n");
            exit(1);
        }
    }
    close(listenfd);
    return 0;
}
void process_cli(int connectfd,struct sockaddr_in client)
{
    int i,num;
    char recvbuf[MAXDATASIZE];
    char sendbuf[MAXDATASIZE];
    char cli_name[MAXDATASIZE];
    time_t t;
    t=time(NULL);
    printf("server IP%s \n",inet_ntoa(client.sin_addr));
    
    num=recv(connectfd,cli_name,MAXDATASIZE,0);
    if(num==0)
    {
        close(connectfd);
        printf("Client disconnected.\n");
        return;
    }
    send(connectfd,(void *)&t,sizeof(time_t),0);
    while(num=recv(connectfd,recvbuf,MAXDATASIZE,0))
    {
        recvbuf[num]=‘\0‘;
        printf("TIME:%s\n",ctime(&t));
        //send(connectfd,(void *)&t,sizeof(time_t),0);

    }

    

    close(connectfd);
}
void sig_handler(int s)
{
    pid_t pid;
    int stat;
    while((pid=waitpid(-1,&stat,WNOHANG))>0)
        printf("son process%d closed\n",pid);
    return;
}

測試AES可以使用如下命令：

• 命令行輸入密碼，密碼5317 ：openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass pass:5317；

• 文件輸入，密碼5317：echo 123456 > passwd.txt openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass file:passwd.txt;

• 從標準輸入輸入:openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass stdin。

• 

測試RSA使用如下命令：

• 生成rsa私鑰文件：openssl genrsa -out rsaprivatekey.pem 1024。

• 生成公鑰文件，指明輸出文件是公鑰文件openssl rsa -in rsaprivatekey.pem -pubou -out rsapubckey.pem。

• 用公鑰匙rsapubckey.pem加密文件plain.txt，輸出到文件hello.en：openssl rsautl -encrypt -in plain.txt -inkey rsapubckey.pem -pubin -out hello.en;

• 使用私鑰匙rsaprivatekey.pem解密密文hello.en，輸出到文件hello.de:openssl rsautl -decrypt -in hello.en -inkey rsaprivatekey.pem -pubin -out hello.de

• 

• 

測試md5:

openssl dgst -md5 20155339.txt echo "plain.txt" | openssl dgst -md5

2。在Ubuntu中實現對實驗二中的“wc服務器”通過混合密碼系統進行防護

基於OpenSSL的程序都要遵循以下幾個步驟：

(1)OpenSSL初始化：

在使用OpenSSL之前，必須進行相應的協議初始化工作，可以通過下面的函數實現：

int SSL_library_int(void);

(2)選擇會話協議：

在利用OpenSSL開始SSL會話之前，需要為客戶端和服務器制定本次會話采用的協議，目前能夠使用的協議包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3。

需要註意的是，客戶端和服務器必須使用相互兼容的協議，否則SSL會話將無法正常進行。

(3)創建會話環境：

在OpenSSL中創建的SSL會話環境稱為CTX，使用不同的協議會話，其環境也不一樣的。

申請SSL會話環境的OpenSSL函數是：

SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);

當SSL會話環境申請成功後，還要根據實際的需要設置CTX的屬性，通常的設置是指定SSL握手階段證書的驗證方式和加載自己的證書。

制定證書驗證方式的函數是：

int SSL_CTX_set_verify(SSL_CTX *ctx,int mode,int(*verify_callback),int(X509_STORE_CTX *));

為SSL會話環境加載CA證書的函數是：

SSL_CTX_load_verify_location(SSL_CTX *ctx,const char *Cafile,const char *Capath);

為SSL會話加載用戶證書的函數是：

SSL_CTX_use_certificate_file(SSL_CTX *ctx, const char *file,int type);

為SSL會話加載用戶私鑰的函數是：

SSL_CTX_use_PrivateKey_file(SSL_CTX *ctx,const char* file,int type);

在將證書和私鑰加載到SSL會話環境之後，就可以調用下面的函數來驗證私鑰和證書是否相符：

int SSL_CTX_check_private_key(SSL_CTX *ctx);

（4）建立SSL套接字

SSL套接字是建立在普通的TCP套接字基礎之上，在建立SSL套接字時可以使用下面的一些函數：

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

（5）完成SSL握手

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

而對服務器來講，則應使用函數SSL_ accept ( )替代傳統的函數accept ( )來完成握手過程:
int SSL_accept(SSL *ssl);

握手過程完成之後，通常需要詢問通信雙方的證書信息，以便進行相應的驗證，這可以借助於下面的函數來實現:

X509 *SSL_get_peer_certificate(SSL *ssl);

該函數可以從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。

X509_NAME *X509_get_subject_name(X509 *a);

該函數得到證書所用者的名字。

（6）進行數據傳輸

當SSL握手完成之後，就可以進行安全的數據傳輸了，在數據傳輸階段，需要使用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作：

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

（7）結束SSL通信

當客戶端和服務器之間的數據通信完成之後，調用下面的函數來釋放已經申請的SSL資源：

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
實驗代碼
實驗運行截圖：

實驗過程中出現的問題：

1.在實驗過程中在執行make和make test命令時出現錯誤，為了方便看，我將兩者放在一起。

產生的原因是因為上圖提示的Permission denied

解決的辦法：加上sodu 給予權限進行執行.

參考資料

• openssl
• openssl 對稱加密算法enc命令詳解
• Linux 中的 Openssl命令及實例代碼
• openssl證書生產過程
• openssl dgst 消息摘要
• OpenSSL 摘要和簽名驗證指令dgst使用詳解
• OpenSSL程序編寫步驟

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