2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告

一、实验报告封面

课程:Java程序设计 班级:1753班 姓名:李浩然 学号:20175318

指导教师:娄嘉鹏 实验日期:2019年5月31日

实验时间:13:45 - 15:25 实验序号:实验五

实验名称:网络编程与安全

二、实验内容及步骤

任务一

实验要求

  • 1.两人一组结对编程
  • 2.结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
  • 3.结对实现从上面功能中获取的表达式中实现后缀表达式求值的功能,调用MyDC.java

实验原理

  • 将运算符写在两个操作数中间的表达式,称为“中缀表达式”,如1+2*(3-4)+5。在中缀表达式中,运算符具有不同的优先级,圆括号用于改变运算符的运算次序,所以求值过程不能直接按照从左到右的顺序进行。

  • 将运算符写在两个操作数之后的表达式称为“后缀表达式”,如上面的中缀表达式可转换为后缀表达式1 2 3 4 - * + 5 +。后缀表达式中没有括号,而且运算符没有优先级。后缀表达式的求值过程能够严格地从左到右按顺序进行,符合运算器的求值规律。

  • 表达式求值算法分两步进行:①中缀转后缀;②求后缀表达式的值。

  • 由中缀式求得后缀式可以使用栈,伪代码如下:

    • 设立一个栈,存放运算符,首先栈为空;
    • 从左到右扫描中缀式,若遇到操作数,直接输出,并输出一个空格作为两个操作数的分隔符;
    • 若遇到运算符,则与栈顶比较,比栈顶级别高则进栈,否则退出栈顶元素并输出,然后输出一个空格作分隔符;
    • 若遇到左括号,进栈;若遇到右括号,则一直退栈输出,直到退到左括号止。
    • 当栈变成空时,输出的结果即为后缀表达式。
  • 后缀表达式求值伪代码如下:

    • 设置一个操作数栈,开始栈为空;
    • 从左到右扫描后缀表达式,遇操作数,进栈;
    • 若遇运算符,则从栈中退出两个元素,先退出的放到运算符的右边,后退出的放到运算符左边,运算后的结果再进栈,直到后缀表达式扫描完毕。
    • 重复以上步骤,直至后缀表达式结束,栈中最后一个数字就是所求表达式的值。

实验代码

MyBC.java

import java.util.*;

public class MyBC {
    private Stack stack;
    private List list;

    private String message, Message = "";

    public MyBC() {
        stack = new Stack();//用来暂时存放运算符的栈
        list = new ArrayList();//用来暂时存放操作数及运算符的列表
    }

    public void conversion(String expr) {   //中缀转后缀
        String token;
        StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(expr);

        while (tokenizer.hasMoreTokens()) {
            //当tokenizer有下一个值时,进行循环,并把值赋给token
            token = tokenizer.nextToken();

            if (token.equals("(")) {
                //如果是左括号,入栈
                stack.push(token);
            } else if (token.equals("+") || token.equals("-")) {
                //如果是“+”或“-”,继续判断栈是否为空
                if (!stack.empty()) {
                    //如果栈非空,判断栈顶元素是什么
                    if (stack.peek().equals("(")) {
                        //如果栈顶为“(”,运算符入栈
                        stack.push(token);
                    } else {
                        //否则先把栈顶元素移除,加到列表中,再将运算符入栈
                        list.add(stack.pop());
                        stack.push(token);
                    }
                } else {
                    //若栈为空,运算符入栈
                    stack.push(token);
                }
            } else if (token.equals("*") || token.equals("÷")) {
                //如果是“*”或“÷”,继续判断栈是否为空
                if (!stack.empty()) {
                    //如果栈非空,判断栈顶元素是什么
                    if (stack.peek().equals("*") || stack.peek().equals("÷")) {
                        //如果栈顶为“*”或“÷”,先把栈顶元素移除,加到列表中,再将运算符入栈
                        list.add(stack.pop());
                        stack.push(token);
                    } else {
                        //如果栈顶为其他,运算符直接入栈
                        stack.push(token);
                    }
                } else {
                    //如果栈为空,运算符直接入栈
                    stack.push(token);
                }
            } else if (token.equals(")")) {
                //如果遇到“)”,开始循环
                while (true) {
                    //先把栈顶元素移除并赋给A
                    String A = stack.pop();
                    if (!A.equals("(")) {
                        //如果A不为“(”,则加到列表
                        list.add(A);
                    } else {
                        //如果A为“(”,退出循环
                        break;
                    }
                }
            } else {
                //如果为操作数,进入列表
                list.add(token);
            }
        }
        while (!stack.empty()) {
            //将栈中元素取出,加到列表中,直到栈为空
            list.add(stack.pop());
        }
        ListIterator li = list.listIterator();//返回此列表元素的列表迭代器(按适当顺序)。
        while (li.hasNext()) {
            //将迭代器中的元素依次取出,并加上空格作为分隔符
            Message += li.next() + " ";
            li.remove();
        }
        message = Message;
    }

    public String getMessage() {
        return message;
    }
}

MyDC.java

import java.util.*;

public class MyDC {
    private final char ADD = '+';
    private final char SUBTRACT = '-';
    private final char MUTIPLY = '*';
    private final char DIVIDE = '/';
    private Stack stack;
    public MyDC(){
        stack = new Stack();
    }
    public int evaluate(String expr){
        int op1,op2,result = 0;
        String token;
        StringTokenizer tokenizer = new StringTokenizer(expr);
        while(tokenizer.hasMoreTokens()){
            token = tokenizer.nextToken();
            if(isOperator(token)){
                op2 = (stack.pop().intValue());
                op1 = (stack.pop().intValue());
                result = evalSingleOp(token.charAt(0),op1,op2);
                stack.push(new Integer(result));
            }
            else {
                stack.push(new Integer((Integer.parseInt(token))));
            }
        }
        return result;
    }
    private boolean isOperator(String token){
        return (token.equals("+")||token.equals("-")||token.equals("*")||token.equals("/"));
    }
    private int evalSingleOp(char operation,int op1,int op2) {
        int result = 0;
        switch (operation){
            case ADD:
                result = op1+op2;
                break;
            case SUBTRACT:
                result = op1-op2;
                break;
            case MUTIPLY:
                result = op1*op2;
                break;
            case DIVIDE:
                result = op1/op2;
        }
        return result;
    }
}

测试代码
Calculator.java

import java.util.*;
public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        String expression;
        int result;
        MyBC nts = new MyBC();
        MyDC value = new MyDC();
        System.out.println("Please input a nifix expression");
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        expression = in.nextLine();
        nts.conversion(expression);
        System.out.println("The postfix expression is :"+nts.getMessage());
        result = value.evaluate(nts.getMessage());
        System.out.println("The result is :"+result);
    }
}

运行结果截图

2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第1张图片
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第2张图片

任务二

实验要求

  • 1.一人负责客户端,一人负责服务器
  • 2.注意责任归宿,要会通过测试证明自己没有问题
  • 3.基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  • 4.客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式通过网络发送给服务器
  • 5.服务器接收到后缀表达式,调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  • 6.客户端显示服务器发送过来的结果

实验原理

『java.net.Socket』:

  • 套接字是一个网络连接的端点。在java中,使用java.net.Socket对象来表示一个套接字。
  • 要创建一个套接字,可以使用Socket的构造方法,如:public Socket(java.lang.String host, int port)。其中,host是远程机器名或IP地址,port是远程应用程序的端口号。
  • 一旦成功创建了Socket类的一个实例,就可以使用它发送或接收字节流。要发送字节流,必须先调用Socket类的getOutputStream方法来获取一个java.io.OutputStream对象。要向远程应用程序发送文本,通常要从返回的OutputStream对象构建一个java.io.PrintWriter对象。要接收来自连接的另一端的字节流,可以调用Socket类的getInputStream方法,它返回一个java.io.InputStream。
    『java.net.ServerSocket』:

  • ServerSocket是服务器套接字的一个实现。ServerSocket和Socket不同,服务器套接字的角色是,等待来自客户端的连接请求。一旦服务器套接字获得了一个连接请求,它就会创建一个Socket实例,以处理和客户端的通信。

实验代码

调用任务一中的MyBC.java和MyDC.java,将中缀表达式转后缀表达式,并对后缀表达式求值。

查看自己电脑的IP地址:
Address.java

import java.net.*;

public class Address {

    public static void main(String[] args) throws UnknownHostException {

        InetAddress net = InetAddress.getLocalHost();

        System.out.println(net.toString());

    }

}

客户端

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Client2 {
    public static void main(String args[]) {
        System.out.println("客户端启动...");
        //while (true) {
        Socket mysocket;
        DataInputStream in = null;
        DataOutputStream out = null;
        try {
            mysocket = new Socket("192.168.232.1", 2010);
            in = new DataInputStream(mysocket.getInputStream());
            out = new DataOutputStream(mysocket.getOutputStream());
            System.out.println("请输入:");
            String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
            MyBC turner = new MyBC();
            turner.conversion(str);
            String str1 = turner.getMessage();
            out.writeUTF(str1);
            String s = in.readUTF();   //in读取信息,堵塞状态
            System.out.println("客户收到服务器的回答:" + s);
            Thread.sleep(500);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("服务器已断开" + e);
        }
        //}
    }
}

服务器

import java.io.*;
import java.net.*;

public class Server2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        int answer;
        //while (true) {
        ServerSocket serverForClient = null;
        Socket socketOnServer = null;
        DataOutputStream out = null;
        DataInputStream in = null;
        try {
            serverForClient = new ServerSocket(2010);
        } catch (IOException e1) {
            System.out.println(e1);
        }
        try {
            System.out.println("等待客户呼叫");
            socketOnServer = serverForClient.accept(); //堵塞状态,除非有客户呼叫
            out = new DataOutputStream(socketOnServer.getOutputStream());
            in = new DataInputStream(socketOnServer.getInputStream());
            String s = in.readUTF(); // in读取信息,堵塞状态
            System.out.println("服务器收到客户的提问:" + s);
            MyDC myDC = new MyDC();
            answer = myDC.evaluate(s);
            out.writeUTF(answer + "");
            Thread.sleep(500);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("客户已断开" + e);
        }
        //}
    }
}

实验截图
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第3张图片
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第4张图片

任务三
实验要求

  • 1.一人负责客户端,一人负责服务器
  • 2.注意责任归宿,要会通过测试证明自己没有问题
  • 3.基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  • 4.客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
  • 5.服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密(和客户端协商密钥,可以用数组保存),然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  • 6.客户端显示服务器发送过来的结果

实验原理

  • 实现DES加密主要有以下几个步骤:
  • 对称密钥的生成和保存;
  • 使用对称密钥进行加密和解密;
  • 从文件中获取加密时使用的密钥,使用密钥进行解密。

实验代码

客户端

import javax.crypto.Cipher;
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.security.Key;
import java.util.Scanner;

public class Client3 {
    public static void main(String args[]) {
        Socket mysocket;
        MyBC mybc = new MyBC();
        DataInputStream in = null;
        DataOutputStream out = null;
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String str;
        try {
            mysocket = new Socket("192.168.232.1", 5318);
            in = new DataInputStream(mysocket.getInputStream());
            out = new DataOutputStream(mysocket.getOutputStream());
            System.out.println("客户端启动...");
            FileInputStream f = new FileInputStream("key1.dat");
            ObjectInputStream b = new ObjectInputStream(f);
            Key key = (Key) b.readObject();
            Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");
            cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
            System.out.println("请输入中缀表达式:");
            str = scanner.nextLine();
            mybc.conversion(str);
            String str1 = mybc.getMessage();
            byte ptext[] = str1.getBytes("UTF-8");
            byte ctext[] = cp.doFinal(ptext);
            System.out.println("被加密的后缀表达式:");
            for (int i = 0; i < ctext.length; i++) {
                System.out.print(ctext[i] + ",");
            }
            System.out.println("");
            out.writeUTF(ctext.length + "");
            for (int i = 0; i < ctext.length; i++) {
                out.writeUTF(ctext[i] + "");
                //System.out.print();
            }
            String s = in.readUTF();   //in读取信息,堵塞状态
            System.out.println("客户收到服务器的回应:" + s);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("服务器已断开" + e);
        }
    }
}

服务器

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

public class Server3 {
    public static void main(String args[]) {
        MyDC mydc = new MyDC();
        ServerSocket serverForClient = null;
        Socket socketOnServer = null;
        DataOutputStream out = null;
        DataInputStream in = null;
        try {
            serverForClient = new ServerSocket(5318);
        } catch (IOException e1) {
            System.out.println(e1);
        }
        try {
            System.out.println("等待客户呼叫");
            socketOnServer = serverForClient.accept(); //堵塞状态,除非有客户呼叫
            System.out.println("客户已连接");
            out = new DataOutputStream(socketOnServer.getOutputStream());
            in = new DataInputStream(socketOnServer.getInputStream());
            String leng = in.readUTF(); // in读取信息,堵塞状态
            byte ctext[] = new byte[Integer.parseInt(leng)];
            for (int i = 0;i

实验截图
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第5张图片
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第6张图片
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第7张图片

任务四

实验要求

  • 1.一人负责客户端,一人负责服务器
  • 2.注意责任归宿,要会通过测试证明自己没有问题
  • 3.基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  • 4.客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器
  • 5.客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
  • 6.服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密,然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  • 7.客户端显示服务器发送过来的结果

实验原理

  • 执行密钥协定的标准算法是DH算法(Diffie-Hellman算法),分为以下两步:
  • 创建DH公钥和私钥;
  • 创建共享密钥。

实验代码

客户端

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.security.Key;
import java.util.Optional;
import java.util.Scanner;

public class Client4 {
    public static void main(String args[]) {
        MyBC mybc = new MyBC();
        Socket mysocket;
        DataInputStream in = null;
        DataOutputStream out = null;
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String str;
        try {
            mysocket = new Socket("192.168.232.1", 5318);
            System.out.println("客户端启动...");
            in = new DataInputStream(mysocket.getInputStream());
            out = new DataOutputStream(mysocket.getOutputStream());
            System.out.println("请输入中缀表达式:");
            str = scanner.nextLine();

            Key_DH.DH("Cpub.dat","Cpri.dat");
            FileInputStream fp = new FileInputStream("Cpub.dat");
            ObjectInputStream bp = new ObjectInputStream(fp);
            Key kp = (Key) bp.readObject();
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
            oos.writeObject(kp);
            byte[] kb = baos.toByteArray();
            out.writeUTF(kb.length + "");
            for (int i = 0; i < kb.length; i++) {
                out.writeUTF(kb[i] + "");
            }
            Thread.sleep(1000);
            int len = Integer.parseInt(in.readUTF());
            byte np[] = new byte[len];
            for (int i = 0;i

服务器

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.security.Key;

public class Server4 {
    public static void main(String args[]) {
        MyDC mydc = new MyDC();
        ServerSocket serverForClient = null;
        Socket socketOnServer = null;
        DataOutputStream out = null;
        DataInputStream in = null;
        try {
            serverForClient = new ServerSocket(5318);
        } catch (IOException e1) {
            System.out.println(e1);
        }
        try {
            System.out.println("等待客户呼叫");
            socketOnServer = serverForClient.accept(); //堵塞状态,除非有客户呼叫
            System.out.println("客户已连接");
            out = new DataOutputStream(socketOnServer.getOutputStream());
            in = new DataInputStream(socketOnServer.getInputStream());

            Key_DH.DH("Spub.dat","Spri.dat");
            int len = Integer.parseInt(in.readUTF());
            byte np[] = new byte[len];
            for (int i = 0;i

实验截图
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第8张图片
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第9张图片
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第10张图片

任务五

实验要求

  • 1.一人负责客户端,一人负责服务器
  • 2.注意责任归宿,要会通过测试证明自己没有问题
  • 3.基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  • 4.客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器
  • 5.客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
  • 6.服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密,解密后计算明文的MD5值,和客户端传来的MD5进行比较,一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  • 7.客户端显示服务器发送过来的结果
    实验原理
  • 可以使用Java计算指定字符串的消息摘要。java.security包中的MessageDigest类提供了计算消息摘要的方法,首先生成对象,执行其update()方法可以将原始数据传递给该对象,然后执行其digest( )方法即可得到消息摘要。
    实验代码

客户端

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.*;
import java.net.Socket;
import java.security.Key;
import java.util.Scanner;

public class Client5 {
    public static void main(String args[]) {
        MyBC mybc = new MyBC();
        Socket mysocket;
        DataInputStream in = null;
        DataOutputStream out = null;
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String str;
        try {
            mysocket = new Socket("192.168.232.1", 5318);
            System.out.println("客户端启动...");
            in = new DataInputStream(mysocket.getInputStream());
            out = new DataOutputStream(mysocket.getOutputStream());
            System.out.println("请输入中缀表达式:");
            str = scanner.nextLine();

            Key_DH.DH("Cpub.dat","Cpri.dat");
            FileInputStream fp = new FileInputStream("Cpub.dat");
            ObjectInputStream bp = new ObjectInputStream(fp);
            Key kp = (Key) bp.readObject();
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
            oos.writeObject(kp);
            byte[] kb = baos.toByteArray();
            out.writeUTF(kb.length + "");
            for (int i = 0; i < kb.length; i++) {
                out.writeUTF(kb[i] + "");
            }
            Thread.sleep(500);
            int len = Integer.parseInt(in.readUTF());
            byte np[] = new byte[len];
            for (int i = 0;i

服务器

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.security.Key;

public class Server5 {
    public static void main(String args[]) {
        MyDC mydc = new MyDC();
        ServerSocket serverForClient = null;
        Socket socketOnServer = null;
        DataOutputStream out = null;
        DataInputStream in = null;
        try {
            serverForClient = new ServerSocket(5318);
        } catch (IOException e1) {
            System.out.println(e1);
        }
        try {
            System.out.println("等待客户呼叫");
            socketOnServer = serverForClient.accept(); //堵塞状态,除非有客户呼叫
            System.out.println("客户已连接");
            out = new DataOutputStream(socketOnServer.getOutputStream());
            in = new DataInputStream(socketOnServer.getInputStream());

            Key_DH.DH("Spub.dat","Spri.dat");
            int len = Integer.parseInt(in.readUTF());
            byte np[] = new byte[len];
            for (int i = 0;i

实验截图
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第11张图片
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第12张图片
2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告_第13张图片

实验体会
此次实验的内容主要是是网络编程,同时结合密码学算法。在这次实验之前,虽然有学过Java网络编程理论内容,但真正自己动手编程时,发现并不太理解如何实现客户端和服务器,在和结对伙伴一起复习网络编程和密码学算法相关内容后,我们参考书上代码和Java 密码学算法,最终完成了实验,在这个过程中,我们复习了相关知识,也学到了很多信息安全的内容。

代码托管
码云链接

参考资料
Java 密码学算法
2016-2017-2 《Java 程序设计》课堂实践项目

你可能感兴趣的:(2018-2019-2 20175318 实验五《网络编程与安全》实验报告)