2017-2018-1 20155317《信息安全系统设计基础》 实验五 通讯协议设计

实验要求

任务

安装OpenSSL环境，并编写测试代码验证无误
研究OpenSSL算法，测试对称算法中的AES，非对称算法中的RSA，Hash算法中的MD5
在Ubuntu中实现对实验二中的“wc服务器”通过混合密码系统进行防护

1.安装OpenSSL环境，并编写测试代码验证无误

实验步骤：

$ ./config 

$ make 

$ make test 

$ make install

进行测试，检查openssl安装是否成功：

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

int main(){

    OpenSSL_add_all_algorithms();

    return 0;
}

编译命令为：

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

测试命令为：

echo $?

输出为0，表示成功。

在socket通信中，我编写的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;
}

测试AES可以使用如下命令：

• 命令行输入密码，密码5317 ：openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass pass:5317；
• 文件输入，密码5317：echo 123456 > passwd.txt openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass file:passwd.txt;
• 从标准输入输入:openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass stdin。
• 

测试RSA使用如下命令：

• 生成rsa私钥文件：openssl genrsa -out rsaprivatekey.pem 1024。
• 生成公钥文件，指明输出文件是公钥文件openssl rsa -in rsaprivatekey.pem -pubou -out rsapubckey.pem。
• 用公钥匙rsapubckey.pem加密文件plain.txt，输出到文件hello.en：openssl rsautl -encrypt -in plain.txt -inkey rsapubckey.pem -pubin -out hello.en;
• 使用私钥匙rsaprivatekey.pem解密密文hello.en，输出到文件hello.de:openssl rsautl -decrypt -in hello.en -inkey rsaprivatekey.pem -pubin -out hello.de
• 
• 

测试md5:

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

2。在Ubuntu中实现对实验二中的“wc服务器”通过混合密码系统进行防护

基于OpenSSL的程序都要遵循以下几个步骤：

(1)OpenSSL初始化：

在使用OpenSSL之前，必须进行相应的协议初始化工作，可以通过下面的函数实现：

int SSL_library_int(void);

(2)选择会话协议：

在利用OpenSSL开始SSL会话之前，需要为客户端和服务器制定本次会话采用的协议，目前能够使用的协议包括TLSv1.0、SSLv2、SSLv3、SSLv2/v3。

需要注意的是，客户端和服务器必须使用相互兼容的协议，否则SSL会话将无法正常进行。

(3)创建会话环境：

在OpenSSL中创建的SSL会话环境称为CTX，使用不同的协议会话，其环境也不一样的。

申请SSL会话环境的OpenSSL函数是：

SSL_CTX *SSL_CTX_new(SSL_METHOD * method);

当SSL会话环境申请成功后，还要根据实际的需要设置CTX的属性，通常的设置是指定SSL握手阶段证书的验证方式和加载自己的证书。

制定证书验证方式的函数是：

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

为SSL会话环境加载CA证书的函数是：

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

为SSL会话加载用户证书的函数是：

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

为SSL会话加载用户私钥的函数是：

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

在将证书和私钥加载到SSL会话环境之后，就可以调用下面的函数来验证私钥和证书是否相符：

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套接字基础之上，在建立SSL套接字时可以使用下面的一些函数：

SSL *SSl_new(SSL_CTX *ctx);//申请一个SSL套接字

int SSL_set_fd(SSL *ssl,int fd);)//绑定读写套接字

int SSL_set_rfd(SSL *ssl,int fd);//绑定只读套接字

int SSL_set_wfd(SSL *ssl,int fd);//绑定只写套接字

（5）完成SSL握手

在成功创建SSL套接字后，客户端应使用函数SSL_connect( )替代传统的函数connect( )来完成握手过程:
int SSL_connect(SSL *ssl);

而对服务器来讲，则应使用函数SSL_ accept ( )替代传统的函数accept ( )来完成握手过程:
int SSL_accept(SSL *ssl);

握手过程完成之后，通常需要询问通信双方的证书信息，以便进行相应的验证，这可以借助于下面的函数来实现:

X509 *SSL_get_peer_certificate(SSL *ssl);

该函数可以从SSL套接字中提取对方的证书信息，这些信息已经被SSL验证过了。

X509_NAME *X509_get_subject_name(X509 *a);

该函数得到证书所用者的名字。

（6）进行数据传输

当SSL握手完成之后，就可以进行安全的数据传输了，在数据传输阶段，需要使用SSL_read( )和SSL_write( )来替代传统的read( )和write( )函数，来完成对套接字的读写操作：

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

（7）结束SSL通信

当客户端和服务器之间的数据通信完成之后，调用下面的函数来释放已经申请的SSL资源：

int SSL_shutdown(SSL *ssl);//关闭SSL套接字
void SSl_free(SSL *ssl);//释放SSL套接字
void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx); //释放SSL会话环境实验代码实验运行截图：

实验过程中出现的问题：

1.在实验过程中在执行make和make test命令时出现错误，为了方便看，我将两者放在一起。

产生的原因是因为上图提示的Permission denied

解决的办法：加上sodu 给予权限进行执行.

参考资料

• openssl
• openssl 对称加密算法enc命令详解
• Linux 中的 Openssl命令及实例代码
• openssl证书生产过程
• openssl dgst 消息摘要
• OpenSSL 摘要和签名验证指令dgst使用详解
• OpenSSL程序编写步骤