20165310 Java实验五《网络编程与安全》

任务一

  • 题目:①编写MyBC.java实现中缀表达式转后缀表达式的功能;②编写MyDC.java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

  • 中缀转后缀的算法可描述为:

    • 设置一个运算符栈,设置一个后缀表达式字符串;
    • 从左到右依次对中缀表达式中的每个字符ch分别进行以下处理,直至表达式结束:
      1. 若ch是左括号‘(’,将其入栈;
      2. 若ch是数字,将其后连续若干数字添加到后缀表达式字符串之后,并添加空格作为分隔符;
      3. 若ch是运算符,先将栈顶若干优先级高于ch的运算符出栈,添加到后缀表达式字符串之后,再将ch入栈。当‘(’运算符在栈中时,它的优先级最低。
      4. 若ch是‘)’,则若干运算符全部出栈,直到出栈的是左括号,一对括号匹配。
    • 若表达式结束,将栈中运算符全部出栈,添加到后缀表达式字符串之后。
  • 后缀表达式求值的算法可描述为(参考:娄老师的博客):

    • 设置一个操作数栈,从左向右依次对后缀表达式字符串中的每个字符ch进行处理;
    • 若ch是数字,先将其后连续若干数字转化为整数,再将该整数入栈;
    • 若ch是运算符,出栈两个值进行运算,运算结果再入栈;
    • 重复以上步骤,直至后缀表达式结束,栈中最后一个数字就是所求表达式的值。
  • 在我之前的实验一中有更为详细的代码与解释:《20165310_JavaExp1_Java开发环境的熟悉》

  • 添加的测试代码:

    public class NewMyDCTester {
    public static void main(String [] args) {
    String expression;
    int result;
    try
    {
    Scanner in = new Scanner(System.in);
    NewMyDC evaluator = new NewMyDC();
    System.out.println ("Enter a valid postfix expression: ");
    expression = in.nextLine();
    String postfix = MyBC.toPostfix(expression);
    System.out.println ("The postfix expression is :" + postfix);
    result = evaluator.value (postfix);
    System.out.println ("That expression equals :" + result);
    }
    catch (Exception IOException)
    {
    System.out.println("Input exception reported");
    }
    }
    }

  • 实验运行结果:

任务二

  • 题目:①结对编程:一人负责客户端,另一人负责服务器;②注意责任归宿,要会通过测试证明自己没有问题;③基于Java Socket实现客户端/服务器功能,传输方式用TCP;④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;⑤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;⑥客户端显示服务器发送过来的结果

  • 我的任务是客户端,代码如下:

    import java.io.DataInputStream;
    import java.io.DataOutputStream;
    import java.net.Socket;
    import java.util.Scanner; public class Client {
    public static void main(String[] args) {
    String str;
    System.out.println("请输入要计算的中缀式:");
    Scanner scanner=new Scanner(System.in);
    str=scanner.nextLine();
    Socket myClientSocket;
    DataInputStream in=null;
    DataOutputStream out=null;
    ChangeExpress chedExp=new ChangeExpress();
    chedExp.setOriginalExpression(str);
    chedExp.changedWay();
    System.out.println("发送给服务器的后缀式为:"+chedExp.changedExpression);
    try {
    myClientSocket = new Socket("10.1.1.165",2010);
    System.out.println("客户端已启动");
    in=new DataInputStream(myClientSocket.getInputStream());
    out=new DataOutputStream(myClientSocket.getOutputStream());
    out.writeUTF(chedExp.changedExpression);
    String answer=in.readUTF();
    System.out.println("服务器端计算结果是:"+answer);
    Thread.sleep(500);
    }
    catch (Exception e){
    System.out.println("服务器已断开"+e);
    }
    }
    }
  • java.net.Socket

    • 套接字是一个网络连接的端点。在java中,使用java.net.Socket对象来表示一个套接字。要创建一个套接字,可以使用Socket的构造方法,如:public Socket(java.lang.String host, int port)。其中,host是远程机器名或IP地址,port是远程应用程序的端口号。上述代码中,IP地址为:"10.1.1.165",端口号为:2010。
    • 成功创建Socket类的一个实例后,就可以使用它发送或接收字节流。发送字节流,必须先调用Socket类的getOutputStream方法来获取一个java.io.OutputStream对象。接收字节流,可以调用Socket类的getInputStream方法,它返回一个java.io.InputStream。
  • 运行结果

任务三

  • 题目:①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;②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。其他要求同任务二。

  • 客户端RSA加密代码

    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[] ptext = k.getEncoded();
    Socket socket = new Socket("192.168.43.109", 2010);
    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(ptext);
    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.println("请输入中缀式:");
    //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
    String plain = MyBC.changeWay(s);
    Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");
    cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
    byte ptext1[] = plain.getBytes("UTF8");
    byte ctext[] = cp.doFinal(ptext1);
    String str = parseByte2HexStr(ctext);
    out.println(str); // 通过网络将密文传送到服务器
    System.out.println("从服务器接收到的结果为:" + str); // 输出结果
    } catch (Exception e) {
    System.out.println("服务器断开连接"+e);//输出异常
    } } }

  • 实验结果

任务四

  • 题目:任务三基础上增加客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换。
  • 创建DH公钥和私钥:
import java.io.*;
import java.math.*;
import java.security.*;
import java.security.spec.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import javax.crypto.interfaces.*; public class Key_DH{
//三个静态变量的定义从
// C:\j2sdk-1_4_0-doc\docs\guide\security\jce\JCERefGuide.html
// 拷贝而来
// The 1024 bit Diffie-Hellman modulus values used by SKIP
private static final byte skip1024ModulusBytes[] = {
(byte)0xF4, (byte)0x88, (byte)0xFD, (byte)0x58,
(byte)0x4E, (byte)0x49, (byte)0xDB, (byte)0xCD,
(byte)0x20, (byte)0xB4, (byte)0x9D, (byte)0xE4,
(byte)0x91, (byte)0x07, (byte)0x36, (byte)0x6B,
(byte)0x33, (byte)0x6C, (byte)0x38, (byte)0x0D,
(byte)0x45, (byte)0x1D, (byte)0x0F, (byte)0x7C,
(byte)0x88, (byte)0xB3, (byte)0x1C, (byte)0x7C,
(byte)0x5B, (byte)0x2D, (byte)0x8E, (byte)0xF6,
(byte)0xF3, (byte)0xC9, (byte)0x23, (byte)0xC0,
(byte)0x43, (byte)0xF0, (byte)0xA5, (byte)0x5B,
(byte)0x18, (byte)0x8D, (byte)0x8E, (byte)0xBB,
(byte)0x55, (byte)0x8C, (byte)0xB8, (byte)0x5D,
(byte)0x38, (byte)0xD3, (byte)0x34, (byte)0xFD,
(byte)0x7C, (byte)0x17, (byte)0x57, (byte)0x43,
(byte)0xA3, (byte)0x1D, (byte)0x18, (byte)0x6C,
(byte)0xDE, (byte)0x33, (byte)0x21, (byte)0x2C,
(byte)0xB5, (byte)0x2A, (byte)0xFF, (byte)0x3C,
(byte)0xE1, (byte)0xB1, (byte)0x29, (byte)0x40,
(byte)0x18, (byte)0x11, (byte)0x8D, (byte)0x7C,
(byte)0x84, (byte)0xA7, (byte)0x0A, (byte)0x72,
(byte)0xD6, (byte)0x86, (byte)0xC4, (byte)0x03,
(byte)0x19, (byte)0xC8, (byte)0x07, (byte)0x29,
(byte)0x7A, (byte)0xCA, (byte)0x95, (byte)0x0C,
(byte)0xD9, (byte)0x96, (byte)0x9F, (byte)0xAB,
(byte)0xD0, (byte)0x0A, (byte)0x50, (byte)0x9B,
(byte)0x02, (byte)0x46, (byte)0xD3, (byte)0x08,
(byte)0x3D, (byte)0x66, (byte)0xA4, (byte)0x5D,
(byte)0x41, (byte)0x9F, (byte)0x9C, (byte)0x7C,
(byte)0xBD, (byte)0x89, (byte)0x4B, (byte)0x22,
(byte)0x19, (byte)0x26, (byte)0xBA, (byte)0xAB,
(byte)0xA2, (byte)0x5E, (byte)0xC3, (byte)0x55,
(byte)0xE9, (byte)0x2F, (byte)0x78, (byte)0xC7
};
// The SKIP 1024 bit modulus
private static final BigInteger skip1024Modulus
= new BigInteger(1, skip1024ModulusBytes);
// The base used with the SKIP 1024 bit modulus
private static final BigInteger skip1024Base = BigInteger.valueOf(2);
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
DHParameterSpec DHP=
new DHParameterSpec(skip1024Modulus,skip1024Base); KeyPairGenerator kpg= KeyPairGenerator.getInstance("DH");
kpg.initialize(DHP);
KeyPair kp=kpg.genKeyPair(); PublicKey pbk=kp.getPublic();
PrivateKey prk=kp.getPrivate();
// 保存公钥
FileOutputStream f1=new FileOutputStream(args[0]);
ObjectOutputStream b1=new ObjectOutputStream(f1);
b1.writeObject(pbk);
// 保存私钥
FileOutputStream f2=new FileOutputStream(args[1]);
ObjectOutputStream b2=new ObjectOutputStream(f2);
b2.writeObject(prk);
}
}
  • 创建共享密钥

DH算法中,A可以用自己的密钥和B的公钥按照一定方法生成一个密钥,B也可以用自己的密钥和A的公钥按照一定方法生成一个密钥,由于一些数学规律,这两个密钥完全相同。这样,A和B间就有了一个共同的密钥可以用于各种加密。本实例介绍Java中在上一小节的基础上如何利用DH公钥和私钥各自创建共享密钥。

import java.io.*;
import java.math.*;
import java.security.*;
import java.security.spec.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import javax.crypto.interfaces.*; public class KeyAgree{
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
// 读取对方的DH公钥
FileInputStream f1=new FileInputStream(args[0]);
ObjectInputStream b1=new ObjectInputStream(f1);
PublicKey pbk=(PublicKey)b1.readObject( );
//读取自己的DH私钥
FileInputStream f2=new FileInputStream(args[1]);
ObjectInputStream b2=new ObjectInputStream(f2);
PrivateKey prk=(PrivateKey)b2.readObject( );
// 执行密钥协定
KeyAgreement ka=KeyAgreement.getInstance("DH");
ka.init(prk);
ka.doPhase(pbk,true);
//生成共享信息
byte[ ] sb=ka.generateSecret();
for(int i=0;i<sb.length;i++){
System.out.print(sb[i]+",");
}
SecretKeySpec k=new SecretKeySpec(sb,"DESede");
}
}
  • 运行结果

任务五

  • 题目:任务四的基础上,在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。

  • MD5算法

    使用Java计算指定字符串的消息摘要。

    java.security包中的MessageDigest类提供了计算消息摘要的方法,

    最后的实现代码:

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[] ptext = k.getEncoded();
Socket socket = new Socket("192.168.43.109", 2010);
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(ptext);
BigInteger c = m.modPow(e, n);
String cs = c.toString();
out.println(cs); // 传送秘钥到服务器
System.out.println("请输入中缀式:");
//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
String plain = MyBC.changeWay(s);
Cipher cp = Cipher.getInstance("DESede");
cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
byte ptext1[] = plain.getBytes("UTF8");
byte ctext[] = cp.doFinal(ptext1);
String str = parseByte2HexStr(ctext);
out.println(str); // 传送密文传送到服务器
String str = plain;
MessageDigest m2 = MessageDigest.getInstance("MD5");
m2.update(str.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);//传送HASH到服务器
str = in.readLine();// 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("服务器断开连接"+e);
} } //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();
}
}
  • 运行结果

问题总结

  • 在端口和IP正确的情况下客户端与服务器无法连接:

    • 是由于没有处于同一网络中,必须在同一网络中可以连接。
  • 服务器接受不到客户端发送的消息
    • 由于阻塞问题,可用Thread类解决,或者可以改变输入输出流,在任务二中,我直接修改引用了书上例子三的代码就可以完成,但是在任务三中由于阻塞的原因无法进行通信,参考狄维佳学姐的博客,将DataOutputStream更改为PrintWriter,将DataInputStream更改为BufferReader,解决了阻塞问题。

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