2017-2018-1 20155338 信息安全系统设计基础》实验五 通信协议设计

2017-2018-1 20155338 信息安全系统设计基础》实验五 通信协议设计

实验要求：

任务一：Linux下OpenSSL的安装与使用

在Ubuntu中完成（http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5087623.html)中的作业

两人一组：

1、基于Socket实现TCP通信，一人实现服务器，一人实现客户端

2、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

3、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。

4、学有余力者，对系统进行安全性分析和改进。

1、完成过程：

1、通过老师提供的链接进行下载Linux下OpenSSL的安装与使用，并安装



2、安装成功后用命令行解压



3、解压源代码：tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz

4、进入源代码目录：cd openssl-1.1.0-pre1



5、使用下列命令编译安装：

./config
make
make test
make install

6、完成上述步骤，openssl-1.1.0就安装好了。

编写一个测试代码test_openssl.c：

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

int main(){

OpenSSL_add_all_algorithms();

return 0;
}

然后进行编译并运行：

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

echo $?

“-L”之后指定的是链接库的路径，由于要导入OpenSSL所以使用-lcrypto参数

运行结果如下：



return 0了则说明安装成功。

2、基于Socket实现TCP通信

socket的基本操作:

socket()函数、bind()函数、listen()、connect()函数、accept()函数、read()、write()函数等。

bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。

运行截图如下：

3、通过openssl测试密码算法（上传到蓝墨云上的作业中图片可能不是很清晰，但放的也是原图，不知是什么原因，这里放上清晰的）

这里我选择了非对称密码算法的RSA，Hash算法中的MD5。

测试RSA：

创建一个文本文件，里面输入123456：**openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass file:passwd.txt**

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 rsa_private_key.pem -pubou -out rsa_private_key.pem

用公钥匙rsa_private_key.pem加密文件readme.txt，输出到文件hello.en:openssl rsautl -encrypt -in readme.txt -inkey rsa_private_key.pem -pubin -out hello.en

使用私钥匙rsa_private_key.pem解密密文hello.en输出到文件hello.de: openssl rsautl -decrypt -in hello.en -inkey rsa_private_key.pem -pubin -out hello. de

结果如下：



测试md5：

echo "plain.txt" | openssl dgst -md5

结果如下：

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



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);
void SSl_free(SSL *ssl);
void SSL_CTX_free(SSL_CTX *ctx);

运行截图：

参考资料：

openssl证书生产过程

Linux 中的 Openssl命令及实例代码

OpenSSL程序编写步骤