20145208 实验五 Java网络编程

实验内容

1.用书上的TCP代码,实现服务器与客户端。

2.客户端与服务器连接

3.客户端中输入明文,利用DES算法加密,DES的秘钥用RSA公钥密码中服务器的公钥加密,计算明文的Hash函数值,一起传送给客户端

4.客户端用RSA公钥密码中服务器的私钥解密DES的,秘钥,用秘钥对密文进行解密,得出明文。计算求得明文的Hash函数值,检查是否与传送过来的一致,如果一直,则表示匹配成功。

实验步骤

结对实验

  • 我和20145215卢肖明组队进行实验
  • 由我负责服务器的部分,卢肖明负责客户端部分。

了解JAVA网络编程的基础知识

IP和端口

  • 通过老师给的链接JAVA网络编程中可以了解到对于网络编程来说,最主要的是计算机和计算机之间的通信,这样首要的问题就是如何找到网络上的计算机呢?这就需要了解IP地址的概念。
  • 寻找本机的IP地址也就是IPv4的地址可以通过命令行的ipconfig命令来查找,如图:

  • 因为我连接的是校网,所以我的DNS后缀是besti.edu.cn
  • 有了IP地址计算机就可以找到对方,但是一个计算机设有多个端口来运行多个网络程序,每个网络程序占用不同的端口,所以就算找到了,要想连接起来,还需要知道端口,且服务器和客户端 的端口必须要统一。
  • 有了IP地址和端口的概念以后,在进行网络通讯交换时,就可以通过IP地址查找到该台计算机,然后通过端口标识这台计算机上的一个唯一的程序。这样就可以进行网络数据的交换了。

网络编程步骤

客户端网络编程步骤
  • 首先指定连接到的服务器的IP地址和端口号来建立网络连接
  • 连接建立以后,就可以通过这个连接交换数据了。交换数据严格按照请求响应模型进行,由客户端发送一个请求数据到服务器,服务器反馈一个响应数据给客户端,如果客户端不发送请求则服务器端就不响应。
  • 本次实验要求要对数据进行加密操作:
    • 先获得DES的密钥
    • 然后使用RSA算法,使用服务器端的公钥对DES的密钥进行加密
    • 再用DES加密明文得到密文
  • 得到了明文就可以将客户端明文的Hash值传送给服务器,然后会收到来自服务器的返回数据
  • 数据交换完毕后关闭连接
服务器端网络编程步骤
  • 服务器属于被动等待连接,所以首先要进行监听端口,等待客户端进行连接。

  • 在客户端连接之后,服务器就获得一个与客户端之间的连接,二者就可以通过这个连接进行数据交换了。

  • 服务器接收到客户端传来的数据之后要进行处理,针对本次实验来说,客户端传来的数据是加密过的,所以服务器需要进行解密的操作:

    • 首先要使用服务器端RSA的私钥对DES的密钥进行解密
    • 再将十六进制数据转换成十进制
    • 之后用解密得到的DES密钥对DES进行解密
    • 然后使用解密得到的DES对十进制进制密文数据进行解密
    • 最后将得到的十进制明文用“UTF-8”转码成明文字符
  • 解密之后得到明文之后还需要验证数据完整性,在这里使用Hash函数来检测。

  • 检测成功之后再向客户端返回数据表示匹配成功或者失败

  • 最后关闭连接。

服务器代码
package DO5;
/**
* Created by Cai Ye on 2016/5/5.
*/
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[]) throws Exception
{
ServerSocket sc = null;
Socket socket=null;
try
{
sc= new ServerSocket(10001);//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 aline2=in.readLine();
BigInteger c=new BigInteger(aline2);
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();
BigInteger m=c.modPow(d,n);
byte[] keykb=m.toByteArray();
//使用DES对密文进行解密
String aline=in.readLine();//读取客户端传送来的数据
byte[] ctext=parseHexStr2Byte(aline);
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");
System.out.println("从客户端接收到信息为:"+p); //通过网络输出流返回结果给客户端
//使用Hash函数检测明文完整性
String aline3=in.readLine();
String x=p;
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);
if(aline3.equals(result))
{
System.out.println("匹配成功");
}
out.println("匹配成功");
out.close();
in.close();
sc.close();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e);
}
}
//十六进制和十进制转换
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;
}
}

实验结果

实验中遇到的问题

问题一

  • 在客户端进行连接的时候可能会出现端口被占用的情况,只需要服务器和客户端都将端口改成一个空闲端口就可以了
  • 如果已经安装了XAMPP,就可以快捷的发现被占用端口和找到空闲的端口了

问题二

  • 在实验中我们有时候会遇到连接超时的情况,出现这种情况的原因有很多,可以通过换网络、共用一个热点或者使用服务器所在主机的WiFi等等方法来解决,但是我觉得这些都不是最有效的方法,最有效的方法我们还在研究

问题三

  • 连接成功之后可能会出现如下错误:

  • 这是因为我们调用了RSA算法,但是没有将对应文件放入,只要将Skey_RSA_pub.datSkey_RSA_priv.dat两个文件放在和src同级目录下就可以了。

时间分配

步骤 耗时 百分比
基础学习 30min 30%
代码理解 30min 30%
代码设计 15min 15%
测试 15min 15%
分析总结 10min 10%

实验感想

  • 本次实验是我第一次切身接触到服务器与客户端的设计和使用,让我初步了解到了JAVA网络编程的基础知识,并且通过做中学的方式学习到了很多,老师给的代码条理很清晰,只要将每一个变量的意义看懂了,代码的整个思路和框架也就明了了,还需要通过API的使用来理解许多新出现的语法结构,来理解代码的原理和内容,最后我还用DEBUG的方法来对每一个变量的值和变量的变化进行理解,DEBUG最好的一点就是可以通过一步一步的执行,很清晰的看到整个代码的运行过程,更加有助于理解代码。
  • 本次实验最大的收获就是体会到了DEBUG的好处,DEBUG可以很好的帮助我理解一个陌生的代码,他用最笨的办法一步一步的告诉你这个代码每一步的作用。

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