實驗五 通訊協議設計

任務一：Linux下OpenSSL的安裝與使用

一、OpenSSL的安裝：

• 首先解壓原始碼：tar xzvf openssl-1.1.0j.tar.gz

• 然後進入原始碼目錄：cd openssl-1.1.0j

• 然後使用下列命令編譯安裝：

1../config

2.make

3.sudo make install

• 使用make test測試一下有沒有問題

二、Linux下OpenSSL的使用

OpenSSL應用程式

通過man openssl檢視幫助文件。

OpenSSL密碼演算法庫

• 編寫一個測試程式碼test_openssl.c：

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

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

• 然後用下面命令編譯：

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

• 執行echo $?,結果列印0.

任務二：實現對實驗二中的“wc伺服器”通過混合密碼系統進行防護

實驗程式碼：

• server.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>

#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 庫初始化 */
SSL_library_init();
/* 載入所有 SSL 演算法 */
OpenSSL_add_all_algorithms();
/* 載入所有 SSL 錯誤訊息 */
SSL_load_error_strings();
/* 以 SSL V2 和 V3 標準相容方式產生一個 SSL_CTX ，即 SSL Content Text */
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
/* 也可以用 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);
}
/* 載入使用者的數字證書， 此證書用來發送給客戶端。 證書裡包含有公鑰 */
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 載入使用者私鑰 */
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[5], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 檢查使用者私鑰是否正確 */
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}

/* 開啟一個 socket 監聽 */
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);
if (argv[3])
my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[3]);
else
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);
/* 等待客戶端連上來 */
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);

/* 基於 ctx 產生一個新的 SSL */
ssl = SSL_new(ctx);
/* 將連線使用者的 socket 加入到 SSL */
SSL_set_fd(ssl, new_fd);
/* 建立 SSL 連線 */
if (SSL_accept(ssl) == -1) {
perror("accept");
close(new_fd);
break;
}

/* 開始處理每個新連線上的資料收發 */
bzero(buf, MAXBUF + 1);
strcpy(buf, "server->client");
/* 發訊息給客戶端 */
len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));

if (len <= 0) {
printf
("訊息'%s'傳送失敗！錯誤程式碼是%d，錯誤資訊是'%s'\n",
buf, errno, strerror(errno));
goto finish;
} else
printf("訊息'%s'傳送成功，共傳送了%d個位元組！\n",
buf, len);

bzero(buf, MAXBUF + 1);
/* 接收客戶端的訊息 */
len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收訊息成功:'%s'，共%d個位元組的資料\n",
buf, len);
else
printf
("訊息接收失敗！錯誤程式碼是%d，錯誤資訊是'%s'\n",
errno, strerror(errno));
/* 處理每個新連線上的資料收發結束 */
finish:
/* 關閉 SSL 連線 */
SSL_shutdown(ssl);
/* 釋放 SSL */
SSL_free(ssl);
/* 關閉 socket */
close(new_fd);
}

/* 關閉監聽的 socket */
close(sockfd);
/* 釋放 CTX */
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
 

• client.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <resolv.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>

#define MAXBUF 1024

void ShowCerts(SSL * ssl)
{
X509 *cert;
char *line;

cert = SSL_get_peer_certificate(ssl);
if (cert != NULL) {
printf("數字證書資訊:\n");
line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0);
printf("證書: %s\n", line);
free(line);
line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0);
printf("頒發者: %s\n", line);
free(line);
X509_free(cert);
} else
printf("無證書資訊！\n");
}

int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd, len;
struct sockaddr_in dest;
char buffer[MAXBUF + 1];
SSL_CTX *ctx;
SSL *ssl;

if (argc != 3) {
printf
("引數格式錯誤！正確用法如下：\n\t\t%s IP地址 埠\n\t比如:\t%s 127.0.0.1 80\n此程式用來從某個 IP 地址的伺服器某個埠接收最多 MAXBUF 個位元組的訊息",
argv[0], argv[0]);
exit(0);
}

/* SSL 庫初始化，參看 ssl-server.c 程式碼 */
SSL_library_init();
OpenSSL_add_all_algorithms();
SSL_load_error_strings();
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method());
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}

/* 建立一個 socket 用於 tcp 通訊 */
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("Socket");
exit(errno);
}
printf("socket created\n");

/* 初始化伺服器端（對方）的地址和埠資訊 */
bzero(&dest, sizeof(dest));
dest.sin_family = AF_INET;
dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) {
perror(argv[1]);
exit(errno);
}
printf("address created\n");

/* 連線伺服器 */
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) {
perror("Connect ");
exit(errno);
}
printf("server connected\n");

/* 基於 ctx 產生一個新的 SSL */
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, sockfd);
/* 建立 SSL 連線 */
if (SSL_connect(ssl) == -1)
ERR_print_errors_fp(stderr);
else {
printf("Connected with %s encryption\n", SSL_get_cipher(ssl));
ShowCerts(ssl);
}

/* 接收對方發過來的訊息，最多接收 MAXBUF 個位元組 */
bzero(buffer, MAXBUF + 1);
/* 接收伺服器來的訊息 */
len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收訊息成功:'%s'，共%d個位元組的資料\n",
buffer, len);
else {
printf
("訊息接收失敗！錯誤程式碼是%d，錯誤資訊是'%s'\n",
errno, strerror(errno));
goto finish;
}
bzero(buffer, MAXBUF + 1);
strcpy(buffer, "from client->server");
/* 發訊息給伺服器 */
len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer));
if (len < 0)
printf
("訊息'%s'傳送失敗！錯誤程式碼是%d，錯誤資訊是'%s'\n",
buffer, errno, strerror(errno));
else
printf("訊息'%s'傳送成功，共傳送了%d個位元組！\n",
buffer, len);

finish:
/* 關閉連線 */
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);
close(sockfd);
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}

執行截圖

實驗中遇到的問題及解決辦法

1.OpenSSL安裝過程中，在make時報錯。

解決辦法：我在OpenSSL安裝目錄中並沒有找到可執行檔案configure，但卻發現了兩個與之非常相似的可執行檔案config和Configure，於是輸入命令./Configure，便在make時報錯，錯誤原因不知。

正確的應該是用./config命令執行可執行檔案config，再make和make install，該問題便迎刃而解了。

2.在進行server.c編譯時，報錯說error while loading shared libraries:lib.so.1.1:cannot open shared object file:No such file or directory。

解決辦法：

• 命令列輸入如下四句命令：

ln -s /usr/local/lib/libssl.so.1.1 /usr/lib/libssl.so.1.1

ln -s /usr/local/lib/libssl.so.1.1 /usr/lib32/libssl.so.1.1

ln -s /usr/local/lib/libcrypto.so.1.1 /usr/lib/libcry...so.1.1

ln -s /usr/local/lib/libcry....so.1.1 /usr/lib32/libcry...so.1.1

• 後續又提示許可權不夠，在每句命令前加sudo即可解決。