#《JAVA程序设计》 20155214 实验五 网络编程与安全

《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)

• 产品代码码云链接(https://git.oschina.net/bestiisjava2017/besti155214_JavaProgammer/commit/b7fb2327cb3469193e71f3b33530edf5d5d4c2a2)

• 实现结果如下图
  
  

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
...

• 产品代码码云链接(https://git.oschina.net/bestiisjava2017/besti155214_JavaProgammer/commit/cd544dae4fdf84bf5ab55658009545249ecb9b5b)
• 实现结果如下图
  
  

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));
...

• 产品代码链接(https://git.oschina.net/bestiisjava2017/besti155214_JavaProgammer/commit/dcda37317c39eccdf87dc1f55169f689d09100dc)
• 实现结果如下图
  
  

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

• 产品代码链接(https://git.oschina.net/bestiisjava2017/besti155214_JavaProgammer/commit/30b50f35b8219b6a945f5b2cdfea3b5d7d35aa07)
• 实现结果如下图
  
  

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");
            }

...

• 产品代码链接(https://git.oschina.net/bestiisjava2017/besti155214_JavaProgammer/commit/32620b179838ad3fc2c7e52d6dc17d1cd83c3d08)
• 实现结果如下图
  
  

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

• Java 密码学算法(http://www.cnblogs.com/rocedu/p/6683948.html)
• 栈的应用 (http://www.cnblogs.com/rocedu/p/6766748.html#SECDSA)