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：
- 若ch是左括号‘（’，将其入栈；
- 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；
- 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。
- 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
RSA算法是使用整数进行加密运算的，在RSA公钥中包含了两个信息：公钥对应的整数e和用于取模的整数n。对于明文数字m，计算密文的公式是：me mod n。因此，编程步骤如下：
（1） 获取公钥
FileInputStream f=new FileInputStream("Skey_RSA_pub.dat"); ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f); RSAPublicKey pbk=(RSAPublicKey)b.readObject( );分析： 从公钥文件Skey_RSA_pub.dat中读取公钥，由于生成使用的是RSA算法，因此从文件读取公钥对象后强制转换为RSAPublicKey类型，以便后面读取RSA算法所需要的参数。
（2） 获取公钥的参数(e, n)
BigInteger e=pbk.getPublicExponent();
BigInteger n=pbk.getModulus();
分析：使用RSAPublicKey类的getPublicExponent( )和getModulus( )方法可以分别获得公始中e和n的值。由于密钥很长，因此对应的整数值非常大，无法使用一般的整型来存储，Java中定义了BigInteger类来存储这类很大的整数并可进行各种运算。（3） 获取明文整数(m)
String s="Hello World!";
byte ptext[]=s.getBytes("UTF8");
BigInteger m=new BigInteger(ptext);分析：明文是一个字符串，为了用整数表达这个字符串，先使用字符串的getBytes( )方法将其转换为byte类型数组，它其实是字符串中各个字符的二进制表达方式，这一串二进制数转换为一个整数将非常大，因此仍旧使用BigInteger类将这个二进制串转换为整型。
本实例中出于简化，将整个字符串转换为一个整数。实际使用中，应该对明文进行分组，因为RSA算法要求整型数m的值必须小于n。（4） 执行计算
BigInteger c=m.modPow(e,n);
分析：计算前面的公式：me mod n。BigInteger类中已经提供了方法modPow( )来执行这个计算。底数m执行这个方法，方法modPow( )的第一个参数即指数e，第二个参数即模n。方法返回的结果即公式me mod n的计算结果，即密文。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，
import java.security.*;
public class DigestPass{
public static void main(String args[ ]) throws Exception{
String x=args[0];
MessageDigest m=MessageDigest.getInstance("MD5");
m.update(x.getBytes("UTF8"));
byte s[ ]=m.digest( );
String result="";
for (int i=0; i<s.length; i++){
result+=Integer.toHexString((0x000000ff & s[i]) |
0xffffff00).substring(6);
}
System.out.println(result);
}
}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但是在任务三中由于阻塞的原因，将DataOutputStream更改为PrintWriter，将DataInputStream更改为BufferReader，解决了阻塞问题。
- 由于阻塞问题，可用