2018-2019 1 20165203 实验五 通用协议设计
OpenSSL学习
- 定义：OpenSSL是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议，囊括了主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能以及SSL协议，并提供了丰富的应用程序供测试或其它目的使用。
- 基本功能：
-
- 密码算法库
-
- SSL协议库
-
- 应用程序
- 应用程序
- 其中：密码算法库是一个强大完整的密码算法库，它是OpenSSL的基础部分，也是很值得一般密码安全技术人员研究的部分，它实现了目前大部分主流的密码算法和标准。主要包括对称算法、非对称算法、散列算法、数字签名和认证、X509数字证书标准、PKCS12、PKCS7等标准。其他两个功能部分SSL协议和应用程序都是基于这个库开发的。
- 在密码算法库的基础上实现的，SSL协议部分完全实现和封装了SSL协议的三个版本和TLS协议。使用协议库，完全可以建立一个SSL服务器和SSL客户端。
- 应用程序是基于密码算法库和SSL协议库实现的命令，熟悉OpenSSL可以从使用这些应用程序开始。应用程序覆盖了密码技术的应用，主要包括了各种算法的加密程序和各种类型密钥的产生程序(如RSA、Md5、Enc等等)、证书签发和验证程序（如Ca、X509、Crl等）、SSL连接测试程序（如S_client和S_server等）以及其它的标准应用程序（如Pkcs12和Smime等）。
任务一
两人一组
基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端
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
选用合适的算法，基于混合密码系统实现对TCP通信进行机密性、完整性保护。
学有余力者，对系统进行安全性分析和改进。
- 实验步骤：
1.安装Openssl。 - 在虚拟机的Linux系统中前往Openssl官网，下载
openssl-master.zip。 - 下载完毕后，利用
unzip openssl-master.zip命令解压，解压后如图所示。
- 利用如下命令进行安装。
$ ./config
$ make
$ make test
$ make install - 安装完毕即可。
2.进行安装测试。
- 编写一个测试代码test_openssl.c
#include
#include
int main(){
OpenSSL_add_all_algorithms();
return 0;
} 使用命令
gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread进行编译，生成“test_openssl”可执行文件，运行。接下来，执行echo $?,打印出的结果是0，则代表运行成功。
命令的学习：
-L选项——指定链接库的文件夹地址；
-lcrypto——导入OpenSSL所需包；
-ldl选项——加载动态库；
-lpthread选项——链接POSIX thread库 3.基于Socket实现TCP通信，实现服务器和客户端的通信。连接后，如图所示。
4.选用合适的算法，基于混合密码系统实现对TCP通信进行机密性、完整性保护。
- AES
编写代码aes.c
#include
#include
#include
#include
#pragma comment(lib,"libeay32.lib")
int main(int argc, char **argv)
{
unsigned char buf[512];
unsigned char buf2[512];
unsigned char buf3[512];
unsigned char aes_keybuf[32];
memset(buf,1,sizeof(buf));
memset(buf,0,sizeof(buf2));
memset(buf,0,sizeof(buf3));
memset(aes_keybuf,0,sizeof(aes_keybuf));
AES_KEY aeskey;
AES_set_encrypt_key(aes_keybuf,256,&aeskey);
for(int i=0;i 使用gcc aes.c -o aes -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread进行编译，并运行，运行完结果如图所示。
- RSA算法
编写rsa.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define OPENSSLKEY "test.key"
#define PUBLICKEY "test_pub.key"
#define BUFFSIZE 1024
char* my_encrypt(char *str,char *path_key);//加密
char* my_decrypt(char *str,char *path_key);//解密
int main(void){
char *source="I'm 20165203xyx who is a nice student.";
char *ptr_en,*ptr_de;
printf("source is :%s\n",source);
ptr_en=my_encrypt(source,PUBLICKEY);
printf("after encrypt:%s\n",ptr_en);
ptr_de=my_decrypt(ptr_en,OPENSSLKEY);
printf("after decrypt:%s\n",ptr_de);
if(ptr_en!=NULL){
free(ptr_en);
}
if(ptr_de!=NULL){
free(ptr_de);
}
return 0;
}
char *my_encrypt(char *str,char *path_key){
char *p_en;
RSA *p_rsa;
FILE *file;
int flen,rsa_len;
if((file=fopen(path_key,"r"))==NULL){
perror("open key file error");
return NULL;
}
if((p_rsa=PEM_read_RSA_PUBKEY(file,NULL,NULL,NULL))==NULL){
ERR_print_errors_fp(stdout);
return NULL;
}
flen=strlen(str);
rsa_len=RSA_size(p_rsa);
p_en=(unsigned char *)malloc(rsa_len+1);
memset(p_en,0,rsa_len+1);
if(RSA_public_encrypt(rsa_len,(unsigned char *)str,(unsigned char*)p_en,p_rsa,RSA_NO_PADDING)<0){
return NULL;
}
RSA_free(p_rsa);
fclose(file);
return p_en;
}
char *my_decrypt(char *str,char *path_key){
char *p_de;
RSA *p_rsa;
FILE *file;
int rsa_len;
if((file=fopen(path_key,"r"))==NULL){
perror("open key file error");
return NULL;
}
if((p_rsa=PEM_read_RSAPrivateKey(file,NULL,NULL,NULL))==NULL){
ERR_print_errors_fp(stdout);
return NULL;
}
rsa_len=RSA_size(p_rsa);
p_de=(unsigned char *)malloc(rsa_len+1);
memset(p_de,0,rsa_len+1);
if(RSA_private_decrypt(rsa_len,(unsigned char *)str,(unsigned char*)p_de,p_rsa,RSA_NO_PADDING)<0){
return NULL;
}
RSA_free(p_rsa);
fclose(file);
return p_de;
} 同样的方法编译运行，得到结果，成功。
- MD5算法。
#define _GNU_SOURCE
#include
#include
#include
#include
#include
#include "openssl/md5.h"
MD5_CTX md5_ctx;
static int MD5mod(const char* str, int length, int mod){
char sign[16] = {0};
MD5_Init(&md5_ctx);
MD5_Update(&md5_ctx, str, length);
MD5_Final(sign, &md5_ctx);
printf("digest:%s\n",sign);
int sum = 0;
for (int i=0; i < 16; i ++) {
sum += (sign[i]&0xff);
}
int offset = sum % mod;
return offset;
}
int main(int argc, char** argv)
{
if( argc < 4){
fprintf(stderr, "%s num infile outfile\n", argv[0]);
exit(-1);
}
int num = atoi(argv[1]) ;
if( num <= 0){
fprintf(stderr, "ERROR: num error: %s\n", argv[1]);
exit(-1);
}
FILE* in = fopen(argv[2], "r");
if( in == NULL){
perror("fopen");
fprintf(stderr, "ERROR: infile error: %s\n", argv[2]);
exit(-1);
}
FILE** OUT = (FILE**)malloc(sizeof(FILE*) * num);
for(int i=0; i 编译运行，如图所示。
任务二
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
提交测试截图 - 学习wc服务器模式如下。
- 编写代码如下。
server.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#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 = 5227;
if (argv[2])
lisnum = atoi(argv[2]);
else
lisnum = 2;
/* SSL 库初始化 */
SSL_library_init();
/* 载入所有 SSL 算法 */
OpenSSL_add_all_algorithms();
/* 载入所有 SSL 错误消息 */
SSL_load_error_strings();
/* 以 SSL V2 和 V3 标准兼容方式产生一个 SSL_CTX ，即 SSL Content Text */
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
/* 也可以用 SSLv2_server_method() 或 SSLv3_server_method() 单独表示 V2 或 V3标准 */
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 载入用户的数字证书， 此证书用来发送给客户端。 证书里包含有公钥 */
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 载入用户私钥 */
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0){
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 检查用户私钥是否正确 */
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 开启一个 socket 监听 */
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);
/* 等待客户端连上来 */
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);
/* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */
ssl = SSL_new(ctx);
/* 将连接用户的 socket 加入到 SSL */
SSL_set_fd(ssl, new_fd);
/* 建立 SSL 连接 */
if (SSL_accept(ssl) == -1) {
perror("accept");
close(new_fd);
break;
}
/* 开始处理每个新连接上的数据收发 */
bzero(buf, MAXBUF + 1);
strcpy(buf, "hello");
/* 发消息给客户端 */
len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));
if (len <= 0) {
printf
("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",
buf, errno, strerror(errno));
goto finish;
} else
printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n",
buf, len);
bzero(buf, MAXBUF + 1);
/* 接收客户端的消息 */
len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n",
buf, len);
else
printf
("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",
errno, strerror(errno));
/* 处理每个新连接上的数据收发结束 */
finish:
/* 关闭 SSL 连接 */
SSL_shutdown(ssl);
/* 释放 SSL */
SSL_free(ssl);
/* 关闭 socket */
close(new_fd);
}
/* 关闭监听的 socket */
close(sockfd);
/* 释放 CTX */
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
} talent.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#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 = 5227;
if (argv[2])
lisnum = atoi(argv[2]);
else
lisnum = 2;
/* SSL 库初始化 */
SSL_library_init();
/* 载入所有 SSL 算法 */
OpenSSL_add_all_algorithms();
/* 载入所有 SSL 错误消息 */
SSL_load_error_strings();
/* 以 SSL V2 和 V3 标准兼容方式产生一个 SSL_CTX ，即 SSL Content Text */
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
/* 也可以用 SSLv2_server_method() 或 SSLv3_server_method() 单独表示 V2 或 V3标准 */
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 载入用户的数字证书， 此证书用来发送给客户端。 证书里包含有公钥 */
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 载入用户私钥 */
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0){
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 检查用户私钥是否正确 */
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 开启一个 socket 监听 */
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);
/* 等待客户端连上来 */
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);
/* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */
ssl = SSL_new(ctx);
/* 将连接用户的 socket 加入到 SSL */
SSL_set_fd(ssl, new_fd);
/* 建立 SSL 连接 */
if (SSL_accept(ssl) == -1) {
perror("accept");
close(new_fd);
break;
}
/* 开始处理每个新连接上的数据收发 */
bzero(buf, MAXBUF + 1);
strcpy(buf, "hello");
/* 发消息给客户端 */
len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf));
if (len <= 0) {
printf
("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",
buf, errno, strerror(errno));
goto finish;
} else
printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n",
buf, len);
bzero(buf, MAXBUF + 1);
/* 接收客户端的消息 */
len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n",
buf, len);
else
printf
("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n",
errno, strerror(errno));
/* 处理每个新连接上的数据收发结束 */
finish:
/* 关闭 SSL 连接 */
SSL_shutdown(ssl);
/* 释放 SSL */
SSL_free(ssl);
/* 关闭 socket */
close(new_fd);
}
/* 关闭监听的 socket */
close(sockfd);
/* 释放 CTX */
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
} - 编译运行。
- 使用
gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread编译server.c。
- 使用
gcc -o telent telent.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread
- 使用
openssl genrsa -out privkey.pem 1024 openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095来生产私钥和证书。
- 使用
./server 5203 1 CAcert.pem privkey.pem ./telent 127.0.0.1 5203来运行。
运行后如图所示。
实验中出现的问题及解答。
Q1：安装openssl时出现如图所示问题。
A1：将“openssl-master”文件夹下的“libcrypto.a”和“libssl.a”放在/usr/local/ssl/lib目录下（注意使用sudo权限），编译时链接这个目录即可。
Q2：编译任务2时出现如图所示问题。
A2：要使用命令gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread来进行相应的库链接。
实验感想
本次实验我们主要学习了Openssl的主要内容结构和用法，该实验还与计算机网络和密码学的相关知识结合起来，更符合我们信息安全专业的特点，也学到了很多知识。
本学期该课的实验就要结束了，但是学习知识的脚步要永远进行着，生命不息，学习不止，只有不断学习新知识才会一直进步。