单消息队列完成客户服务器进程之间的双向通信

哈尔滨理工大学《UNIX程序设计》课程设计报告题目：单消息队列完成客户/服务器进程之间的双向通信院系：计算机科学与技术学院网络工程系班级学号：姓名：指导教师：郭锦兰成绩：2013年12月23日第1章绪论 ..................................................................................................- 1 -1.1 选题内容 .........................................................................................- 1 -1.2 相关技术 .........................................................................................- 1 - 第2章系统设计 ..........................................................................................- 1 -2.1系统介绍 .........................................................................................- 2 -2.2实现原理 ..........................................................................................- 3 -2.3主要问题的解决方法及关键技术 (5)2.4 流程图 (6)第3章系统实现 (7)3.1客户端截图 (7)3.2服务器端截图 (8)结论 (9)附录 (10)附录A 核心程序代码 (10)绪论1.1选题内容单消息队列完成客户/服务器进程之间的双向通信1.2相关技术随着对通信双方安全性的要求越来越高，对能使通信安全的机制需求更加迫切，UNIX下在消息队列中嵌入加密解密算法无疑适应了潮流。

UNIX为进程提供了丰富的交流方式，其中公开的交流方式有信号量、消息队列、共享内存，有名管道和文件等。

采用消息队列作为通信渠道可以弥补这些缺陷：1.消息队列是一种FIFO的队列性结构，可以保证先送的数据先到达，后送的数据后到达，避免的插队现象。

2.消息队列将输出的信息进行了打包处理，这样就可以保证以每个消息为单位进行接收了。

3.消息队列还可以对数据分类，更可以对不同分类的数据采取不同的方式操作，这更加灵活，安全性更高。

所以，利用消息队列实现客户服务器之间的加密通信是一种很安全的方式，研究单消息队列完成客户服务器之间的加密通信业显得很迫切和必要。

系统设计2.1系统介绍本单消息队列完成客户/服务器之间的双向通信是基于消息队列的客户/服务器的通信，对通信数据信息进行有效的加密解密，实现客户/服务器之间的双向安全通信。

根据需求分析，将整个系统模块化，分为客户端和服务器端两大部分：客户端将数据加密并传输到服务端；服务器端接受数据并解密输出。

2.2 流程图如下：2.3实现原理1. 建立或返回消息队列描述符进程可用系统调用msgget来建立或返回消息队列的描述符。

该系统调用的语法格式为：int msgget(key,msgflg)key_t key;int msgflg;其中，key是消息队列的名字；msgflg是用户设置的标志。

如果IPC_CREAT 表示系统无以key命名的消息队列，则建立消息队列标识符；若已存在，则返回消息队列描述符msgid。

对于系统调用，核心将搜索消息队列头标数组，确定是否有指定关键字的消息队列。

若无，核心将分配一新的队列结构，并返回给用户一个消息队列描述符；否则，它只是检查消息队列的许可权之后便返回。

2.消息的发送进程可用megsnd( )系统调用来发送一个消息，并将它链入消息队列的尾部。

该系统调用的语法格式如下：int msgsnd(msgid,msgp,msgsz,msgflg)int msgid;struct msgbuf * msgp;int msgsz,msgflg;其中，msgid是由msgget返回的消息队列描述符；msgp指向包含这条消息的结构，该结构由如下两个成员组成：struct msgbuf{long mtype; /* 消息类型 */char mtext[ ]; /* 消息的文本 */}msgsz是mtext的字节长度；msgflg规定了当无内存空间来存储消息时，进程等待还是立即返回。

对于msgsnd( )系统调用，核心检查消息队列描述符和许可权是否合法；消息长度是否超过系统规定的长度，若过长，进程睡眠等待出现足够大的空间，通过检查后，核心为消息分配消息数据区，并将消息从用户空间拷贝到消息数据区，分配消息首部，将它链入该消息队列的尾部，在消息首部填写消息类型，大小以及指向消息数据区的指针，还有修改消息队列的头标中的数据。

然后唤醒在等待消息到来的队列中睡眠的进程。

3. 消息的接收进程可用msgrcv( )系统调用，从消息队列中读一条消息，语法格式为：int msgrcv(msgid,msgp,msgsz,msgtyp,msgflg)int msgid,msgsz,msgflg;struct msgbuf * msgp;long msgtyp;其中，msgid,msgp,msgsz,msgflg与msgsnd相似，msgtype是规定用户想读的消息类型。

对于msgrcv( )系统调用是先由核心检查消息队列标识符和许可权，接着根据msgtyp分三种情况处理。

(1) msgtyp=0，核心寻找消息队列中的第一个消息，并将它返回给调用进程；(2)msgtyp为正整数，核心返回给类型的第一个消息；(3)msgtyp为负整数，核心应在其类型值小于或等于msgtyp绝对值的所有消息中，选择类型最低的第一消息返回。

如果所返回的消息的大小等于或小于用户请求，核心便将消息正文拷贝到用户区，再从队列中删除该消息，并唤醒睡眠的发送进程；如果消息比用户要求的大，则系统返回错误信息。

4.客户端发送数据的加密考虑到数据由ASCII码经过编程组成，通过对字符串的每个字符的ASCII 码进行加密便显得基础且高效。

因此，对于客户端进程进行加密，服务器端进行解密并回传。

加密通过对单个字符的ASCII码操作实现。

5.客户端发送数据的加密数据加密函数如下：void encode(char *buf){long i ;char buf1[1024];sscanf(buf,"%s",buf1);memset(buf,0,sizeof(buf));for(i = 0;i < strlen(buf1);i++){sprintf(buf,"%s%03d",buf,buf1[i]+588);}}服务器端接收数据的解密数据解密函数原型如下：void decode(char *buf){int i ,n = strlen(buf);char buf1[4],data[1024];memset(data,0,sizeof(data));for(i = 0 ;i < n;){memset(buf1,0,sizeof(buf1));sscanf(buf,"%03s%s",buf1,buf);i = i+3 ;sprintf(data,"%s%c",data,atoi(buf1)-588);}sprintf(buf,"%s",data);}2.4 主要问题的解决方法和关键技术1.采用面向对象的设计方法：刚开始课题分析的时候没有将课题分开来分析，费事费力还没有得出好的解决办法。

经过思考，采用面向对象的方法，讲各个部分分开来设计，大大减少了工作量，并且在设计时可以专注当前对象，不用顾及其他的模块，只需要提供接口即可。

可见，面向对象的设计方法高效。

2.编写加密解密函数的问题:编写加密解密函数时，我首先上网查了资料，知道了加密有两类，可逆和不可逆，我要用的是可逆性加密。

此算法为异或算法，客户端加密，服务器端解密，因为原来对加密解密几乎不了解，从找资料到自己编算法用了不短的时间，从这个过程中，我对加密的重要性有了更深的认识，对加密解密的算法了解了很多，学会了很多。

3.密码学基础知识：密码学（在西欧语文中，源于希腊语kryptós“隐藏的”，和gráphein “书写”）是研究如何隐密地传递信息的学科。

在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关。

著名的密码学者Ron Rivest解释道：“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”，自工程学的角度，这相当于密码学与纯数学的异同。

密码学是信息安全等相关议题，如认证、访问控制的核心。

密码学的首要目的是隐藏信息的涵义，并不是隐藏信息的存在。

密码学也促进了计算机科学，特别是在于电脑与网络安全所使用的技术，如访问控制与信息的机密性。

密码学已被应用在日常生活：包括自动柜员机的芯片卡、电脑使用者存取密码、电子商务等等。

密码学密码学密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。

依照这些法则，变明文为密文，称为加密变换；变密文为明文，称为脱密变换。

密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换，随着通信技术的发展，对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。

数据加密的基本思想是通过变换信息的表示形式来伪装需要保护的敏感信息，使非授权者不能了解被保护信息的内容。

网络安全使用密码学来辅助完成在传递敏感信息的的相关问题，主要包括：(I）机密性（confidentiality)仅有发送方和指定的接收方能够理解传输的报文内容。

窃听者可以截取到加密了的报文，但不能还原出原来的信息，及不能达到报文内容。

(II）鉴别（authentication)发送方和接收方都应该能证实通信过程所涉及的另一方，通信的另一方确实具有他们所声称的身份。

即第三者不能冒充跟你通信的对方，能对对方的身份进行鉴别。

(III）报文完整性（message intergrity)即使发送方和接收方可以互相鉴别对方，但他们还需要确保其通信的内容在传输过程中未被改变。

(IV）不可否认性（non-repudiation)如果人们收到通信对方的报文后，还要证实报文确实来自所宣称的发送方，发送方也不能在发送报文以后否认自己发送过报文系统实现3.1 客户端截图：3.2 服务器端截图：结论通过这次课程设计，熟悉了UNIX系统下程序开发的流程，对程序设计有了具体的感受和经验。