实验五 网络编程与混合密码系统设计

一、实验内容：

在Java Socket编程的基础下，对双方通信内容进行加密保护。考虑到兑成加密密钥分发的安全性，选择DES进行明文加密，RSA加密DES密钥，最后通过Hash函数验证数据完整性，确保加密传输中数据不被篡改。

混合密码系统设计如下：

二、前期准备

1.了解Java Security包下面的DES、RSA、Hash类的调用方法，熟悉DES、RSA加解密原理。

参考http://www.cnblogs.com/happyfans/p/4374919.html

2.学习熟悉Socket编程，了解输入输出接口，端口地址设置。

参考http://www.cnblogs.com/linzheng/archive/2011/01/23/1942328.html

## 三、代码如下

// file name：ComputeTCPServer.java
import java.net.*;
import java.io.*;
import java.security.*;
import java.security.spec.*;

import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import javax.crypto.interfaces.*;

import java.security.interfaces.*;
import java.math.*;

public class ComputeTCPServer {
public static void main(String srgs[]) {
ServerSocket sc = null;
Socket socket = null;
try {
sc = new ServerSocket(4421);// 创建服务器套接字
System.out.println("端口号:" + sc.getLocalPort());
System.out.println("服务器已经启动...");
socket = sc.accept(); // 等待客户端连接
System.out.println("已经建立连接");
// 获得网络输入流对象的引用
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(
socket.getInputStream()));
// //获得网络输出流对象的引用
PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(
new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);

// 使用服务器端RSA的私钥对DES的密钥进行解密

String line = in.readLine(); // 读取客户端传送来的数据

BigInteger cipher = new BigInteger(line);

FileInputStream f = new FileInputStream("Skey_RSA_priv.dat");

ObjectInputStream b = new ObjectInputStream(f);

RSAPrivateKey prk = (RSAPrivateKey) b.readObject();

BigInteger d = prk.getPrivateExponent();

BigInteger n = prk.getModulus();// mod n

BigInteger m = cipher.modPow(d, n);// m=d (mod n)

System.out.println("d= " + d);

System.out.println("n= " + n);

System.out.println("m= " + m);

byte[] keykb = m.toByteArray();

// 使用DES对密文进行解密

String readline = in.readLine();// 读取客户端传送来的数据

FileInputStream f2 = new FileInputStream("keykb1.dat");

int num2 = f2.available();

byte[] ctext = parseHexStr2Byte(readline);

Key k = new SecretKeySpec(keykb, "DESede");

Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");

cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);

byte[] ptext = cp.doFinal(ctext);

String t = new String(ctext, "UTF8");// 编码转换
String p = new String(ptext, "UTF8");// 编码转换
System.out.println("从客户端接收到密文信息为：" + t); // 打印解密结果
System.out.println("从客户端接收到信息为：" + p); // 打印解密结果

// 使用Hash函数检测明文完整性

String aline3 = in.readLine();

String x = p;

MessageDigest m2 = MessageDigest.getInstance("MD5");// 使用MD5算法返回实现指定摘要算法的
// MessageDigest对象

m2.update(x.getBytes());

byte a[] = m2.digest();

String result = "";

for (int i = 0; i < a.length; i++) {

result += Integer.toHexString((0x000000ff & a[i]) | 0xffffff00)
.substring(6);

}

System.out.println(result);

if (aline3.equals(result)) {

System.out.println("匹配成功");

}

out.println("匹配成功");

out.close();

in.close();

ServerSocket link = null;
link.close();

} catch (Exception e) {

System.out.println(e);

}
}

public static String parseByte2HexStr(byte buf[]) {

StringBuffer sb = new StringBuffer();

for (int i = 0; i < buf.length; i++) {

String hex = Integer.toHexString(buf[i] & 0xFF);

if (hex.length() == 1) {

hex = '0' + hex;

}

sb.append(hex.toUpperCase());// 将字符串中的小写字母转换成大写字母,然后加在字符串上

}

return sb.toString();

}

// 将十六进制转换为二进制

public static byte[] parseHexStr2Byte(String hexStr) {

if (hexStr.length() < 1)

return null;

byte[] result = new byte[hexStr.length() / 2];

for (int i = 0; i < hexStr.length() / 2; i++) {

int high = Integer.parseInt(hexStr.substring(i * 2, i * 2 + 1), 16);

int low = Integer.parseInt(hexStr.substring(i * 2 + 1, i * 2 + 2),
16);

result[i] = (byte) (high * 16 + low);

}

return result;

}
}

ComputeTCPClient

// file name：ComputeTCPClient.java
import java.net.*;
import java.io.*;
import java.security.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import java.security.spec.*;
import javax.crypto.interfaces.*;
import java.security.interfaces.*;
import java.math.*;

public class ComputeTCPClient {
public static void main(String srgs[]) {
try {
KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("DESede");
kg.init(168);
SecretKey k = kg.generateKey();
byte[] ptext2 = k.getEncoded();
//创建连接特定服务器的指定端口的Socket对象
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4421);
//获得从服务器端来的网络输入流
BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
//获得从客户端向服务器端输出数据的网络输出流
PrintWriter out=new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())),true);
//创建键盘输入流，以便客户端从键盘上输入信息
BufferedReader stdin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

//RSA算法，使用服务器端的公钥对DES的密钥进行加密
FileInputStream f3 = new FileInputStream("Skey_RSA_pub.dat");
ObjectInputStream b2 = new ObjectInputStream(f3);
RSAPublicKey pbk = (RSAPublicKey) b2.readObject();
BigInteger e = pbk.getPublicExponent();
BigInteger n = pbk.getModulus();
BigInteger m = new BigInteger(ptext2);
BigInteger c = m.modPow(e, n);
String cs = c.toString();
out.println(cs); // 通过网络将加密后的秘钥传送到服务器

//用DES加密明文得到密文
System.out.print("请输入待发送的数据：");
String s = stdin.readLine(); // 从键盘读入待发送的数据
Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");
cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
byte ptext[] = s.getBytes("UTF8");
byte ctext[] = cp.doFinal(ptext);
String str = parseByte2HexStr(ctext);
out.println(str); // 通过网络将密文传送到服务器

// 将客户端明文的Hash值传送给服务器
String x = s;
MessageDigest m2 = MessageDigest.getInstance("MD5");
m2.update(x.getBytes());
byte a[] = m2.digest();
String result = "";
for (int i = 0; i < a.length; i++)
{
result += Integer.toHexString((0x000000ff & a[i]) | 0xffffff00).substring(6);
}
System.out.println(result);
out.println(result);//通过网络将明文的Hash函数值传送到服务器

str = in.readLine();// 从网络输入流读取结果
System.out.println("从服务器接收到的结果为：" + str); // 输出服务器返回的结果
}
catch (Exception e) {
System.out.println(e);
}
finally{
//stdin.close();
//in.close();
//out.close();
//socket.close();
}
}
public static String parseByte2HexStr(byte buf[])
{
StringBuffer sb = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < buf.length; i++)
{
String hex = Integer.toHexString(buf[i] & 0xFF);
if (hex.length() == 1)
{
hex = '0' + hex;
}
sb.append(hex.toUpperCase());
}
return sb.toString();
}

public static byte[] parseHexStr2Byte(String hexStr)
{
if (hexStr.length() < 1)
return null;
byte[] result = new byte[hexStr.length() / 2];
for (int i = 0; i < hexStr.length() / 2; i++)
{
int high = Integer.parseInt(hexStr.substring(i * 2, i * 2 + 1), 16);
int low = Integer.parseInt(hexStr.substring(i * 2 + 1, i * 2 + 2),
16);
result[i] = (byte) (high * 16 + low);
}
return result;
}
}

四、实验情况

1、本机同时设置服务端和客户端，服务端地址为127.0.0.1，端口号设置为4421，如图所示：



2、不同机器分别设置服务端和客户端

还在调试中，出现java.net.ConnectException: Connection timed out: connect错误

五、总结

情况一：在本机测试中，出现了以下几个问题：
1、非法字符: \65279 ：（cmd运行）
第一种：javac -encoding UTF-8*.java
第二种：利用UE、Editplus等文本编辑器重新保存文件为不带BOM的UTF-8格式
2、java.net.ConnectException: Connection refused: connect
在powercmd中重启就可以运行，但是在Eclipse还没找到解决方法
3、在Eclipse同时启动Server和Client，连接成功后输入传输数据再运行Server会出现java.net.BindException: Address already in use: JVM_Bind
在eclipse不知道要如何解决，所以利用powercmd建立了两个命令框，可以成功运行

情况二：在不同机器建立服务端和客户端出现java.net.ConnectException: Connection timed out: connect

连接不成功，但是ping命令可以ping到服务端IP，还在调试中