2018-2019-1 20165324《信息安全系统设计基础》实验五
背景知识
OpenSSL是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议，囊括了主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能以及SSL协议，并提供了丰富的应用程序供测试或其它目的使用。
OpenSSL是一个强大的安全套接字层密码库，Apache使用它加密HTTPS，OpenSSH使用它加密SSH，但是，你不应该只将其作为一个库来使用，它还是一个多用途的、跨平台的密码工具。
- 基本功能，OpenSSL整个软件包大概可以分成三个主要的功能部分：
- 密码算法库
- SSL协议库
- 应用程序
- OpenSSL的目录结构自然也是围绕这三个功能部分进行规划的。
作为一个基于密码学的安全开发包，OpenSSL提供的功能相当强大和全面，囊括了主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能以及SSL协议，并提供了丰富的应用程序供测试或其它目的使用。
任务一
- 首先解压源代码：
tar xzvf openssl-1.1.0-pre1.tar.gz - 然后进入源代码目录：
cd openssl-1.1.0-pre1 - 然后使用下列命令编译安装：
./configmakemake testsudo make install
- 安装后进行测试：编写test_openssl.c文件进行测试：
#include#include int main(){ OpenSSL_add_all_algorithms(); return 0;}
使用
gcc -o test_openssl test_openssl.c -L/usr/local/ssl/lib -lcrypto -ldl -lpthread命令编译，生成“test_openssl”可执行文件，运行程序，并执行echo $?，结果打印0，测试结果表明安装成功。运行截图：
gcc的相关复习：
-E，只执行到预编译。直接输出预编译结果。gcc -E source_file.c
-S，只执行到源代码到汇编代码的转换，输出汇编代码。gcc -S source_file.c
-c，只执行到编译，输出目标文件。gcc -c source_file.c
-o, 指定输出文件名，可以配合以上三种标签使用。 -o 参数可以被省略。这种情况下编译器将使用以下默认名称输出： -E：预编译结果将被输出到标准输出端口（通常是显示器） -S：生成名为source_file.s的汇编代码 -c：生成名为source_file.o的目标文件。 无标签情况：生成名为a.out的可执行文件。gcc (-E/S/c/) source_file.c -ooutput_filename
-g，生成供调试用的可执行文件，可以在gdb中运行。由于文件中包含了调试信息因此运行效率很低，且文件也大不少。 这里可以用strip命令重新将文件中debug信息删除。这是会发现生成的文件甚至比正常编译的输出更小了，这是因为strip把原先正常编译中的一些额外信息（如函数名之类）也删除了。用法为 strip a.outgcc -g source_file.c
-s, 直接生成与运用strip同样效果的可执行文件（删除了所有符号信息）。gcc -s source_file.c
-O（大写的字母O），编译器对代码进行自动优化编译，输出效率更高的可执行文件。 -O 后面还可以跟上数字指定优化级别，如： gcc -O2 source_file.c 数字越大，越加优化。但是通常情况下，自动的东西都不是太聪明，太大的优化级别可能会使生成的文件产生一系列的bug。一般可选择2；3会有一定风险。gcc -O source_file.c
-W，在编译中开启一些额外的警告（warning）信息。-Wall，将所有的警告信息全开。gcc -Wall source_file.c
-l, 指定所使用到的函数库，本例中链接器会尝试链接名为libxxx.a的函数库。 -L，指定函数库所在的文件夹，本例中链接器会尝试搜索/path/to/lib文件夹。 -I, 指定头文件所在的文件夹，本例中预编译器会尝试搜索/path/to/include文件夹。gcc source_file.c -L/path/to/lib -lxxx -I/path/to/include
任务二
- OpenSSL是一个开放源代码的SSL协议的产品实现，它采用C语言作为开发语言，具备了跨系统的性能。调用OpenSSL的函数就可以实现一个SSL加密的安全数据传输通道，从而保护客户端和服务器之间数据的安全。
- 基于OpenSSL的程序遵循的以下基本步骤：
- OpenSSL初始化。
- 选择会话协议。
- 创建会话环境。
- 建立SSL套接字。
- 完成SSL握手。
- 进行数据传输。
- 结束SSL通信。
- 产品代码：
/*server.c*/#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define MAXBUF 1024int main(int argc, char **argv){ int sockfd, new_fd; socklen_t len; struct sockaddr_in my_addr, their_addr; unsigned int myport, lisnum; char buf[MAXBUF + 1]; SSL_CTX *ctx; if (argv[1]) myport = atoi(argv[1]); else myport = 7838; if (argv[2]) lisnum = atoi(argv[2]); else lisnum = 2; /* 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); } /* 开启一个 socket 监听 */ if ((sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) { perror("socket"); exit(1); } else printf("socket created\n"); bzero(&my_addr, sizeof(my_addr)); my_addr.sin_family = PF_INET; my_addr.sin_port = htons(myport); my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) { perror("bind"); exit(1); } else printf("binded\n"); if (listen(sockfd, lisnum) == -1) { perror("listen"); exit(1); } else printf("begin listen\n"); while (1) { SSL *ssl; len = sizeof(struct sockaddr); /* 等待客户端连上来 */ if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr, &len)) == -1) { perror("accept"); exit(errno); } else printf("server: got connection from %s, port %d, socket %d\n", inet_ntoa(their_addr.sin_addr), ntohs(their_addr.sin_port), new_fd); /* 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_fd); /* 建立 SSL 连接 */ if (SSL_accept(ssl) == -1) { perror("accept"); close(new_fd); break; } /* 开始处理每个新连接上的数据收发 */ bzero(buf, MAXBUF + 1); strcpy(buf, "server->client"); /* 发消息给客户端 */ len = SSL_write(ssl, buf, strlen(buf)); if (len <= 0) { printf ("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n", buf, errno, strerror(errno)); goto finish; } else printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n", buf, len); bzero(buf, MAXBUF + 1); /* 接收客户端的消息 */ len = SSL_read(ssl, buf, MAXBUF); if (len > 0) printf("接收消息成功:'%s'，共%d个字节的数据\n", buf, 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)); /* 处理每个新连接上的数据收发结束 */ finish: /* 关闭 SSL 连接 */ SSL_shutdown(ssl); /* 释放 SSL */ SSL_free(ssl); /* 关闭 socket */ close(new_fd); } /* 关闭监听的 socket */ close(sockfd); /* 释放 CTX */ SSL_CTX_free(ctx); return 0;}
/*telent.c*/#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define MAXBUF 1024 void ShowCerts(SSL * ssl) { X509 *cert; char *line; cert = SSL_get_peer_certificate(ssl); if (cert != NULL) { printf("数字证书信息:\n"); line = X509_NAME_oneline(X509_get_subject_name(cert), 0, 0); printf("证书: %s\n", line); free(line); line = X509_NAME_oneline(X509_get_issuer_name(cert), 0, 0); printf("颁发者: %s\n", line); free(line); X509_free(cert); } else printf("无证书信息！\n"); } int main(int argc, char **argv) { int sockfd, len; struct sockaddr_in dest; char buffer[MAXBUF + 1]; SSL_CTX *ctx; SSL *ssl; if (argc != 3) { printf("参数格式错误！正确用法如下：\n\t\t%s IP地址 端口\n\t比如:\t%s 127.0.0.1 80\n此程序用来从某个" "IP 地址的服务器某个端口接收最多 MAXBUF 个字节的消息", argv[0], argv[0]); exit(0); } /* SSL 库初始化，参看 ssl-server.c 代码 */ SSL_library_init(); OpenSSL_add_all_algorithms(); SSL_load_error_strings(); ctx = SSL_CTX_new(SSLv23_client_method()); if (ctx == NULL) { ERR_print_errors_fp(stdout); exit(1); } /* 创建一个 socket 用于 tcp 通信 */ if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { perror("Socket"); exit(errno); } printf("socket created\n"); /* 初始化服务器端（对方）的地址和端口信息 */ bzero(&dest, sizeof(dest)); dest.sin_family = AF_INET; dest.sin_port = htons(atoi(argv[2])); if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) { perror(argv[1]); exit(errno); } printf("address created\n"); /* 连接服务器 */ if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest)) != 0) { perror("Connect "); exit(errno); } printf("server connected\n"); /* 基于 ctx 产生一个新的 SSL */ ssl = SSL_new(ctx); SSL_set_fd(ssl, sockfd); /* 建立 SSL 连接 */ if (SSL_connect(ssl) == -1) ERR_print_errors_fp(stderr); else { printf("Connected with %s encryption\n", SSL_get_cipher(ssl)); ShowCerts(ssl); } /* 接收对方发过来的消息，最多接收 MAXBUF 个字节 */ bzero(buffer, MAXBUF + 1); /* 接收服务器来的消息 */ 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)); goto finish; } bzero(buffer, MAXBUF + 1); strcpy(buffer, "from client->server"); /* 发消息给服务器 */ len = SSL_write(ssl, buffer, strlen(buffer)); if (len < 0) printf ("消息'%s'发送失败！错误代码是%d，错误信息是'%s'\n", buffer, errno, strerror(errno)); else printf("消息'%s'发送成功，共发送了%d个字节！\n", buffer, len); finish: /* 关闭连接 */ SSL_shutdown(ssl); SSL_free(ssl); close(sockfd); SSL_CTX_free(ctx); return 0; }
- 编译方式:
gcc -o server server.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthreadgcc -o telent telent.c -I /usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib -lssl -lcrypto -ldl -lpthread
- 生产私钥和证书
openssl genrsa -out privkey.pem 1024openssl req -new -x509 -key privkey.pem -out CAcert.pem -days 1095
- 程序运行方式:
./server 7838 1 CAcert.pem privkey.pem./telent 127.0.0.1 7838
- 运行截图：
