20145231《Java程序设计》第五次实验报告

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。

实验要求

1. 基于Java Socket实现安全传输

2. 基于TCP实现客户端和服务器，结对编程一人负责客户端，一人负责服务器

3. 使用Git进行版本控制

4. 选择对称算法进行数据加解密.

5. 选择非对称算法对对称加密密钥进行密钥分发.

6. 选择合适的Hash算法进行完整性验证.

7. 选择合适的算法对Hash值进行签名/验证.

实验步骤

1.运行TCP代码，我负责客户端。

结对伙伴 姚思羽 负责服务器 博客地址：http://www.cnblogs.com/20145210ysy/

了解TCP代码

•代码示例如下：

    import java.net.*;
import java.io.*;
public class ComputeTCPClient {
    public static void main(String srgs[]) {
        try {
            //创建连接特定服务器的指定端口的Socket对象
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4421);
            //获得从服务器端来的网络输入流
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
            //获得从客户端向服务器端输出数据的网络输出流
            PrintWriter out=new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())),true);
            //创建键盘输入流，以便客户端从键盘上输入信息
            BufferedReader stdin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.print("请输入待发送的数据：");
            String str=stdin.readLine(); //从键盘读入待发送的数据
            out.println(str);  //通过网络传送到服务器
            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);
        }
        finally{
            //stdin.close();
            //in.close();
            //out.close();
            //socket.close();
        }
    }
}

import java.net.*;
import java.io.*;
public class ComputeTCPServer{
    public static void main(String srgs[]) {
        ServerSocket sc = null;
        Socket socket=null;
        try {
            sc= new ServerSocket(4421);//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);
            String   aline=in.readLine();//读取客户端传送来的数据
            System.out.println("从客户端接收到信息为："+aline); //通过网络输出流返回结果给客户端
            out.println("Echo:" + aline);
            out.close();
            in.close();
            sc.close();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}

•运行结果如图：

设置IP地址

•打开cmd，输入ipconfig指令，如图：

•获得我在当前局域网中的IP地址：10.43.41.200，并与结对伙伴确认连通；

建立Socket对象

•Socket对象的相关作用在老师给的《Java网络编程技术》的博客中已经有所了解，在此总结获取Socket信息的方法：

getInetAddress(): 获得远程服务器的IP 地址.
getPort(): 获得远程服务器的端口.
getLocalAddress(): 获得客户本地的IP 地址.
getLocalPort(): 获得客户本地的端口.
getInputStream(): 获得输入流. 如果Socket 还没有连接, 或者已经关闭, 或者已经通过 shutdownInput() 方法关闭输入流, 那么此方法会抛出IOException.
getOutputStream(): 获得输出流, 如果Socket 还没有连接, 或者已经关闭, 或者已经通过 shutdownOutput() 方法关闭输出流, 那么此方法会抛出IOException.

•建立一个Socket对象，用来连接特定服务器的指定端口，输入的参数是刚刚获取的ip地址和双方默认的同一端口。

2.下载加解密代码，先编译运行代码，我负责加密。

• 密钥的加密：

发送方A——>接收方B

A加密时，用B的公钥

B解密时，用B的私钥                                                                 

•发送方A对信息(明文)采用DES密钥加密,使用RSA公钥加密前面的DES密钥信息,最终将混合信息进行传递。同时用hash函数将明文进行用作验证。

•接收方B接收到信息后，用RSA私钥解密DES密钥信息，再用RSA解密获取到的密钥信息解密密文信息，最终就可以得到我们要的信息(明文)。用hash函数对解出的明文进行验证，与发送过来的hash值相等，验证通过。

3.集成代码，一人加密后通过TCP 发送，加密使用DES或AES，AES或DES加密密钥Key的发送，使用服务器的公钥加密，公钥算法用RSA或者DH。

具体代码如下：

public class Client1 {
    public static void main(String args[]) throws Exception{
        try {
            KeyGenerator kg=KeyGenerator.getInstance("DESede");//Java中KeyGenerator类中提供了创建对称密钥的方法；
            kg.init(168); //初始化密钥生成器，指定密钥的长度。
            SecretKey k=kg.generateKey( );//生成密钥，使用第一步获得的KeyGenerator类型的对象中generateKey( )方法可以获得密钥。其类型为SecretKey类型，可用于以后的加密和解密。
            byte[] ptext2=k.getEncoded();// 获取主要编码格式，将返回的编码放在byte类型的数组中。
            Socket socket = new Socket("172.27.35.6",8080);//创建连接到服务器的8080端口
            BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));//从服务器端获得输入流
            PrintWriter out=new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream())),true); //获得向服务器端输出数据的输出
            BufferedReader stdin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); //从键盘上输入信息

            //服务器端RSA的公钥对DES的密钥进行加密
            FileInputStream f3=new FileInputStream("Skey_RSA_pub.dat");//将文件中保存的对象读取出来以便使用
            ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f3);
            RSAPublicKey  pub_key=(RSAPublicKey)b2.readObject( );//生成公钥
            BigInteger e=pub_key.getPublicExponent();
            BigInteger n=pub_key.getModulus();//模
            System.out.println("e= "+e);
            System.out.println("n= "+n);//(n,e)是公钥
            BigInteger m=new BigInteger(ptext2);
            BigInteger c=m.modPow(e,n);
            System.out.println("c= "+c);
            String cs=c.toString( );
            out.println(cs);  //传送到服务器
            System.out.print("请输入待发送的数据：");
            String s=stdin.readLine(); //从键盘读入要发送的发信息
            Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede");//获取Cipher实例 密码器
            cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);//初始化cipher ENCRYPT_MODE表示加密DECRYPT_MODE解密 ， k是密钥
            byte by[]=s.getBytes("UTF8");//获取字符串的utf8字节码
            byte miby[]=cp.doFinal(by);//加密后的字节码
            String str=parseByte2HexStr(miby);//获取密文字符串
            out.println(str);  //传送到服务器

            //将客户端的明文哈希值传送给密文
            String x=s;
            MessageDigest m2=MessageDigest.getInstance("MD5");//通过其静态方法getInstance( )生成MessageDigest对象。
            m2.update(x.getBytes( ));//x为需要计算的字符串,用getBytes( )方法生成字符串数组。
            byte ss[ ]=m2.digest( );//计算的结果通过字节类型的数组返回。
            String result="";//将计算结果ss转换为字符串
            for (int i=0; i<ss.length; i++){
                result+=Integer.toHexString((0x000000ff & ss[i]) | 0xffffff00).substring(6);
            }

            System.out.println(result);
            out.println(result);

            str=in.readLine();//读取结果
            System.out.println( "从服务器接收到的结果为："+str);
        }

        catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }

    //将二进制转换成16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();
    }

    //将16进制转换为二进制
    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;
    }
}

过程中遇到的问题及解决方案

问题一：连接服务器与客户端时遇到问题，无法获取有效IP地址

解决过程：原因是没有处于同一网络下的同一网段，将手机打开热点即可；

问题二：在客户端与服务器建立连接后，IDEA运行报错，显示错误“系统找不到指定文件”。也就是不能读取代码中的Skey_RSA_pub.dat文件。如图：

解决过程：将其移至src文件夹同目录下，即可成功读取。如图：

总结：此次实验是对java编程语言的一次很好的实践，也是网络编程的初体验，虽然代码都是老师给的，但是自己作为客户端、服务器实现加密解密还是觉得很神奇，实验过程中还有一些不足之处，以后会慢慢改进。

Personal Software Process Time

| 步骤 || 耗时 | 百分比 |

| -------- | :----------------