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网络安全私聊系统客户端设计与实现姓 名： 尹 红 姿学 号： 01110272Y06 班 级：11gb软件工程二 班同 组 者： 宋 琦 指导老师： 阮 鸥 2014年05月网络安全私聊系统客户端设计与实现摘要： 随着网络信息时代的到来，给人们带来了很多便利，人们都渐趋足不出户，做什么事都尽量通过网络来实现。自然网聊也就成为人们沟通的主流方式，并且网聊是免费的，这是受欢迎的主要原因之一，此外，网聊还可以视频语音等，比一般通讯工具方便省事多了，因此得到很多人的青睐。而对于工作的人来说更是必要，但是网聊问题也随之而来，主要体现在信息传输的安全上，有些信息并不是公开的，尤其是一些机密的信息，这就使得人们开始关注信息传输安全问题，故设计出一款具有加密功能的聊天系统迫在眉睫、刻不容缓。本系统正是基于以上原因而设计的加密聊天程序。聊天程序采用服务器/客户端模式。在Linux环境下采用socket套接口编程，服务器程序以创建线程池的方式为每一个客户服务。聊天内容由服务器转发。在聊天程序中加入了对称加密算法DES和非对称加密算法RSA。其基本实现是由服务器端生成RSA的公钥和私钥，由客户端生成DES对称密钥，服务器端传送公钥至客户端加密DES密钥之后回传服务器，服务器再用本地的私钥解密获得DES密钥。此后双方的通信由DES密钥加密后传送，这样既能高效的加密明文又能在信道上安全的传送密钥使得密钥间的共享成为现实。关键字： 加密 即时通信 线程 服务器 Network security private chat and implementation of client system With the advent of the information age network, has brought people a lot of convenience, people tended to remain within doors, do what thing as far as possible through the network to achieve. The natural net chat will become the main way for people to communicate, and chat network is free, this is one of the main reasons, popular in addition, chat can also video voice communication tool, is convenient save trouble is much, so many people of all ages. And for the work of the people is necessary, but the net chats the attendant problems, mainly reflected in the safety of information transmission, some information is not open to the public, especially some secret information, which makes people begin to pay attention to security information transmission problems, so the design with a chat system encryption function, imminent crunch time. This system is designed based on the above reasons encrypted chat program. Chat program adopts the client / server mode. Using the socket interface in the Linux programming environment, the server program to create the thread pool mode for each customer service. Chat content transmitted by the server. In the chat program into a symmetric encryption algorithm DES and the non symmetric encryption algorithm RSA. The basic implementation of RSA public key and private key is generated by the server, the DES symmetric key generation by the client, the server transmits the public key to the client DES encryption key back to server, server and local private key DES key. After the two sides of communication by the DES key encryption transmission, it can effectively encrypt plaintext and can be transmitted on a channel key security makes sharing becomes a key.Key words ：Encryption Instant Communication Thread Server一 引言1.1设计背景： 近年来计算机技术的快速发展，特别是计算机网络的发展，越来越深刻的改变了人们生活的方方面面，使得人们能以更低廉的价格，开发出更方便、更实用的网络工具。各种在线服务系统，更是深刻的影响了人们的联系方式，使得人们可以在远隔千里之遥随时通讯。网络聊天系统作为一种方便人们之间联系的实用系统便应运而生。网络聊天系统是为人与人之间进行交流和联系提供的一个平台。通过提供完善的聊天服务和规范的管理，可以达到增进人与人之间的感情，促进人们之间的沟通，方便人们联系的目的；同时本系统可以拉近人与人之间的距离，丰富人们的业余时间，为人们在网络中交友提供了便捷的渠道。我们觉得随着计算机网络日新月异的发展，人们的交流方式越来越多，传统的交流方式，如：信件、电报、电话等已经难以满足人们的交流要求，在互联网上即时的和好友取得联系，已经成为当今社会人们主流的联系方式。两台计算机之间进行即时通讯、发送文件等交流方式已经成为时代的潮流。因此出现了QQ等聊天工具。然而QQ等聊天工具虽然方便、实用，但是，娱乐功能太多，有很多吸引人的娱乐功能，从一定程度上来说，是一种娱乐工具，不能作为用于作为即时通讯、文件共享的专用工具。目前，用于实现单一的即时通讯、文件共享的软件实在太少，并且，它们中大部分都是绝对的C/S模式，对远程服务器有非常大的依赖性，没有彻底实现点对点的交流。在常见的聊天室开发中，有基于ASP、基于socket、基于JAVA开发的聊天室，本系统采用基于.NET的ASP.NET开发。.NET是Microsoft推出的基于Internet的应用程序开发平台，通过.NET可以将用户数据存放在网络上，并且随时随地使用户可以使用与.NET兼容的设备访问所有重要数据，使以前的web站点信息“孤岛”变成了“组合体”，.NET平台构成了独立于语言，可在.NET兼容的各种设备上运行的应用程序的基础。因此，采用.NET开发在线聊天系统可以提高开发效率和系统性能。网上聊天系统是常见的，也是比较有代表性的Internet应用系统之一，其实现的难点是聊天怎样保存聊天内容以及怎么样将聊天的信息及时快捷地在服务器和用户之间进行传递和共享。目前常见的聊天内容保存方式有三种：利用数据库直接保存聊天内容；利用文本文件保存聊天内容和利用Application对象保存聊天内容。这三种聊天内容保存方法的基本过程和开发的难易程度相似。因为在聊天过程中客户端需要频繁地向服务器端读写信息，而数据库和文本文件的读写都需要消耗一定的服务器资源，速度相对Application要慢一些，因此网上聊天系统一般利用Application对象存储聊天过程中的相关信息。1.2 设计目的及意义：聊天程序是否加密关系着用户的切身利用。为了保卫公民隐私权不受到网络黑客的不法侵犯，开发加密传输信息的聊天程序有着重大意义。聊天程序的加密特性对用户应该是透明的。正如前面分析，如果以安装插件的方式加密聊天程序很可能造成通信双方加密不一致的情况。因此将加密算法内嵌入聊天程序可以保证通信双方均能正常通信。传统的对称加密算法如DES虽然可以快速的加密和解密明文，然而其密钥难以分配和管理。如果让通信双方相互约定密钥显然是不合适的，因此最好的方式是由一方产生密钥然后传送给另一方。基于公钥的非对称加密体制的引入正是用于解决对称加密算法在密钥管理上的不足，但是非对称加密算法如RSA存在运算强度过大、费时较长等问题。如果直接用于加密聊天程序，其生成密钥和加密解密所需时间是人们在通信过程中所不能容忍的，采取将两种加密算法相结合的方式可以很好的解决以上问题，从而达到安全快速的加密数据。二 系统需求分析2.1 开发环境操作系统环境：windows 7 64位旗舰版RAM 4.0GBCPU 2.30软件介绍：IIS服务器 IIS（Internet信息服务器）是InternetInformationServer的缩写，是微软提供的Internet服务器软件，包括Web服务器、FTP服务器、NNTP服务器和SMTP服务器，分别用于网页浏览、文件传输、新闻服务和邮件发送等方面，它使得在网络（包括互联网和局域网）上发布信息成了一件很容易的事。visual studio 2010 即 Microsoft Visual Studio 2010 。 Visual Studio是微软公司推出的开发环境。是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境。Visual Studio 2010版本于2010年4月12日上市，其集成开发环境（IDE）的界面被重新设计和组织，变得更加简单明了。Visual Studio 2010同时带来了 NET Framework 4.0、Microsoft Visual Studio 2010 CTP( Community Technology Preview-CTP)，并且支持开发面向Windows 7的应用程序。除了Microsoft SQL Server，它还支持 IBM DB2和Oracle数据库。Microsoft Visual Studio 2010 采用拖曳式便能完成软件的开发。简简单单的操作便可以实现一个界面的生成。但拖曳的界面，也应当有相应的代码来实现功能。Microsoft Visual Studio 2010支持C#、C+ 、VB。 可以快速实现相应的功能。新的代码编辑器使代码更容易阅读。您可以通过在按住 Ctrl 的同时滚动鼠标滚轮来进行缩放。此外，当您在 Visual C# 或 Visual Basic 中单击某个符号时，该符号的所有实例都将自动突出显示。新的“定位到”功能对文件、类型和成员提供“键入时即开始搜索”支持。“定位到”使您能够利用 Camel 大小写格式和下划线来缩写搜索文本。例如，可以使用“AOH”来搜索“AddOrderHeader”。在 Visual C# 和 Visual C+ 中，调用层次结构使您能够从一个成员定位到它的调用方成员以及它的被调用方成员。在浏览面向对象的代码时，这十分有用。安装好的visual studio 2010 界面SQLServer2000SQL(StructuredQueryLanguage)是一个非过程化的语言，它允许用户在高层的数据结构上工作，而不对单个记录进行操作，可操作记录集。所有SQL语句接受集合作为输入，返回集合作为输出。SQL的集合特性允许一条SQL语句的结果作为另一条SQL语句的输入。SQL不要求用户指定对数据的存放方法。这种特性使用户更易集中精力于要得到的结果。所有SQL语句使用查询优化器，它是RDBMS的一部分，由它决定对指定数据存取的最快速度的手段。查询优化器知道存在什么索引，哪儿使用合适，而用户从不需要知道表是否有索引，表有什么类型的索引。SQL可用于所有用户的DB活动模型，包括系统管理员、数据库管理员、应用程序员、决策支持系统人员及许多其它类型的终端用户。基本的SQL命令只需很少时间就能学会，最高级的命令在几天内便可掌握。SQL为许多任务提供了命令，包括：查询数据；在表中插入、修改和删除记录；建立、修改和删除数据对象；控制对数据和数据对象的存取；保证数据库一致性和完整性。由于所有主要的关系数据库管理系统都支持SQL语言，用户可将使用SQL的技能从一个RDBMS转到另一个。所有用SQL编写的程序都是可以移植的。2.2 技术分析线程池在传统的UNIX模型中，当一个进程需要另一个实体来完成某事时，它就fork一个子进程并让子进程去执行处理。Unix上的大多数网络服务器程序就是这么编写的，父进程accept一个连接，fork一个子进程，该子进程处理与该连接对端的客户之间的通信。尽管这种范式多少年来一直良好地服务着，fork调用却存在一些问题：1 fork是昂贵的。fork要把父进程的内存映象拷贝到子进程，并在子进程中复制所有描述字，如此等等。2 fork返回之后父进程之间信息的传递需要进程间通信（IPC）机制。调用fork之前父进程向尚存在的子进程传递信息相当容易。因为子进程将从父进程数据空间及所有描述字的一个拷贝开始运行。然而从子进程往父进程返回信息却比较费力。线程有助于解决这两个问题。线程有时称为轻权进程（lightweight process），因为线程比进程“权重轻些”。也就是说，线程的创建可能比进程的创建快10100倍。线程池是指在服务器启动阶段预先创建一系列线程阻塞于accept调用，每个客户由当前可用线程池中的某个（闲置）线程处理。这种处理方式比通常的客户连接到来时临时创建线程为其服务要快得多。可以获得很好的性能加速。DES算法DES是Data Encryption Standard（数据加密标准）的缩写。它是由IBM公司研制的一种加密算法，美国国家标准局于1977年公布把它作为非机要部门使用的数据加密标准，二十年来，它一直活跃在国际保密通信的舞台上，扮演了十分重要的角色。DES是一个分组加密算法，它以64位为分组对数据加密。同时DES也是一个对称算法：加密和解密用的是同一个算法。它的密钥长度是56位（因为每个第8位都用作奇偶校验），密钥也可以是任意的56位数，而且可以任意时候改变。其中有极少量的数被认为是弱密钥，但是很容易避开它们。所以保密性依赖于密钥。 RSA算法1978年，美国麻省理工学院（MIT）的研究小组成员Ronald L Rivest、Adi Shamir、 Leonard Adleman提出了一种基于公开密钥密码体制的优秀加密算法RSA算法。RSA的取名就是来自这三位发明者姓氏的第一个字母。该算法以其较高的保密强度逐渐成为一种广为接受的公钥密码体制算法。RSA算法是一种分组密码体制算法，它的保密强度是建立在具有大素数因子的合数，其因子分解NP（Nondeterministic Polynomial）完全问题这一数学难题的基础上的，因此RSA算法具有很强的保密性。RSA算法研制的最初目标是解决DES算法秘密密钥利用公开信道传输分发困难的难题，而实际结果不但很好地解决了这个难题；还可利用RSA来完成对消息的数字签名以防对消息的抵赖；同时还可以利用数字签名发现攻击者对消息的非法篡改，以保护数据信息的完整性。RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。RSA是被研究得最广泛的公钥算法，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。RSA得到了世界上的最广泛的应用，并于1992年ISO国际标准化组织在其颁发的国际标准X.509中，将RSA算法正式纳入国际标准。2.3系统分析系统目标设计当今社会，计算机网络已经成为人们生活中不可缺少的一部分。人们从互连网上获取信息与朋友交流，网络应用越来越广泛，而网站如雨后春笋般地一个接着一个冒出来，而提供静态信息的HTML网页并没有办法达到与用户交互的目的，来产生更进一步的网站功能，才出现了各种交互式网页技术。可以说网上聊天系统是为人们进行交流和联系提供的一个平台。利用现代的网络资源优势和技术优势，通过提供完善的网上聊天系统的管理，以达到增进人们与人们之间的信息交流和沟通的目的，并以此加快人们的信息化建设。该系统的设计目标是完成一个基于浏览器/服务器方式的多功能的网络聊天系统，客户通过浏览器可以发送信息，然后其他所有用户接收到该信息并将其显示在界面中，服务器对信息进行有关处理并向适当的用户发送，同时在服务器端还将显示所有的在线用户，每个用户能通过Internet和其他用户进行聊天。此软件是为了方便人们交流，实现一个简单的网络聊天系统，有注册、登录、聊天等基本功能。系统可行性分析可行性分析（FeasibilityAnalysis）也称为可行性研究，是在系统调查的基础上，针对新系统的开发是否具备必要性和可能性，对新系统的开发从技术、经济、社会的方面进行分析和研究，以避免投资失误，保证新系统的开发成功。可行性研究的目的就是用最小的代价在尽可能短的时间内确定问题是否能够解决。该系统的可行性分析包括以下几个方面的内容。技术可行性分析经过认真的讨论分析，综合各种计算机高级语言的特征和适应范围，最终我们决定选来完成毕业设计，下面就技术可行性方面，对其作一简要介绍。绍技术上的可行性分析主要分析技术条件能否顺利完成开发工作，硬、软件能否满足开发者的需要等。该聊天系统采用了Browser/Server模式进行开发。数据库服务器选用SQLServer2000数据库，它能够处理大量数据，同时保持数据的完整性并提供许多高级管理功能。它的灵活性、安全性和易用性为数据库编程提供了良好的条件。因此，系统的软件开发平台已成熟可行。硬件方面，科技飞速发展的今天，硬件更新的速度越来越快，容量越来越大，可靠性越来越高，价格越来越低，其硬件平台完全能满足此系统的需要。时机可行性目前，网络已经遍布全球，人们与人们之间的竞争日趋激烈，人们与人们之间的竞争已经上到一个新的高度，那就是信息化战争。最新的信息就是最好的竞争手段的实力，网上聊天系统就是获取最新信息的一个好途径。因此，建立一个网上聊天系统是事在必行。综上所述，此系统开发目标已明确，在技术和经济等方面都可行，并且投入少、见效快。因此系统的开发是完全可行的。 三 客户端系统设计3.1系统功能需求分析 在可行性分析阶段已经粗略的研究了该项目的需求，并分析了开发平台及软件的可行性，但为了准确的确定目标系统必须做什么，了解用户的明确需求，在相关部门进行了详细的调研，进一步明确了作者所实现子系统的功能。客户端处理部分：获取界面元素；得到聊天内容；与服务器交互；更新客户端页面；响应用户事件。服务器端响应部分：提供聊天室界面元素信息；获得提交数据；数据合法性验证；聊天内容入库；返回聊天内容。3.2总体设计 如图所示，本系统采用C/S模式。1 由客户端向服务器端发送消息，服务器端接受消息后进行处理，再向客户端产生消息机制。2 客户端产生生成DES密钥，服务器端在启动时初始化产生RSA公钥和私钥。当客户端向服务器发起连接时，服务器送出RSA公钥，客户端用取得的公钥加密产生的DES私钥回传服务器。3 最后服务器与客户端双方的通信均由DES加密算法加密通信明文。3.3功能模块实现1服务器端（1）服务器端应当建立一个ServerSocket，并且不断进行侦听是否有用户客服端连接或者断开连接，即用户的登录时间。服务端得实现体现在聊天服务器窗口上，可以保存日志，向用户发送系统消息。（2）服务器端应当是一个信息发送和接受中心，也就是一个中转站。所有客户端的信息都传到服务器端，由服务器端根据要求分发信息。且服务器接受和发送的都是由客服端加密后东西。这样保证了消息传送的安全性。以上就是服务器端最主要的两个任务。不难看出，服务器端的任务并不复杂。2客户端客户端应该完成的工作包括：（1）加密自己要发送的信息，且要发送消息验证码和防重放的随机数。（2）与服务器端建立通信通道，向服务器端发送加密后的信息。（3）接收来自服务器的信息。相对服务器而言，客户端的任务主要就是保证消息的安全性、保密性、完整性等， 在包含的文件夹里，有各种头文件，资源文件，数据库文件等。然后进行代码的编写及关联，调试，编译，运行等。在此工程中。出现的各种问题，需要我们进行手动的调试。 资源文件 各种包含的头文件 各种源文件 在创建的的工程项目里面采用我们熟悉的MFC进行界面的设置最终实现两个界面的布局，这两个界面可以用来及时进行通讯。界面的实现了通讯的及时性，有效性，友好性等多重功能的要求，界面简洁，实现了使我们尊崇的标准。两个界面同时实现消息的输入，输出功能。4 客户端系统的实现 在完成了基本的界面设置以后，我们现在要着手与对聊天消息的一个加密和解密。以实现他的安全性。在基于聊天系统的及时通讯中，其主要特性是能动态、实时的、安全的完成信息的传递，且具有高效的交互性，更有效的处理客户请求，易于维护和更新，且具有加密解密功能，以便对自己隐私的一种保护。DESede和HmacMD5加密方法实现消息的加密，完整性检查和防重放的功能：客户端A加密消息：采用的是DESede加密算法，CBC加密模式，PKCS5Padding填充方式。客户端A先把信息和客户端B的随机数number加密后密文存在log.txt文件里，然后读取文件的密文内容传入服务器。服务器把密文传给指定客户端Btry Random r=new Random();int number= r.nextInt();new SEncCBC(txtMessage.getText()+n+随机数：+number);/对文本框的内容进行加密FileInputStream f2=new FileInputStream(log.txt); /将文档中存放的加密的内容读取出来InputStreamReader dis=new InputStreamReader(f2); BufferedReader reader=new BufferedReader(dis); String s=reader.readLine(); try / 获取初始向量FileInputStream f=new FileInputStream(log.txt);byte rand=new byte8;f.read(rand);IvParameterSpec iv=new IvParameterSpec(rand);/获取密文int num=f.available();byte ctext=new bytenum;f.read(ctext);/获取密钥FileInputStream f2=new FileInputStream(key1.txt);ObjectInputStream b=new ObjectInputStream(f2);Key k=(Key)b.readObject( );/获取密码器，执行加密Ciphercp=Cipher.getInstance(DESede/CBC/PKCS5Padding);cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k, iv);byte ptext=cp.doFinal(ctext);String p=new String(ptext,UTF8);/ p为解密后的明文temp.chatMessage=p;f.close(); catch(Exception e) 采用询问-应答的方式来防止消息的重放：客户端B通过解密客户端A发送过来的密文，得到一个随机数，如果该随机数是B之前发给A的随机数，那么就可以认定这个消息是客户端A对其进行回答。这样就利用一个随机数防止了消息的重放。 此外还采用HmacMD5算法保证消息的完整性客户端B把从服务器读取的密文进行解密，然后把消息显示在自己的界面bytekb=11,-105,-119,50,4,-105,16,38,-14,-111,21,-95,70,-15,76,-74,67,-88,59,-71,55,-125,104,42;SecretKeySpec k=new SecretKeySpec(kb,HMACSHA1);/获取Mac对象Mac m=Mac.getInstance(HmacMD5);m.init(k);String x=txtMessage.getText();m.update(x.getBytes(UTF8);byte s =m.doFinal( );String result=;for (i=0; is.length; i+)result+=Integer.toHexString(0x000000ff & si) |0xffffff00).substring(6);System.out.println(result);temp.chatMC=result; catch (Exception e) 客户端A把验证码temp.chatMC和密文发送给服务器，服务器发送给指定客户端B，客户端B通过对消息进行一次DESede解密，再进行HmacMD5加密，如果得到的验证码与客户端A发送过来的一致，则说明消息是完整的，没有被篡改。5 系统测试与安装包制作5.1系统测试：信息技术深深融入业务生活，使得软件产品质量的要求变得很高。这也使我们为提高软件测试的效率来寻求各式各样的方法。而软件测试的方法和技术是多种多样的。对于软件测试技术，可以从不同的角度加以分类：按测试阶段可分为：单元测试、集成测试、确认测试。测试任何产品都有两种方法：如果已经知道了产品应该具有的功能，可以通过测试来检验是否每个功能都能正常使用；如果知道产品的内部过程，可以通过测试来检验产品内部动作是否按照规格说明书的规定正常进行。前一种方法称为黑盒测试，后一种方法成为白盒测试使用黑盒测试的情况分析：客户端A再向客户端B发送消息时产生消息加密，在客户端B接收到加密消息的同时也在对消息进行解密。同样，客户端B也可以向客户端A发送消息并且产生加密和解密。所以，符合实验要求，达到所要的效果，运行结果符合预期情况。5.2实验安装包的制作1、 在vs2010 选择“新建项目”“ 其他项目类型”“ Visual Studio Installer“安装项目”：命名为：Setup1 。这是在VS2010中将有三个文件夹，a.“应用程序文件夹”表示要安装的应用程序需要添加的文件；b.“用户的程序菜单”表示：应用程序安装完，用户的“开始菜单”中的显示的内容，一般在这个文件夹中，需要再创建一个文件用来存放：应用程序.exe和卸载程序.exe；c.“用户桌面”表示：这个应用程序安装完，用户的桌面上的创建的.exe快捷方式。2、 应用程序文件夹中点右键 添加文件：表示添加要打包的文件；a添加的文件一般是已经编译过 应用程序的debug目录下的文件；b然后把对应的子文件里的内容添加到此文件夹中；c把需要创建程序快捷方式的图标也添加进来：后缀名为：ico3、 在创建的项目名称（Setup1）上点击右键：属性a然后选择.NET的版本，和Windows Installer3.1(可选项)b选择：“从与我应用程序相同的位置下载系统必备组件”c这样安装包就会打包.NET FrameWork ，在安装时不会从网上下载.NET FrameWork组件；但是安装包会比较大。dVS2010发布.NET2.0的版本，在创建安装程序时，需要设置启动条件：在项目名称（setup1）上，点击右键选择“视图”“启动条件”： 4、 设置安装文件的目录（路径）：a创建的项目名称（setup1）点击左键（不是右键）b在应用程序上点击左键，如下图：第一个为系统主目录（默认C:Programe），第二个为公司名（Manufacturer），第三个为应用程序名称，这样在安装时就会创建两层的文件路径。需要删除DefaultLocation中的：Manufacturer 。删除后只有应用程序的名称。5、 创建应用程序图标与卸载程序： a“在应用程序文件夹”中的.exe文件中，点击右键，创建快捷方式： b复制此ProductCode ，粘贴到“卸载”快捷方式的Arguments属性，前面加/x空格6、 完成以上步骤，就可以生成解决方案了。7、 生成解决方案后，在debug文件夹中就是