《JAVA程序设计》 20155214 实验五 网络编程与安全


实验内容

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

实验要求

  • 要求一
  1. 结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
  2. 结对实现从上面功能中获取的表达式中实现后缀表达式求值的功能,调用MyDC.java
  • 要求二
  1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  2. 客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式通过网络发送给服务器
  3. 服务器接收到后缀表达式,调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  4. 客户端显示服务器发送过来的结果
  • 要求三
  1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  2. 客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
  3. 服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密(和客户端协商密钥,可以用数组保存),然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  4. 客户端显示服务器发送过来的结果
  • 要求四
  1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  2. 客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器
  3. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
  4. 服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密,然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  5. 客户端显示服务器发送过来的结果
  • 要求五
  1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  2. 客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器
  3. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
  4. 服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密,解密后计算明文的MD5值,和客户端传来的MD5进行比较,一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  5. 客户端显示服务器发送过来的结果

实验步骤

STEP1

  1. 结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java
  2. 结对实现从上面功能中获取的表达式中实现后缀表达式求值的功能,调用MyDC.java

实现方法

  • 设立一个栈,存放运算符,首先栈为空;
  • 从左到右扫描中缀式,若遇到操作数,直接输出,并输出一个空格作为两个操作数的分隔符;
  • 若遇到运算符,则与栈顶比较,比栈顶级别高则进栈,否则退出栈顶元素并输出,然后输出一个空格作分隔符;
  • 若遇到左括号,进栈;若遇到右括号,则一直退栈输出,直到退到左括号止。
  • 当栈变成空时,输出的结果即为后缀表达式。

参照教程(http://www.cnblogs.com/rocedu/p/6766748.html#SECDSA)

STEP2

  1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  2. 客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式通过网络发送给服务器
  3. 服务器接收到后缀表达式,调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  4. 客户端显示服务器发送过来的结果

实现方法

  • 通过调用java.net.*中的Socket类和ServerSocket类实现。
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4700);
...
ServerSocket server = null;
try {
server = new ServerSocket(4700);
//创建一个ServerSocket在端口4700监听客户请求 } catch (Exception e) {
System.out.println("can not listen to:" + e);
//出错,打印出错信息
}
Socket socket = null;
try {
socket = server.accept();
//使用accept()阻塞等待客户请求,有客户 //请求到来则产生一个Socket对象,并继续执行 } catch (Exception e) {
System.out.println("Error." + e);
//出错,打印出错信息
}
  • 在TalkClient.java中通过创建MyBC对象receiver,调用中缀转后缀方法exchangexpr().
...
readline =sin.readLine();
//从系统标准输入读入一字符串
receiver.exchangexpr(readline));
...
  • 在TalkServer.java中通过创建MyDC对象receiver,调用计算方法evaluate().
...
line = sin.readLine();
//从标准输入读入一字符串
os.println(receiver.evaluate(line));
//向客户端输出该字符串
...

STEP3

  1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  2. 客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密后通过网络把密文发送给服务器
  3. 服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密(和客户端协商密钥,可以用数组保存),然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  4. 客户端显示服务器发送过来的结果

实现方法

  • 步骤1如STEP2
  • 通过创建3DES算法的对象,生成密钥并在TalkClient.java中加密。
...
Skey_DES skey_des = new Skey_DES();
skey_des.key_DES();
Skey_kb skey_kb = new Skey_kb();
skey_kb.key();
/*产生密钥*/ SEnc sEnc = new SEnc();
...
readline = SEnc.Enc(receiver.exchangexpr(readline));
...
  • 在TalkServer.java中接受密文并解密
...
SDec sDec = new SDec();
...
readline = SDnc.Dnc(receiver.exchangexpr(readline));
...

STEP4

  1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  2. 客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文发送给服务器
  3. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
  4. 服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密,然后调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  5. 客户端显示服务器发送过来的结果

实现方法

  • 步骤1,2,4如同上述STEP
  • DH算法(Diffie-Hellman算法)
算法描述
离散对数的概念:
原根:如果a是素数p的一个原根,那么数值:
            amodp,a^2 modp,…,a^(p-1) modp
 是各不相同的整数,且以某种排列方式组成了从1到p-1的所有整数。
离散对数:如果对于一个整数b和素数p的一个原根a,可以找到一个唯一的指数 i,使得:
          b =(a的i次方) modp               其中0≦i ≦p-1
                     那么指数i称为b的以a为基数的模p的离散对数。
Diffie-Hellman 算法的有效性依赖于计算离散对数的难度,其含义是:当已知大素数p和它的一个原根a后,对给定的 b,要计算 i ,被认为是很困难的,而给定 i 计算b 却相对容易。
Diffie-Hellman算法:
假如用户A和用户B希望交换一个密钥。
取素数p和整数a,a是p的一个原根,公开a和p。
A选择随机数XA<p,并计算YA=a^XA mod p。
B选择随机数XB<p,并计算YB=a^XB mod p。
每一方都将X保密而将Y公开让另一方得到。
A计算密钥的方式是:K=(YB) ^XA modp
B计算密钥的方式是:K=(YA) ^XB modp

STEP5

  1. 基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP
  2. 客户端让用户输入中缀表达式,然后把中缀表达式调用MyBC.java的功能转化为后缀表达式,把后缀表达式用3DES或AES算法加密通过网络把密文和明文的MD5値发送给服务器
  3. 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
  4. 服务器接收到后缀表达式表达式后,进行解密,解密后计算明文的MD5值,和客户端传来的MD5进行比较,一致则调用MyDC.java的功能计算后缀表达式的值,把结果发送给客户端
  5. 客户端显示服务器发送过来的结果

实现方法

  • 步骤1,2,3如同上述STEP
  • 计算明文MD5值通过调用java.security.*中,在TalkClient.java中创建MessageDigest类对象,使用digest()方法得到消息摘要。
...
MessageDigest match = MessageDigest.getInstance("MD5");
match.update(readline.getBytes());
byte a[] = match.digest();
String result = "";
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
result += Integer.toHexString((0x000000ff & a[i]) | 0xffffff00).substring(6);
}
os.println(result);//通过网络将明文的Hash函数值传送到服务器
is = in.readLine();// 从网络输入流读取结果
...
  • 在TalkServer.java中
...
String x = sin.readLine(); MessageDigest m = MessageDigest.getInstance("MD5");
//使用MD5算法返回实现指定摘要算法的 MessageDigest对象 m.update(x.getBytes());
byte a[] = m.digest();
String result = "";
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
result += Integer.toHexString((0x000000ff & a[i]) | 0xffffff00).substring(6);
} String match = is.readLine();
if (match.equals(result)) {
System.out.println("匹配成功");
} ...

总结

本次实验学习了Java的网络安全编程,本学期我们也接触到了计算机网络和密码学的一些知识,将抽象的概念用代码来实现也让我对网络编程有个大概的印象,对一些的基本概念有了初步的理解。网络安全编程将Java与信息安全其他学科相结合,融会贯通,让我对这个专业的理解逐渐加深了。

参考链接

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