任務一

•在Ubuntu中完成 http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html 中的作業

•提交執行結果截圖

瞭解學習openssl：

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最早的版本在1995年釋出，1998年後開始由OpenSSL專案組維護和開發。當前最新的版本是1.1.0 alpha版本，完全實現了對SSLv1、SSLv2、SSLv3和TLS的支援。。目前，OpenSSL已經得到了廣泛的應用，許多型別的軟體中的安全部分都使用了OpenSSL的庫，如VOIP的OpenH323協議、Apache伺服器、Linux安全模組等等。

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的安裝與測試

•首先去老師給出的連線中下載環境 

•然後解壓壓縮包Linux中終端解壓指令

unzip openssl-master.zip

•安裝過程：

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

 

如果安裝過程中出現任何問題，都可以參考其目錄下“INSTALL”的相應安裝說明解決。

學習使用Linux下OpenSSL

通過

man openssl

 

檢視幫助文件。

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;
}

然後用下面的指令進行編譯：

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

生成“test_openssl”可執行檔案，然後執行並執行

echo $?

結果列印0.

列印成功截圖：

 

任務一作業：

兩人一組

基於Socket實現TCP通訊，一人實現伺服器，一人實現客戶端

研究OpenSSL演算法，測試對稱演算法中的AES，非對稱演算法中的RSA，Hash演算法中的MD5

選用合適的演算法，基於混合密碼系統實現對TCP通訊進行機密性、完整性保護。

學有餘力者，對系統進行安全性分析和改進。

基於socket實現TCP通訊：
客戶端程式碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define BUFLEN 10

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in s_addr;
    socklen_t len;
    unsigned int port;
    char buf[BUFLEN];    
    
    /*建立socket*/
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
        perror("socket");
        exit(errno);
    }else
        printf("socket create success!\n");

    /*設定伺服器埠*/    
    if(argv[2])
        port = atoi(argv[2]);
    else
        port = 4567;
    /*設定伺服器ip*/
    bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
    s_addr.sin_family = AF_INET;
    s_addr.sin_port = htons(port);
    if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *)&s_addr.sin_addr.s_addr) == 0) {
        perror(argv[1]);
        exit(errno);
    }
    /*開始連線伺服器*/    
    if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&s_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1){
        perror("connect");
        exit(errno);
    }else
        printf("conncet success!\n");
    
    while(1){
        /******接收訊息*******/
        bzero(buf,BUFLEN);
        len = recv(sockfd,buf,BUFLEN,0);
        if(len > 0)
            printf("伺服器發來的訊息是：%s,共有位元組數是: %d\n",buf,len);
        else{
            if(len < 0 )
                printf("接受訊息失敗！\n");
            else
                printf("伺服器退出了，聊天終止！\n");
            break;    
        }
    _retry:    
        /******傳送訊息*******/    
        bzero(buf,BUFLEN);
        printf("請輸入傳送給對方的訊息：");
        /*fgets函式：從流中讀取BUFLEN-1個字元*/
        fgets(buf,BUFLEN,stdin);
        /*打印發送的訊息*/
        //fputs(buf,stdout);
        if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
            printf("client 請求終止聊天!\n");
            break;
        }
        /*如果輸入的字串只有"\n"，即回車，那麼請重新輸入*/
        if(!strncmp(buf,"\n",1)){
            printf("輸入的字元只有回車，這個是不正確的！！！\n");
            goto _retry;
        }
        /*如果buf中含有'\n'，那麼要用strlen(buf)-1，去掉'\n'*/    
        if(strchr(buf,'\n'))
            len = send(sockfd,buf,strlen(buf)-1,0);
        /*如果buf中沒有'\n'，則用buf的真正長度strlen(buf)*/    
        else
            len = send(sockfd,buf,strlen(buf),0);
        if(len > 0)
            printf("訊息傳送成功，本次共傳送的位元組數是：%d\n",len);            
        else{
            printf("訊息傳送失敗!\n");
            break;            
        }
    }
    /*關閉連線*/
    close(sockfd);

    return 0;
}

伺服器程式碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define BUFLEN 10

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, newfd;
    struct sockaddr_in s_addr, c_addr;
    char buf[BUFLEN];
    socklen_t len;
    unsigned int port, listnum;
    
    /*建立socket*/
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
        perror("socket");
        exit(errno);
    }else
        printf("socket create success!\n");
    /*設定伺服器埠*/    
    if(argv[2])
        port = atoi(argv[2]);
    else
        port = 4567;
    /*設定偵聽佇列長度*/
    if(argv[3])
        listnum = atoi(argv[3]);
    else
        listnum = 3;
    /*設定伺服器ip*/
    bzero(&s_addr, sizeof(s_addr));
    s_addr.sin_family = AF_INET;
    s_addr.sin_port = htons(port);
    if(argv[1])
        s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    else
        s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    /*把地址和埠幫定到套接字上*/
    if((bind(sockfd, (struct sockaddr*) &s_addr,sizeof(struct sockaddr))) == -1){
        perror("bind");
        exit(errno);
    }else
        printf("bind success!\n");
    /*偵聽本地埠*/
    if(listen(sockfd,listnum) == -1){
        perror("listen");
        exit(errno);    
    }else
        printf("the server is listening!\n");
    while(1){
        printf("*****************聊天開始***************\n");
        len = sizeof(struct sockaddr);
        if((newfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*) &c_addr, &len)) == -1){
            perror("accept");        
            exit(errno);
        }else
            printf("正在與您聊天的客戶端是：%s: %d\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr),ntohs(c_addr.sin_port));
        while(1){
        _retry:
            /******傳送訊息*******/
            bzero(buf,BUFLEN);
            printf("請輸入傳送給對方的訊息：");
            /*fgets函式：從流中讀取BUFLEN-1個字元*/
            fgets(buf,BUFLEN,stdin);
            /*打印發送的訊息*/
            //fputs(buf,stdout);
            if(!strncasecmp(buf,"quit",4)){
                printf("server 請求終止聊天!\n");
                break;
            }
            /*如果輸入的字串只有"\n"，即回車，那麼請重新輸入*/
            if(!strncmp(buf,"\n",1)){
                printf("輸入的字元只有回車，這個是不正確的！！！\n");
                goto _retry;
            }    
            /*如果buf中含有'\n'，那麼要用strlen(buf)-1，去掉'\n'*/            
            if(strchr(buf,'\n'))
                len = send(newfd,buf,strlen(buf)-1,0);
            /*如果buf中沒有'\n'，則用buf的真正長度strlen(buf)*/    
            else
                len = send(newfd,buf,strlen(buf),0);
            if(len > 0)
                printf("訊息傳送成功，本次共傳送的位元組數是：%d\n",len);            
            else{
                printf("訊息傳送失敗!\n");
                break;            
            }
            /******接收訊息*******/
            bzero(buf,BUFLEN);
            len = recv(newfd,buf,BUFLEN,0);
            if(len > 0)
                printf("客戶端發來的資訊是：%s,共有位元組數是: %d\n",buf,len);
            else{
                if(len < 0 )
                    printf("接受訊息失敗！\n");
                else
                    printf("客戶端退出了，聊天終止！\n");
                break;        
            }
        }
        /*關閉聊天的套接字*/
        close(newfd);
        /*是否退出伺服器*/
        printf("伺服器是否退出程式：y->是；n->否? ");
        bzero(buf, BUFLEN);
        fgets(buf,BUFLEN, stdin);
        if(!strncasecmp(buf,"y",1)){
            printf("server 退出!\n");
            break;
        }
    }
    /*關閉伺服器的套接字*/
    close(sockfd);
    return 0;
}

通訊交流實驗成功截圖：

 

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

•提交測試截圖

瞭解學習混合密碼系統

混合密碼系統圖解：

基礎openssl模組瞭解學習

 #include <openssl/ssl.h>  
    #include <openssl/err.h>         //openssl標頭檔案 

SSL_CTX *ctx=NULL;

/* SSL會話環境 */

SSL *ssl=NULL;

 /* SSL安全套接字 */

使用SSL_CTX_new()建立會話環境，建立連線時要使用協議由TLS_server_method()來定。如果這一步出錯，需要檢視錯誤棧來檢視原因

if( NULL==(ctx=SSL_CTX_new(TLS_server_method())) )     
    {  
        ERR_print_errors_fp(stdout);  
        break;  
    }   

if( 0>=SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, "./cacert.pem", SSL_FILETYPE_PEM/*SSL_FILETYPE_ASN1*/) )

/* 為SSL會話載入使用者證書 */

if( 0>=SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, "./privkey.pem", SSL_FILETYPE_PEM/*SSL_FILETYPE_ASN1*/) )

/* 為SSL會話載入使用者私鑰 */

if( -1==SSL_accept(ssl) )

 /* SSL層握手 */

SSL_shutdown(SSL *ssl);

//關閉SSL套接字

SSl_free(SSL *ssl);

//釋放SSL套接字

SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx);

//釋放SSL會話環境

 

加密程式碼

server：

#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 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[3], 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[4], 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);
    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：

#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，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;  
}  

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

 

生成私鑰和證書：

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 5319 1 CAcert.pem privkey.pem
./client 127.0.0.1 5319

 

實驗截圖：

實驗中遇到的問題及解決方法

問題:任務一在編譯的時候顯示有錯誤編譯失敗。

解決方法：系統裡沒有libssl-dev包，需要安裝後再編譯，安裝指令

sudo apt-get install libssl-dev

之後再次編譯便能夠成功。

實驗感想：

本次實驗學習了openssl指令與使用方法，在學習的過程中也複習瞭解到了許多以前的知識，本次實驗與web程式設計和密碼學兩門功課息息相關，在完成過程中遇到了許多困難，但最終還是在團隊協作下完美解決了，總體來說，這次實驗使我獲益匪淺。