【信息安全技术】实验一（3）模拟网络通信加密

 题目

模拟网络通信加密  （小计 20分）

模拟一个简单的网络通信场景，使用 Socket 编程和加密技术，在客户端和服务器之间传输加密数据。采用 RSA 非对称加密算法对会话密钥（如 AES 密钥）进行加密传输，然后使用会话密钥对实际通信数据进行 AES 加密，以此来演示非对称加密与对称加密结合在网络通信安全中的应用。

（1）编程语言自定，可以使用封装函数或其它开发库。

（2）编写客户端和服务器端的 程序，建立 Socket 连接。

（3）服务器生成一对 RSA 密钥（公钥和私钥），将公钥发送给客户端。

（4）客户端生成一个随机的 AES 会话密钥，使用服务器的公钥对其进行加密，并将加密后的会话密钥发送给服务器。

（5）服务器使用自己的私钥解密得到 AES 会话密钥。

（6）客户端和服务器使用 AES 会话密钥对传输的数据进行加密和解密。例如，客户端向服务器发送一段消息（如 “Hello, I am LiMing(以李明为例，请根据个人信息自行调整) !”），加密后发送，服务器接收并解密显示；服务器回复一段消息（如 “Welcome, LiMing!  I am Server”），同样加密后发送，客户端接收并解密显示。

（7）确保在整个通信过程中，加密、解密操作与 Socket 通信的逻辑正确配合，处理可能出现的网络异常（如连接中断、超时等）。

（8）记录并分析通信过程中数据的加密、解密时间，以及传输的数据量变化情况。

（评分参考： （1）未实现RSA密钥对进行加密与解密的，减5分； （2） 未传递 AES密钥的减5分  （3）未使用AES密钥实现会话通信的减 5分；（4）未在通信中使用个人信息的，减5分。 其它功能的完整性，酌情减分。  本任务最多扣20分）

实验环境

操作系统：Windows 11

编程语言：Python 3.11

开发工具：PyCharm

依赖库：rsa等，依赖库的安装可参考任务二。

代码实现

server.py

import socket
import rsa
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
import time

# 生成 RSA 密钥对（公钥和私钥）
(pubkey, privkey) = rsa.newkeys(2048)

# 设置服务器地址和端口
host = 'localhost'
port = 12345

# 创建 Socket 并绑定端口
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind((host, port))
server_socket.listen(1)

print('等待连接...')
print(f"服务器正在监听 {host}:{port}...")
conn, addr = server_socket.accept()
print(f'连接来自 {addr}')

# 发送公钥给客户端
pubkey_pem = pubkey.save_pkcs1()
conn.sendall(pubkey_pem)

# 接收加密的 AES 密钥
encrypted_aes_key = conn.recv(4096)

# 解密 AES 密钥（服务器使用自己的私钥解密得到 AES 会话密钥）
start_time = time.time()
aes_key = rsa.decrypt(encrypted_aes_key, privkey)
end_time = time.time()
print(f'RSA 解密 AES 密钥耗时: {end_time - start_time} 秒')

# 创建 AES 加密器
cipher = AES.new(aes_key, AES.MODE_ECB)

# 接收客户端消息并解密
encrypted_data = conn.recv(4096)
start_time = time.time()
decrypted_data = unpad(cipher.decrypt(encrypted_data), AES.block_size)
end_time = time.time()
print(f'AES 解密消息耗时: {end_time - start_time} 秒')
print(f'服务器收到的消息: {decrypted_data.decode()}')

# 服务器回复消息
message = 'Welcome, LiMing!  I am Server'
start_time = time.time()
encrypted_response = cipher.encrypt(pad(message.encode(), AES.block_size))
end_time = time.time()
print(f'AES 加密消息耗时: {end_time - start_time} 秒')
conn.sendall(encrypted_response)

# 关闭连接
conn.close()
server_socket.close()

client.py

import socket
import rsa
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad, unpad
import os
import time

# 设置服务器地址和端口
host = 'localhost'
port = 12345

# 创建 Socket 并连接服务器
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect((host, port))

# 生成随机的 AES 会话密钥
aes_key = os.urandom(16)

# 接收服务器的公钥
pubkey_pem = client_socket.recv(4096)
pubkey = rsa.PublicKey.load_pkcs1(pubkey_pem)

# 使用服务器的公钥加密 AES 密钥
start_time = time.time()
encrypted_aes_key = rsa.encrypt(aes_key, pubkey)
end_time = time.time()
print(f'RSA 加密 AES 密钥耗时: {end_time - start_time} 秒')

# 发送加密的 AES 密钥给服务器
client_socket.sendall(encrypted_aes_key)

# 创建 AES 加密器
cipher = AES.new(aes_key, AES.MODE_ECB)

# 客户端发送消息
message = 'Hello, I am LiMing!'
start_time = time.time()
encrypted_data = cipher.encrypt(pad(message.encode(), AES.block_size))
end_time = time.time()
print(f'AES 加密消息耗时: {end_time - start_time} 秒')
client_socket.sendall(encrypted_data)

# 接收服务器回复并解密
encrypted_response = client_socket.recv(4096)
start_time = time.time()
decrypted_response = unpad(cipher.decrypt(encrypted_response), AES.block_size)
end_time = time.time()
print(f'AES 解密消息耗时: {end_time - start_time} 秒')
print(f'服务器回复的消息: {decrypted_response.decode()}')

# 关闭连接
client_socket.close()