20145320《Java程式設計》第五次實驗報告

20145320周岐浩發表於2016-05-08
Java程式設計

20145320《Java程式設計》第五次實驗報告

北京電子科技學院（BESTI）實驗報告

課程：Java程式設計

班級：1453

指導教師：婁嘉鵬

實驗日期：2016.05.06 18:30-21:30

實驗名稱：實驗五 Java網路程式設計

實驗內容

  • 1.用書上的TCP程式碼，實現伺服器與客戶端。

  • 2.客戶端與伺服器連線

  • 3.客戶端中輸入明文，利用DES演算法加密，DES的祕鑰用RSA公鑰密碼中伺服器的公鑰加密，計算明文的Hash函式值，一起傳送給客戶端

  • 4.客戶端用RSA公鑰密碼中伺服器的私鑰解密DES的，祕鑰，用祕鑰對密文進行解密，得出明文。計算求得明文的Hash函式值，檢查是否與傳送過來的一致，如果一直，則表示匹配成功。

    實驗步驟

  • 1.思路

混合金鑰系統：

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資訊(明文)採用DES金鑰加密,使用RSA加密前面的DES金鑰資訊,最終將混合資訊進行傳遞。同時用hash函式將明文進行用作驗證。

而接收方接收到資訊後，用RSA解密DES金鑰資訊，再用RSA解密獲取到的金鑰資訊解密密文資訊，最終就可以得到我們要的資訊(明文)。用hash函式對解出的明文進行驗證，與傳送過來的hash值相等，驗證通過。

  • 2.使用書上的客戶端和伺服器程式碼與老師給的程式碼組合，實現上述功能。

　　首先建立一個Socket物件，用來連線特定伺服器的指定埠，輸入的引數是ip地址和埠，注意ip地址是伺服器的ip地址，即執行伺服器的那臺主機的ip地址。

　　怎麼檢視主機的ip地址呢？在命令列中輸入ipconfig即可。如下圖所示：

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輸入“netstat -na”就能看到當前的埠號的佔用情況。
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客戶端：

用BufferedReader物件獲得從伺服器傳來的網路輸入流，用PrintWriter物件獲得從客戶端向伺服器輸出資料的網路輸出流，用BufferedReader物件建立鍵盤輸入流，以便客戶端從鍵盤上輸入資訊。以上根據TCP的客戶端程式碼編寫。

　　下一步是先用RSA演算法加密DES的祕鑰，加密採用伺服器的公鑰。將加密後的祕鑰傳送給伺服器。

　　然後用DES演算法加密明文，將密文傳到伺服器。

　　然後計算明文的Hash函式值，傳送給伺服器。

　　以上用到的加密演算法、祕鑰、Hash函式計算過程均利用的老師提供的程式碼。

　　最後從網路輸入流讀取結果，把從服務端返回的結果輸出出來。

　　在丟擲異常部分，因為繼承的是Exception類，所以直接輸出丟擲的異常。

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 TCP_Client 
{
public static void main(String srgs[]) throws Exception 
{
    try 
    {
        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("DESede");
        kg.init(168);
        SecretKey k = kg.generateKey();
        byte[] ptext2 = k.getEncoded();

        // 建立連線特定伺服器的指定埠的Socket物件
        Socket socket = new Socket("10.43.39.110", 8080);//這裡輸入的是伺服器的ip地址和埠號，埠號要注意和伺服器保持一致。
        
        // 獲得從伺服器端來的網路輸入流
        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
        
        // 獲得從客戶端向伺服器端輸出資料的網路輸出流
        PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
        
        // 建立鍵盤輸入流，以便客戶端從鍵盤上輸入資訊
        BufferedReader stdin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

        //RSA演算法，使用伺服器端的公鑰對DES的金鑰進行加密
        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); // 通過網路將加密後的祕鑰傳送到伺服器

        //用DES加密明文得到密文
        System.out.print("請輸入待傳送的資料：");
        String s = stdin.readLine(); // 從鍵盤讀入待傳送的資料
        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); // 通過網路將密文傳送到伺服器

        // 將客戶端明文的Hash值傳送給伺服器
        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);//通過網路將明文的Hash函式值傳送到伺服器

        str = in.readLine();// 從網路輸入流讀取結果
        System.out.println("從伺服器接收到的結果為：" + str); // 輸出伺服器返回的結果
    } 
    catch (Exception e) 
    {
        System.out.println(e);//輸出異常
    } 
    finally 
    {

    }

}

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;
}
}

伺服器程式碼：

package week10;
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 Server {
public static void main(String args[]) throws Exception {
   ServerSocket link = null;
   Socket socket = null;
   try {
       link = new ServerSocket(8080);// 建立伺服器套接字
       System.out.println("埠號:" + link.getLocalPort());
       System.out.println("伺服器已經啟動...");
       socket = link.accept(); // 等待客戶端連線
       System.out.println("已經建立連線");
       //獲得網路輸入流物件的引用
       BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
       //獲得網路輸出流物件的引用
       PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
       // 使用伺服器端RSA的私鑰對DES的金鑰進行解密
       String line = in.readLine();
       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對密文進行解密
       String readline = in.readLine();//讀取客戶端傳送來的資料
       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 p = new String(ptext, "UTF8");//編碼轉換
       System.out.println("從客戶端接收到資訊為：" + p); //列印解密結果

       // 使用Hash函式檢測明文完整性
       String aline3 = in.readLine();
       String x = p;
       MessageDigest m2 = MessageDigest.getInstance("MD5");//使用MD5演算法返回實現指定摘要演算法的 MessageDigest物件
       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();
       link.close();
   } catch (Exception e) {
       System.out.println(e);
   }
}

//二進位制轉換成十六進位制，防止byte[]數字轉換成string型別時造成的資料損失

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());//將字串中的小寫字母轉換成大寫字母,然後加在字串上
   }
   return sb.toString();
}
//將十六進位制轉換為二進位制
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;
}
}

連結成功，接收資訊解密資訊成功，匹配成功

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三、實驗中遇到的問題

    1. 兩臺電腦一直無法聯通

剛開始我們用的IP地址是從網路上搜ip出來的地址，然後顯示連線超時。之後用在命令列中用ipconfig檢視地址，找到自己的IPv4地址，但是換上之後還是顯示連線超時。

之後我們不連線在cmcc-edu中，而是一臺電腦連線網路然後放wifi給另一臺電腦使用，然後再次連線兩臺電腦，連通。

    1. 顯示連通了之後，客戶端向伺服器傳送訊息，但是顯示有異常。將埠換了一個變成埠8080之後，再次連線傳送訊息，成功。原因是這個剛剛那個埠被佔用了，要麼你重啟，要麼你換個埠。
  • 3.在這周所學的網路程式設計中的InetAddressDemo也可以得到本機的IP地址

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