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
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);
}
//}
}
}
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
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
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