实验五《网络编程与安全》
实验目的
一、结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 ，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
二、 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP，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
三、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
四、客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
五、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
实验内容及步骤
（一）结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 ，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
1、设置IP地址
- 通过输入
ipconfig指令来查询IP地址
2、结对实现中缀表达式转后缀表达式的功能 MyBC.java，进行测试
3、 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
4、知识点
- 中缀式转化后缀式
- 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。
- 算符优先法求解表达式
建立符号运算的优先级关系表
- 设操作栈OPND、运算符栈OPTR，最低符号#压进OPTR
- 读入字符C，C若是操作数, 进OPND；若是运算符，与OPTR栈顶元素(A)比较，根据算符优先级，决定如何处理：
- A<C， C压入OPTR栈；
- A=C， A从OPTR出栈；
- A>C，A出栈，从OPND依次弹出两个操作数y、x, 计算Z=x A y，Z压入OPND栈。C压进OPTR.
重复上步操作直至表达式结果
（二）结对编程
基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP，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；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； 客户端显示服务器发送过来的结果
- Client
/***Created by xiang on 2018/5/23.*/import java.io.BufferedReader;import java.io.DataInputStream;import java.io.DataOutputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStreamReader;import java.net.Socket;public class Client { public static final String IP_ADDR = "127.0.0.1";//服务器地址 public static final int PORT = 12345;//服务器端口号 public static void main(String[] args) { System.out.println("客户端启动..."); System.out.println("当接收到服务器端字符为 \"OK\" 的时候, 客户端将终止\n"); while (true) { Socket socket = null; try { //创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号 socket = new Socket(IP_ADDR, PORT); //读取服务器端数据 DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream()); //向服务器端发送数据 DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream()); System.out.print("请输入: \t"); String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine(); MyBC turner = new MyBC(); String str1 = turner.turn(str); int length=0,i=0; while(str1.charAt(i)!='\0'){ length++; i++; } String str2 = str1.substring(1,length-1); out.writeUTF(str2); String ret = input.readUTF(); System.out.println("服务器端返回过来的是: " + ret); /*if ("OK".equals(ret)) { System.out.println("客户端将关闭连接"); Thread.sleep(500); break; }*/ out.close(); input.close(); } catch (Exception e) { System.out.println("客户端异常:" + e.getMessage()); } finally { if (socket != null) { try { socket.close(); } catch (IOException e) { socket = null; System.out.println("客户端 finally 异常:" + e.getMessage()); } } } } }} - 测试结果
（三）加密结对编程
- 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
- 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
- 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
- 客户端显示服务器发送过来的结果
- client3
/***Created by xiang on 2018/5/24.*/import java.io.BufferedReader;import java.io.DataInputStream;import java.io.DataOutputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStreamReader;import java.net.Socket;public class Client2 { public static final String IP_ADDR = "127.0.0.1";//服务器地址 public static final int PORT = 1234;//服务器端口号 public static void main(String[] args) { System.out.println("客户端启动..."); System.out.println("当接收到服务器端字符为 \"OK\" 的时候, 客户端将终止\n"); while (true) { Socket socket = null; try { //创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号 socket = new Socket(IP_ADDR, PORT); //读取服务器端数据 DataInputStream input = new DataInputStream(socket.getInputStream()); //向服务器端发送数据 DataOutputStream out = new DataOutputStream(socket.getOutputStream()); System.out.print("请输入: \t"); String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine(); MyBC turner = new MyBC(); 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(); String str1 = turner.turn(str); int length=0,i=0; while(str1.charAt(i)!='\0'){ length++; i++; } String str2 = str1.substring(1,length-1); out.writeUTF(str2); String ret = input.readUTF(); System.out.println("服务器端返回过来的是: " + ret); // 如接收到 "OK" 则断开连接 /*if ("OK".equals(ret)) { System.out.println("客户端将关闭连接"); Thread.sleep(500); break; }*/ out.close(); input.close(); } catch (Exception e) { System.out.println("客户端异常:" + e.getMessage()); } finally { if (socket != null) { try { socket.close(); } catch (IOException e) { socket = null; System.out.println("客户端 finally 异常:" + e.getMessage()); } } } } }} - SEnc
/***Created by xiang on 2018/5/24.*/import java.io.*;import java.security.*;import javax.crypto.*;public class SEnc{ static String s; public SEnc(String s){ this.s = s; } public void encrypt(){ try{ FileInputStream f=new FileInputStream("key1.dat"); ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f); Key k=(Key)b.readObject( ); Cipher cp=Cipher.getInstance("DESede"); cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k); byte ptext[]=s.getBytes("UTF8"); for(int i=0;i - 结果
（四）密钥分发结对编程
- 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
- 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
- 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
- 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
- 客户端显示服务器发送过来的结果
- Client4
/***Created by xiang on 2018/5/26.*/import java.io.*;import java.net.Socket;public class Client4 { public static void main(String[] args) { Socket s = null; try { s = new Socket("172.30.0.159", 4004); }catch (IOException e) { System.out.println("未连接到服务器"); } try { DataInputStream input = new DataInputStream(s.getInputStream()); System.out.print("请输入: \t"); String str = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine(); MyBC turner = new MyBC(); String str1 = turner.turn(str); int length = 0, i = 0; while (str1.charAt(i) != '\0') { length++; i++; } String str2 = str1.substring(1, length - 1); SEnc senc = new SEnc(str2);//指定后缀表达式为明文字符串 senc.encrypt();//加密 }catch(Exception e) { System.out.println("客户端异常:" + e.getMessage()); } File sendfile = new File("SEnc.dat"); File sendfile1 = new File("Keykb1.dat"); /**定义文件输入流，用来打开、读取即将要发送的文件*/ FileInputStream fis = null; FileInputStream fis1 = null; /**定义byte数组来作为数据包的存储数据包*/ byte[] buffer = new byte[4096 * 5]; byte[] buffer1 = new byte[4096 * 5]; /**定义输出流，使用socket的outputStream对数据包进行输出*/ OutputStream os = null; if(!sendfile.exists() || !sendfile1.exists()){ System.out.println("客户端：要发送的文件不存在"); return; } try { fis = new FileInputStream(sendfile); fis1 = new FileInputStream(sendfile1); } catch (FileNotFoundException e1) { e1.printStackTrace(); } try { PrintStream ps = new PrintStream(s.getOutputStream()); ps.println("111/#" + sendfile.getName() + "/#" + fis.available()); ps.flush(); } catch (IOException e) { System.out.println("服务器连接中断"); } try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e1) { e1.printStackTrace(); }传输的关键代码 try { /**获取socket的OutputStream，以便向其中写入数据包*/ os = s.getOutputStream(); /** size 用来记录每次读取文件的大小*/ int size = 0; /**使用while循环读取文件，直到文件读取结束*/ while((size = fis.read(buffer)) != -1){ System.out.println("客户端发送数据包，大小为" + size); /**向输出流中写入刚刚读到的数据包*/ os.write(buffer, 0, size); /**刷新一下*/ os.flush(); } } catch (FileNotFoundException e) { System.out.println("客户端读取文件出错"); } catch (IOException e) { System.out.println("客户端输出文件出错"); }finally{ try { if(fis != null) fis.close(); } catch (IOException e) { System.out.println("客户端文件关闭出错"); }//catch (IOException e) }//finally try { PrintStream ps1 = new PrintStream(s.getOutputStream()); ps1.println("111/#" + sendfile1.getName() + "/#" + fis1.available()); ps1.flush(); } catch (IOException e) { System.out.println("服务器连接中断"); } try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e1) { e1.printStackTrace(); } try { /**获取socket的OutputStream，以便向其中写入数据包*/ os = s.getOutputStream(); /** size 用来记录每次读取文件的大小*/ int size = 0; /**使用while循环读取文件，直到文件读取结束*/ while((size = fis1.read(buffer1)) != -1){ System.out.println("客户端发送数据包，大小为" + size); /**向输出流中写入刚刚读到的数据包*/ os.write(buffer1, 0, size); /**刷新一下*/ os.flush(); } } catch (FileNotFoundException e) { System.out.println("客户端读取文件出错"); } catch (IOException e) { System.out.println("客户端输出文件出错"); }finally{ try { if(fis1 != null) fis1.close(); } catch (IOException e) { System.out.println("客户端文件关闭出错"); }//catch (IOException e) }//finally try{ DataInputStream input = new DataInputStream(s.getInputStream()); String ret = input.readUTF(); System.out.println("服务器端返回过来的是: " + ret); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally { if (s != null) { try { s.close(); } catch (IOException e) { s = null; System.out.println("客户端 finally 异常:" + e.getMessage()); } } } }//public static void main(String[] args)}//public class ClientSend - 结果
（五）密钥分发结对编程
- 基于Java Socket实现客户端/服务器功能，传输方式用TCP
- 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
- 客户端和服务器用DH算法进行3DES或AES算法的密钥交换
- 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
- 客户端显示服务器发送过来的结果
- Client5
import java.io.*;import java.net.*;import java.security.MessageDigest;public class Client5 { public static void main(String args[]) throws Exception { MyBC turner = new MyBC(); 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(); try { Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 4700);//向本机的4700端口发出客户请求 BufferedReader sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));//由系统标准输入设备构造BufferedReader对象 PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());//由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象 BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));//由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象 String readline; readline =sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串 String x = readline; // 将客户端明文的Hash值传送给服务器 MessageDigest m2 = MessageDigest.getInstance("MD5"); m2.update(x.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("明文MD5值为:" + result); os.println(result);//通过网络将明文的Hash函数值传送到服务器 // String str = is.readLine();// 从网络输入流读取结果 System.out.println("从服务器接收到的结果为：" + result); // 输出服务器返回的结果 while (!readline.equals("bye")) {//若从标准输入读入的字符串为 "bye"则停止循环 readline = SEnc.Enc(turner.turn(readline)); os.println(readline); /*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加密后通过网络发送给服务器*/ //将从系统标准输入读入的字符串输出到Server os.flush(); //刷新输出流，使Server马上收到该字符串 System.out.println("Client:" + readline); //在系统标准输出上打印读入的字符串 System.out.println("Server:" + is.readLine()); //从Server读入一字符串，并打印到标准输出上 readline = sin.readLine(); //从系统标准输入读入一字符串 } //继续循环 os.close(); //关闭Socket输出流 is.close(); //关闭Socket输入流 socket.close(); //关闭Socket } catch (Exception e) { System.out.println("Error" + e); //出错，则打印出错信息 } }} - 结果
遇到问题及解决方案
问题1：无法进行测试
- 问题1解决方案：测试前应填入数据，再进行测试
问题2：进行测试时，报错
input exception reported
问题2解决方案：搜了一下，发现是格式的问题，字符间应有空格相连接
问题3：出现
java.net.SocketException: Connection reset,客户端输出文件出错
问题3解决方案：该异常在客户端和服务器端均有可能发生，引起该异常的原因有两个，第一个就是如果一端的Socket被关闭（或主动关闭或者因为异常退出而引起的关闭），另一端仍发送数据，发送的第一个数据包引发该异常(Connect reset by peer)。另一个是一端退出，但退出时并未关闭该连接，另一端如果在从连接中读数据则抛出该异常（Connection reset）。简单的说就是在连接断开后的读和写操作引起的。 在读取信息时不应该关闭客户端。
问题4：无法运行程序，报错
问题4解决方案：重新启动，或者换个端口，比如之前是
4004,就可以换成1234。
统计PSP(Personal Software Process)时间：
| 步骤 | 耗时（h） | 百分比 |
|---|---|---|
| 设计 | 2 | 20% |
| 代码实现 | 5 | 50% |
| 测试 | 2 | 20% |
| 分析总结 | 1 | 10% |
实验小结
本次实验过程中出现了很多问题，反反复复折腾了一周，不过在不断地从书中网上查询解决问题的过程中，收获颇丰。其实不管是学习生活还是今后工作，有时候需要适当地逼一下自己，可能在某一方面投入90%精力但仍不见希望时，我们需要做的可能就是再努力10%。这应该是本学期最后一次实验了，虽然Java实验真的磨人，不过不论从知识的提升还是耐力的磨练，总算是有所收获，还是挺感谢娄老师。希望自己以后也能屏住最后一口气，撑住往前走。