2018-2019-1 20165229 20165306 實驗五 通訊協議設計

任務一：Linux下OpenSSL的安裝與使用

OpenSSL簡介

• OpenSSL是一個SSL協議的開源實現，採用C語言作為開發語言，具備了跨平臺的能力，支援Unix/Linux、Windows、Mac OS等多種平臺。

• OpenSSL整個軟體包大概可以分成三個主要的功能部分：密碼演算法庫、SSL協議庫、應用程式。

• OpenSSL原始碼的目錄結構也是圍繞這三個功能部分進行規劃的。

    - 密碼演算法庫是一個強大完整的密碼演算法庫，它是OpenSSL的基礎部分，也是很值得一般密碼安全技術人員研究的部分，它實現了目前大部分主流的密碼演算法和標準。主要包括對稱演算法、非對稱演算法、雜湊演算法、數字簽名和認證、X509數字證書標準、PKCS12、PKCS7等標準。其他兩個功能部分SSL協議和應用程式都是基於這個庫開發的。
  
    - 在密碼演算法庫的基礎上實現的，SSL協議部分完全實現和封裝了SSL協議的三個版本和TLS協議。使用協議庫，你完全可以建立一個SSL伺服器和SSL客戶端。
  
    - 應用程式是基於密碼演算法庫和SSL協議庫實現的命令，熟悉OpenSSL可以從使用這些應用程式開始。應用程式覆蓋了密碼技術的應用，主要包括了各種演算法的加密程式和各種型別金鑰的產生程式(如RSA、Md5、Enc等等)、證書籤發和驗證程式（如Ca、X509、Crl等）、SSL連線測試程式（如S_client和S_server等）以及其它的標準應用程式（如Pkcs12和Smime等）。
   
  

Linux下OpenSSL的安裝

• 首先解壓原始碼：tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz
• 然後進入原始碼目錄：cd openssl-1.1.0-pre1
• 然後使用下列命令編譯安裝：

./configure

make

sudo make install

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

執行echo $?

結果列印0

任務二：在Ubuntu中實現對實驗二中的“wc伺服器”通過混合密碼系統進行防護

編譯方式

gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread

gcc -o telent telent.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread

生產私鑰和證書

openssl genrsa -out privkey.pem 1024

openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095

程式執行方式

./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem

./telent 127.0.0.1 7838

執行截圖

遇到的問題

參考資料openssl升級後 libssl.so.10缺失及版本問題

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>
 #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_library_init();
    OpenSSL_add_all_algorithms();
    SSL_load_error_strings();
    ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
    if (ctx == NULL) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0){
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }
    if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
        ERR_print_errors_fp(stdout);
        exit(1);
    }

    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);
        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);
        ssl = SSL_new(ctx);
        SSL_set_fd(ssl, new_fd);
        if (SSL_accept(ssl) == -1) {
            perror("accept");
            close(new_fd);
            break;
        }
        bzero(buf, MAXBUF + 1);
        strcpy(buf, "server->client");
        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);
        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));
      finish:
        SSL_shutdown(ssl);
        SSL_free(ssl);
        close(new_fd);
    }
    close(sockfd);
    SSL_CTX_free(ctx);
    return 0;
}

• telent.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>
 #include <openssl/evp.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
    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");  
    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");  
  
    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);  
    }  
  
    bzero(buffer, MAXBUF + 1);  
    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");  
    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:  
    SSL_shutdown(ssl);  
    SSL_free(ssl);  
    close(sockfd);  
    SSL_CTX_free(ctx);  
    return 0;  
}