20145215实验五 Java网络编程及安全

20145215实验五 Java网络编程及安全

实验内容

1. 掌握Socket程序的编写；
2. 掌握密码技术的使用；
3. 设计安全传输系统。

实验步骤

本次实验我的结对编程对象是20145208蔡野，我负责编写客户端代码的编写，他负责服务器代码的编写，以下是我实验进行的步骤：

1. 首先，我们要对计算机网络的一些基本概念有所了解，大家可以参考一下娄老师提供的Java网络编程，这里面对客户端及服务器有较详细的介绍，在此我就不一一赘述了。

2. 根据文章中所提到的客户端网络编程步骤可以知道，客户端的编程主要由三个步骤实现：建立网络连接、数据交换、关闭网络连接。首先我们要建立连接，在Java API中以java.net.Socket类的对象代表网络连接，所以建立客户端网络连接，也就是创建Socket类型的对象，因此，我先创建一个socket对象，Socket socket = new Socket("192.168.43.246", 10001);这里socket实现的是连接到IP地址为192.168.43.246的10001号端口(端口号任意指定)，需要特别说明的是，这里的IP地址指的是服务器电脑的IP地址，端口号也要与服务器上的端口号保持一致。这里提供一个查询IP地址的方法，打开命令提示符，输入指令ipconfig，找到你现在所使用的网络，显示的IPv4地址就是你的电脑现在使用的IP地址，如图所示：
   
   

3. 接着利用BufferedReader对象获得从服务器传来的网络输入流，用PrintWriter对象获得从客户端向服务器输出数据的网络输出流，用BufferedReader对象创建键盘输入流，以便客户端从键盘上输入信息，可以参考之前娄老师所上传到QQ群里的ComputeTCPClient.java文件，大概的传输框架就是这样。

4. 由于我们需要进行安全传输，所以在传输过程中还要对数据进行加密，一般来说，采用对称性加密算法与非对称性加密算法结合的方式安全性要更高，因此这里我先用的是RSA算法，用服务器的公钥先对DES的密钥进行加密，然后将加密后的密钥传给服务器，接着让用户输入需要传输的明文，再使用DES算法对明文进行加密，将加密后的密文通过网络传到服务器，然后计算明文的Hash值，传送到服务器。服务器总共会收到来自客户端发送的DES的密钥、密文以及明文的Hash值，服务器会采用RSA公钥密码中服务器的私钥解密DES的密钥，接着用解密后的DES的密钥对密文进行解密，得到明文。服务器再将解得的明文计算Hash值，检查其是否与传过来的Hash值一致，如果一致说明匹配成功。

5. 下面是客户端的代码：

package exp05;

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 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();
            Socket socket = new Socket("10.43.62.8", 10001);
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())), true);
            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
            System.out.print("请输入待发送的数据：");

			//用DES加密明文得到密文
            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);//输出异常
        }
        finally
        {

        }

    }

	//将十六进制转换成二进制
    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();
    }
}

实验效果如图所示：

实验中遇到的问题及解决过程

• 一开始运行弹出找不到指定文件的错误：
  
  

这是因为用了RSA的公钥文件，但是忘记拷贝过来，把Skey_RSA_pub.dat文件拷到工程中与src同级的目录下就OK了。

• 再次运行时解决了文件找不到的问题，但是又弹出新错误：
  
  

后来发现是因为端口的原因，一开始我设定的端口号是8080，这个端口使用的应用程序太多了，所以出现端口占用的问题，我把端口号改成了10001（端口号可以任意修改），之后就可以运行了。

• 看到很多人都出现了连接超时的问题，建议可以多换几个网络试试，或者同时连接一个热点，更有效的解决方法目前还没有找到。

PSP(Personal Software Process)时间

步骤	耗时	百分比
需求分析	20min	12.5%
设计	25min	15.6%
代码实现	60min	37.5%
测试	30min	18.8%
分析总结	25min	15.6%

总结

本周学习了Java的网络编程，感觉还是非常有意思，正好本学期我们也接触到了计算机网络的一些知识，当那些比较抽象的东西真正用代码来实现的时候，一开始可能会有些无从下手，但是看完娄老师推荐的那篇Java网络编程的文章之后，基本上会对网络编程有个大概的印象，当然其中的细节我们不一定能掌握的非常透彻，但是对一些的基本概念有了初步的理解，可以说已经开始慢慢入门，剩下的就需要我们自己去理解和消化。网络编程对于Java而言也是非常重要的一部分，学好了网络编程对于我们理解Java这门语言也有非常大的帮助！