2017-2018-1 20155201 实验五 固件程序设计
一、实验内容
- 安装OpenSSL环境，并编写测试代码验证无误
- 研究OpenSSL算法，测试对称算法中的AES，非对称算法中的RSA，Hash算法中的MD5
- 在Ubuntu中实现对实验二中的“wc服务器”通过混合密码系统进行防护
二、实验步骤
- 安装OpenSSL环境，并编写测试代码验证无误
在官网的下载地址下载zip包并解压【OpenSSLmaster】
在命令行中输入
等待安装完即可。其中需要注意的一行是库文件被复制到哪个文件夹里面了./config make sudo make install
编写一个测试代码test_openssl.c
#include <stdio.h> #include <openssl/evp.h> int main(){ OpenSSL_add_all_algorithms(); return 0; }- 注意刚才记下来的库所在路径
> gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/lib(路径) -lcrypto -ldl -lpthread > ./test_openssl > echo $? - 研究OpenSSL算法，测试对称算法中的AES，非对称算法中的RSA，Hash算法中的MD5
- 对称加密：对称加密需要使用的标准命令为 enc
openssl enc -ciphername [-in filename] [-out filename] [-pass arg] [-e] [-d] [-a/-base64] [-A] [-k password] [-kfile filename] [-K key] [-iv IV] [-S salt] [-salt] [-nosalt] [-z] [-md] [-p] [-P] [-bufsize number] [-nopad] [-debug] [-none] [-engine id] -in filename：指定要加密的文件存放路径 -out filename：指定加密后的文件存放路径 -salt：自动插入一个随机数作为文件内容加密，默认选项 -e：可以指明一种加密算法，若不指的话将使用默认加密算法 -d：解密，解密时也可以指定算法，若不指定则使用默认算法，但一定要与加密时的算法一致 -a/-base64：使用-base64位编码格式- AES:
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass pass:123456 //密码123456
RSA:
RSA 的用法如下： openssl rsa [-inform PEM|NET|DER] [-outform PEM|NET|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout arg] [-sgckey] [-des] [-des3] [-idea] [-text] [-noout] [-modulus] [-check] [-pubin] [-pubout] [-engine id] 常用选项： -in filename：指明私钥文件 -out filename：指明将提取出的公钥保存至指定文件中 -pubout：根据私钥提取出公钥
MD5:
openssl passwd -1 -in test.txt -salt 12345678 生成密码需要使用的标准命令为 passwd ，用法如下： openssl passwd [-crypt] [-1] [-apr1] [-salt string] [-in file] [-stdin] [-noverify] [-quiet] [-table] {password} 常用选项有： -1：使用md5加密算法 -salt string：加入随机数，最多8位随机数 -in file：对输入的文件内容进行加密 -stdion：对标准输入的内容进行加密 - 在Ubuntu中实现对实验二中的“wc服务器”通过混合密码系统进行防护
- 头文件：
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>- SSL库初始化
SSL_library_init();- 载入所有 SSL 算法
OpenSSL_add_all_algorithms();载入所有 SSL 错误消息
SSL_load_error_strings();产生一个 SSL_CTX
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);}
- 载入用户的数字证书
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}- 载入用户私钥
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0){
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
- 基于 ctx 产生一个新的 SSL，并将连接用户的 socket 加入到 SSL
ssl = SSL_new(ctx);
SSL_set_fd(ssl, new_server_socket_fd);- 建立 SSL 连接
if (SSL_accept(ssl) == -1) {
perror("accept");
close(new_fd);
break;
}- SSL数据传输
int len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:‘%s‘，共%d个字节的数据\n", buffer, len);
else
printf("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是‘%s‘\n",errno, strerror(errno));
- 客户端与服务器传输完数据后，关闭 SSL 连接，释放 SSL
SSL_shutdown(ssl);
SSL_free(ssl);释放 CTX
SSL_CTX_free(ctx);
代码已上传至码云：
#include<netinet/in.h> // sockaddr_in
……
#include <openssl/ssl.h>
#include <openssl/err.h>
……
#include<string.h> // bzero
#define SERVER_PORT 8000
#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512
#define MAX 10000000
#define MAXBUF 1024
int main(void)
{
// 声明并初始化一个服务器端的socket地址结构
struct sockaddr_in server_addr;
……
server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
SSL_CTX *ctx; //ssl数据结构
/* SSL 库初始化 */
SSL_library_init();
/* 载入所有 SSL 算法 */
OpenSSL_add_all_algorithms();
/* 载入所有 SSL 错误消息 */
SSL_load_error_strings();
/* 以 SSL V2 和 V3 标准兼容方式产生一个 SSL_CTX ，即 SSL Content Text */
ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_server_method());
/* 也可以用 SSLv2_server_method() 或 SSLv3_server_method() 单独表示 V2 或 V3标准 */
if (ctx == NULL) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);}
/* 载入用户的数字证书， 此证书用来发送给客户端。 证书里包含有公钥 */
if (SSL_CTX_use_certificate_file(ctx, argv[3], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 载入用户私钥 */
if (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(ctx, argv[4], SSL_FILETYPE_PEM) <= 0){
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
/* 检查用户私钥是否正确 */
if (!SSL_CTX_check_private_key(ctx)) {
ERR_print_errors_fp(stdout);
exit(1);
}
// 创建socket，若成功，返回socket描述符
int server_socket_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
……
// 绑定socket和socket地址结构
……
// socket监听
……
while(1)
{
SSL *ssl;
// 定义客户端的socket地址结构
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_addr_length = sizeof(client_addr);
// 接受连接请求，返回一个新的socket(描述符)，这个新socket用于同连接的客户端通信
// accept函数会把连接到的客户端信息写到client_addr中
int new_server_socket_fd = accept(server_socket_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_length);
……
/* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */
ssl = SSL_new(ctx);
/* 将连接用户的 socket 加入到 SSL */
SSL_set_fd(ssl, new_server_socket_fd);
/* 建立 SSL 连接 */
if (SSL_accept(ssl) == -1) {
perror("accept");
close(new_fd);
break;
}
// recv函数接收数据到缓冲区buffer中
char buffer[BUFFER_SIZE];
bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
if(recv(new_server_socket_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0) < 0)
{
perror("Server Recieve Data Failed:");
break;
}
// 然后从buffer(缓冲区)拷贝到file_name中
int len = SSL_read(ssl, buffer, MAXBUF);
if (len > 0)
printf("接收消息成功:‘%s‘，共%d个字节的数据\n", buffer, len);
else
printf("消息接收失败！错误代码是%d，错误信息是‘%s‘\n",errno, strerror(errno));
char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE+1];
……
// 打开文件并读取文件数据
FILE *fp = fopen(file_name, "r");
if(NULL == fp)
{
printf("File:%s Not Found\n", file_name);
}
else
{
//printf("buffer:%s\n",buffer);//buffer为filename
char *argv[]={"wc","-w",file_name,0};
execvp( "wc" ,argv);
fclose(fp);
/* 关闭 SSL 连接 */
SSL_shutdown(ssl);
/* 释放 SSL */
SSL_free(ssl);
}
// 关闭与客户端的连接
close(new_server_socket_fd);
}
// 关闭监听用的socket
close(server_socket_fd);
/* 释放 CTX */
SSL_CTX_free(ctx);
return 0;
}
三、实验过程中遇到的问题和解决方案
- 问题1：安装OpenSSL环境的时候，一切按照步骤来，在编写测试文件的时候还是出现了无法识别头文件的错误，我没截图，终端提示error:cannnot found #include <openssl/evp.h>的错误
- 问题1解决方案：各种百度，在知乎里找到一个回答：Mac10.10 brew安装PHP提示Cannot find OpenSSL‘s
里面提示安装Xcode命令行
xcode -select --install然后居然就可以了，也不会再报错，可以运行测试代码
四、实验体会与总结
本次实验在MAC OS系统下也可以完成，需要特别注意的是静态库动态库的链接，以及头文件的使用，对于OpenSSL的使用我们还不是很熟悉，很多步骤都是一边网上查资料一边百度一边尝试着写的，这也耗费了一些时间，不过网上对于OpenSSL的研究很多，能参考的资料就更丰富了，花时间学习就会有很多收获。
