信息安全综合实践.docx

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信息安全综合实践

目录

实验一网络通信安全

1.1实验目的

1.2实验内容

1.3相关知识

1.4实验成果

1.5实验小结

实验二网络攻防

2.1实验目的

2.2实验内容

2.3实验原理

2.4实验步骤

2.5实验小结

实验三Web服务器配置

3.1实验目的

3.2实验要求

3.3实验内容

3.4实验小结

实验四信息系统安全

4.1实验目的

4.2实验内容

4.3开发环境

4.4系统实现

4.5实验小结

实验一网络通信安全

1.1实验目的

通过本章的学习，使学生掌握密码学在通信安全中的具体应用。

基本要求能够实现客户服务器通信，能够使用AES算法实现消息的加密与解密，对优秀的学生要求能够实现数字签名的生成与验证

1.2实验内容

（1）实现客户服务器之间的通信；

（2）发送方传输的消息使用AES加密，接收方对消息解密获取明文；

（3）发送方传输的消息使用HMAC处理，接收方验证消息的完整性；

（4）发送方对传输的消息使用RSA进行签名，接收方验证数字签名。

1.3相关知识

1.3.1对称密码AES

1997年美国国家标准和技术委员会NIST宣布征集一个新的对称密钥分组密码算法，以取代DES作为新的加密标准，新的算法被命名为高级加密标准AES。

经过角逐，由比利时密码学家Daemen和Rijment共同设计的Rijndael算法成为最后赢家。

目前的AES算法是一个迭代型分组密码，其分组长度和密钥长度都可变，各自支持128比特、192比特、256比特。

与DES相同，AES也是由最基本的变换单位——“轮”多次迭代而成的，当分组长度和密钥分组长度均为128bit时，轮数为N=10。

AES的轮（除最后一轮）变换由四个不同的变换组成，这些变化被称之为内部轮函数，可以表示成如下形式：

Round（State，RoundKey）{

SubBytes（State）；

ShiftRows（State）；

MixColumns（State）；

AddRoundKey（State，RoundKey）；}

State表示消息矩阵；RoundKey表示轮密钥矩阵；SubBytes（State）为字节代替变换、ShiftRows（State）为行移位变换、MixColumns（State）为列混合变换、AddRoundKey（State，RoundKey）为与子密钥异或。

最后一轮略微不同，将其记为FinalRoundKey（State，RoundKey），相当于前面的Round（State，RoundKey）去掉MixColumns（State）。

对于加密来说，输入到第一轮的State就是明文消息矩阵，最后一轮输出的State就是对应的密文消息矩阵。

AES的解密变换和加密变换时互逆的，轮函数也分为4层，分别为InvShiftRow（State）逆行移位变换、InvByteSub（State）逆字节代替变换、AddRoundKey（State，RoundKey）与子密钥位异或和InvMixColumn（State）逆列混合变换，可表示为：

InvRound（State，RoundKey）{

InvShiftRow（State）；

InvByteSub（State）；

AddRoundKey（State，RoundKey）；

InvMixColumn（State）；}

AES加密过程

1.3.2公钥密码RSA

RSA公钥加密算法是1977年由RonRivest、AdiShamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。

RSA取名来自开发他们三者的名字。

RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。

RSA算法基于一个十分简单的数论事实：

将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

算法描述：

（1）密钥的产生

选择两个保密的大素数p和q；计算n=p*q，φ（n）=（p-1）（q-1）,其中，φ（n）是n的欧拉函数值；选一整数e，满足1

（2）加密

加密时首先将明文比特串分组，是的每个分组对应的十进制数小于n，然后对每个明文分组m，做加密运算：

c=mmodn。

（3）解密

对密文分组的解密运算为：

m=cmodn。

RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在已近二十年，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。

1.4实验成果

我们使用JAVA语言（eciple工具）完成实验。

1.4.1代码分析

思路分析：

首先完成客户服务器通信模块，然后插入加密模块

下面贴出部分代码以供分析

发送部分：

packagekehuduan;//客户端的程序代码

importjava.awt.BorderLayout;

import.*;

importjavax.crypto.Cipher;

importjavax.crypto.spec.SecretKeySpec;

importjavax.swing.JPanel;

importjavax.swing.JFrame;

importjava.awt.Panel;

importjava.awt.Rectangle;

importjava.awt.GridBagLayout;

importjavax.swing.JLabel;

importjavax.swing.JTextField;

importjavax.swing.JButton;

import.DatagramPacket;

import.DatagramSocket;

import.InetAddress;

importjava.security.Key;

publicclassKehuduanextendsJFrame{

privatestaticfinallongserialVersionUID=1L;

privateJPaneljContentPane=null;

privateJLabeljLabel=null;

privateJTextFieldjTextField=null;

privateJTextFieldjTextField1=null;

privateJButtonjButton=null;

privateJLabeljLabel1=null;

publicKehuduan（）{

super（）;

initialize（）;

}

privatevoidinitialize（）{

this.setSize（398,258）;

this.setContentPane（getJContentPane（））;

this.setTitle（"客户端"）;

}

privateJPanelgetJContentPane（）{

if（jContentPane==null）{

jLabel1=newJLabel（）;

jLabel1.setBounds（newRectangle（21,61,116,21））;

jLabel1.setText（"输入发送的消息：

"）;

jLabel=newJLabel（）;

jLabel.setBounds（newRectangle（20,12,115,25））;

jLabel.setText（"服务器的ip地址：

"）;

jContentPane=newJPanel（）;

jContentPane.setLayout（null）;

jContentPane.add（jLabel,null）;

jContentPane.add（getJTextField（）,null）;

jContentPane.add（getJTextField1（）,null）;

jContentPane.add（getJButton（）,null）;

jContentPane.add（jLabel1,null）;

}

returnjContentPane;

}

privateJTextFieldgetJTextField（）{

if（jTextField==null）{

jTextField=newJTextField（）;

jTextField.setBounds（newRectangle（152,12,208,26））;

}

returnjTextField;

}

privateJTextFieldgetJTextField1（）{

if（jTextField1==null）{

jTextField1=newJTextField（）;

jTextField1.setBounds（newRectangle（22,98,341,67））;

}

returnjTextField1;

}

publicstaticStringEncrypt（StringsSrc,StringsKey）throwsException

//加密函数

{

if（sKey==null）{

System.out.print（"Key为空null"）;

returnnull;

}

//判断Key是否为16位

if（sKey.length（）!

=16）

{System.out.print（"Key长度不是16位"）;

returnnull;}

byte[]raw=sKey.getBytes（"ASCII"）;

SecretKeySpecskeySpec=newSecretKeySpec（raw,"AES"）;

Ciphercipher=Cipher.getInstance（"AES"）;

cipher.init（Cipher.ENCRYPT_MODE,skeySpec）;

byte[]encrypted=cipher.doFinal（sSrc.getBytes（））;

returnbyte2hex（encrypted）.toLowerCase（）;

}

publicstaticStringbyte2hex（byte[]b）

{Stringhs="";

Stringstmp="";

for（intn=0;n

{stmp=（java.lang.Integer.toHexString（b[n]&0XFF））;

if（stmp.length（）==1）

{hs=hs+"0"+stmp;}

else

{hs=hs+stmp;}

}

returnhs.toUpperCase（）;

}

privateJButtongetJButton（）{

if（jButton==null）{

jButton=newJButton（）;

jButton.setBounds（newRectangle（130,178,115,35））;

jButton.setText（"发送"）;

jButton.addMouseListener（newjava.awt.event.MouseAdapter（）{publicvoidmouseClicked（java.awt.event.MouseEvente）{

//System.out.println（"mouseDragged（）"）;//TODOAuto-generatedEventstubmouseDragged（）

Stringip=jTextField.getText（）;

Stringmiyao="1234567890abcDEF";

Stringmingwen=jTextField1.getText（）;

Stringentring=null;

try{

entring=Kehuduan.Encrypt（mingwen,miyao）;

}catch（Exceptione1）{

//TODOAuto-generatedcatchblock

e1.printStackTrace（）;

}

try{

DatagramSocketDS=newDatagramSocket（）;

DatagramPacketDP=newDatagramPacket（entring.getBytes（）,entring.getBytes（）.length,

InetAddress.getByName（ip）,3333）;

DS.send（DP）;

DS.close（）;}

catch（Exceptionexcep）{}}

}）;

}

returnjButton;}

}

接收部分：

packagefuwuqi;//服务器端的程序代码

importjava.awt.BorderLayout;

importjavax.swing.JPanel;

importjavax.swing.JFrame;

importjavax.swing.JLabel;

importjava.awt.Rectangle;

importjavax.swing.JTextField;

importjavax.swing.JButton;

import.DatagramPacket;

import.DatagramSocket;

importjavax.crypto.*;

importjavax.crypto.spec.*;

publicclassFuwuqiextendsJFrameimplementsRunnable{

privatestaticfinallongserialVersionUID=1L;

privateJPaneljContentPane=null;

privateJLabeljLabel=null;

privateJLabeljLabel1=null;

privateJTextFieldjTextField=null;

privateJButtonjButton=null;

privateJTextFieldjTextField1=null;

publicFuwuqi（）{

super（）;

initialize（）;

}

privatevoidinitialize（）{

this.setSize（376,260）;

this.setContentPane（getJContentPane（））;

this.setTitle（"服务器"）;

this.setVisible（true）;}

privateJPanelgetJContentPane（）{

if（jContentPane==null）{

jLabel1=newJLabel（）;

jLabel1.setBounds（newRectangle（24,156,56,44））;

jLabel1.setText（"明文：

"）;

jLabel=newJLabel（）;

jLabel.setBounds（newRectangle（25,27,54,41））;

jLabel.setText（"密文：

"）;

jContentPane=newJPanel（）;

jContentPane.setLayout（null）;

jContentPane.add（jLabel,null）;

jContentPane.add（jLabel1,null）;

jContentPane.add（getJTextField（）,null）;

jContentPane.add（getJButton（）,null）;

jContentPane.add（getJTextField1（）,null）;}

returnjContentPane;

}

privateJTextFieldgetJTextField（）{

if（jTextField==null）{

jTextField=newJTextField（）;

jTextField.setBounds（newRectangle（101,11,242,71））;}

returnjTextField;

}

privateJButtongetJButton（）{

if（jButton==null）{

jButton=newJButton（）;

jButton.setBounds（newRectangle（122,96,70,26））;

jButton.setText（"解密"）;

jButton.addMouseListener（newjava.awt.event.MouseAdapter（）{

publicvoidmouseClicked（java.awt.event.MouseEvente）{

//System.out.println（"actionPerformed（）"）;//TODOAuto-generatedEventstubactionPerformed（）

Stringdrc=jTextField.getText（）;

Stringmiyao="1234567890abcDEF";//给定的密钥

Stringsrc=null;

try{

src=Decrypt（drc,miyao）;

//根据发送过来的加密内容以及密钥进行相应的解密工作

}catch（Exceptione1）{

//TODOAuto-generatedcatchblock

e1.printStackTrace（）;}

jTextField1.setText（src.trim（））;

}

}）;

}

returnjButton;

}

publicvoidrun（）//真正的执行函数

{while（true）

{

byte[]buf=newbyte[100];

try{

DatagramSocketDS=newDatagramSocket（3333）;

DatagramPacketDP=newDatagramPacket（buf,buf.length）;

DS.receive（DP）;

jTextField.setText（newString（DP.getData（））.trim（））;

DS.close（）;

Thread.sleep（200）;

}catch（Exceptionexcep）{}

}

}

publicstaticStringDecrypt（StringsSrc,StringsKey）throwsException

{//解密的函数

try{//判断Key是否正确

if（sKey==null）

{System.out.print（"Key为空null"）;

returnnull;}

//判断Key是否为16位

if（sKey.length（）!

=16）

{System.out.print（"Key长度不是16位"）;

returnnull;}

byte[]raw=sKey.getBytes（"ASCII"）;

SecretKeySpecskeySpec=newSecretKeySpec（raw,"AES"）;

Ciphercipher=Cipher.getInstance（"AES"）;

cipher.init（Cipher.DECRYPT_MODE,skeySpec）;

byte[]encrypted1=hex2byte（sSrc）;

try{

byte[]original=cipher.doFinal（encrypted1）;

StringoriginalString=newString（original）;

returnoriginalString;

}catch（Exceptione）{

System.out.println（e.toString（））;

returnnull;

}

}catch（Exceptionex）{

System.out.println（ex.toString（））;

returnnull;}

}

publicstaticbyte[]hex2byte（Stringstrhex）

{if（strhex==null）{returnnull;}

intl=strhex.length（）;

if（l%2==1）{returnnull;}

byte[]b=newbyte[l/2];

for（inti=0;i!

=l/2;i++）

{b[i]=（byte）Integer.parseInt（strhex.substring（i*2,i*2+2）,16）;}

returnb;

}

privateJTextFieldgetJTextField1（）{

if（jTextField1==null）{

jTextField1=newJTextField（）;

jTextField1.setBounds（newRectangle（107,139,237,76））;}