免费毕设之基于Java的两个通用安全模块的设计与实现(源代码+论文)

1.1  与数据库建立连接

本系统是使用JDBC-ODBC桥驱动程序连接数据库的，JDBC-ODBC桥接器是用JdbcOdbc.Class和一个用于访问ODBC驱动程序的本地库实现的。首先建立ODBC数据源。ODBC数据源存储了如何与指定的数据建立程序的连接的有关信息。

先在WINDOWS ODBC数据源管理器中，建立一个名为“Person”的数据源的步骤如下：在“控制面板”里的“管理工具”中打开ODBC数据源管理器，选择“系统DSN”标签，单击“添加”按钮，选择数据源的驱动程序为SQL Server，输入数据源名称为“Person”，服务器选“本地”，用“使用网络登录ID的WINDOWS NT验证”，单击“下一步”，在“更改默认的数据库为”单选框，选择数据库为“MyDB”，单击“下一步”接受所有的默认选项。完成后，点“测试数据源”按钮，测试提示成功，则数据源配置成功。接着可以在程序中调用Class.forName方法加载JDBC-ODBC驱动程序，再调用DriverManager.getConnection方法发出连接请求。与数据库连接的部分代码如下：

Class.forName("sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver" );

Stringurl="jdbc:odbc:Person";

Connection Insertconnection = DriverManager.getConnection(url);

1.2  口令认证及存储方式设计

本系统口令认证模块的默认口令实现的原理是基于单向函数，用MD5算出口令摘要，并保存在数据库里，以后每次登录都先将口令计算出摘要，与数据库里的摘要比较。

一次性口令实现原理及身份验证过程是基于SKEY原理，每次计算的方法是当用户第一次注册时，用MD5计算出口令的消息摘要，并从中截取用户要求的口令长度的字符串，作为一个口令生成，如果用户口要求的口令生成的个数大于1，则将这个生成的口令再用MD5计算出口令的消息摘要，并从中截取用户要求的口令长度的字符串，依此类推，计算出用户要求的个数，并将最后一个生成的口令存于数据库中，当用户用这些口令进行身份验证时就与SKEY的认证过程一样。

1.3  数字证书创建

在DOS下使用J2SDK提供的keytool工具创建密钥库，密钥库名为mykeystore，添加一个名为mytest的证书，mykeystore密钥库为服务器的密钥库。将mytest证书导出到clienttrust密钥库中。clienttrust密钥库为客户端信任的密钥库。

1.4  关键代码说明

1.  口令生成及处理模块

此模块使用的频率比较多，在用户登录、注册、口令更改功能中都要反复用到，因此将此模块功能封装在接口ProductKey中，方便其它程序的调用。在接口里定义了两个同名的方法DigestKey(Stringstr)和DigestKey(String str,int a,int b)，由MyProductKey类具体实现它的方法，其中str表示要进行处理的口令字符串，a表示用户口令的长度, b表示用户输入口令的个数，前一个方法用于默认口令处理返回一个些口令的摘要，后一个方法用于一次性口令处理，返回一系列一次性口令。

DigestKey(String str)是将用户输入的口令生成消息摘要，一次性口令的处理方法DigestKey(String str，int a，int b)是将用户初始输入的口令生成消息摘要，然后截取消息摘要字符串的前三个字符，后三个字符，接着根据用户要求的口令长度a，再从消息摘要字符串中第14位开始截取a-6个字符，将这三次取得的字符串连接一起得到一个一次性口令。然后将这个口令按上面方法再产生一次性口令。依此循环，循环b次最后得到b个口令。最终生成用户要求数量的口令及口令长度。

此模块生成消息摘要的部分代码如下：

MessageDigestm=MessageDigest.getInstance("MD5");

m.update(x.getBytes("UTF8"));

byte s[ ]=m.digest( );

MessageDigest类提供了计算消息摘要的方法，首先生成m的对像，执行update()方法将原始数据传递给该对象，然后执行digest()方法得到消息摘要。

一次性口令处理方法部分代码如下：

public String[] DigestKey(Stringstr,int a,int b){

           ……

           for(int j=0; j<num; j++){

MessageDigestm=MessageDigest.getInstance("MD5");

              m.update(x.getBytes("UTF8"));

               byte s[]=m.digest( );

               Stringresult="";

               for (inti=0; i<s.length; i++){

                     result+=Integer.toHexString(s[i]);

                      }

                fir =result.substring(0, 3);

                sec =result.substring(29, 32);

                tir =result.substring(14, 14+len);

                c=fir.concat(sec);

                v=c.concat(tir);

                p[j]=v;

                x=p[j];

         }

           return p;

         }

此代码中num为参数b传递给num的口令个数。fir，sec，tir为三次截取的字符串，再由concat()函数将这三个字符串连接成一个一次性字符串口令，保存在p数组中。再将刚生成的口令字符串传递给x字符串，进行下一个口令的生成。如此循环num次，生成num个口令，最后由数组p返回所有生成的一次性口令。

2.  文件内容加解密处理模块

此模块主要用来完成发送文件的加密和接收密文的解密，加密跟解密是基于口令加密的，即由口令生成密钥。这部分功能在客户端发送文件及服务器端解密文件都要使用，因此将此功能也封装在接口Enc_Dec，在Enc_Dec中定义了加密方法Encrypt(String passw,byte[] rand,byte[] text)和解密方法Decrypt(String passw,byte[] rand,byte[] ctext)，它们的第一个参数是口令，第二个参数是随机数，第三个参数是加解密的内容。由类MyEnc_Dec具体实现它的方法，这样方便调用，又简化程序。

此模块中完成加密的部分代码如下：

char[] passwd=password.toCharArray( )；

PBEKeySpec pbks=new PBEKeySpec(passwd)；

SecretKeyFactory kf=

             SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithMD5AndDES")；

SecretKey k=kf.generateSecret(pbks)；

Ciphercp=Cipher.getInstance("PBEWithMD5AndDES")；

PBEParameterSpec ps=newPBEParameterSpec(salt,1000)；      

                    cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k, ps)；

byte ctext[]=cp.doFinal(buff)；

类PBEKeySpec用于保存口令，它的构造器传入的参数是字符数组，所以用了字符串的toCharArray( )方法生成字符数组。SecretKeyFactory类的generateSecret()方法用于生成密钥。PBEParameterSpec类用于指定基于口令加密的的参数，它的构造器的第一个参数为随机数（盐），第二个参数为进行迭代计算的次数。通过Cipher工厂类的getInstance（）方法指定加密算法或解密算法所用的算法名字，init()方法对Cipher对象初始化，它的第一个参数指定密码器准备进行加密还是解密第二个参数则是传入加密或解密所使用的密钥。最后执行doFinal()，完成加密。解密方法类似于加密方法，只是在init()方法对Cipher对象初始化时第一个参数指定密码器准备进行解密操作。

3.  保存密/明文处理模块

此模块主要用来完成保存密文和明文的。由于加密明文中用到了随机数和口令，要解密这样的密文必须要用相同的随机数和口令，因此密文的前两个字节写入口令占的字节数，接着写入八个字节的随机数，再写入口令，最后将密文写入。当要解密文件时根据密文前面的口令长度即可得到口令跟随机数和密文起始内容。进而调用解密方法解密。将这个模块封装在saveEnc_Decfile接口中，由MysaveEnc_Decfile类具体实现它的方法，有利于简化程序，方便调用。

4.  用户登录模块

1)   系统实现功能介绍

此模块主要完成用户的口令验证登录，由LoginFrame.java文件里的代码实现，运行后的界面有用户名输入框、密码框、密码类型选择框及“确定”、“取消”、“改口令”、“注册”四个按钮组成，其中单击各按钮进入相应的界面。

在此界面上口令验证的操作流程及程序处理如下：

输入：用户名和密码，选择口令类型。

处理：

l 校验字符的有效性。检验用户是否满足输入的要求，即检验用户名和口令文本框是否为空，若为空，则提示用户输入用户名和口令。

l 根据口令类型，选择相应的口令处理方法来处理口令，得到一个值。

l 根据用户名和口令处理后的值到数据库中验证身份是否符合。

l 如果身份验证成功，系统根据口令的类型判断数据库中的口令信息是否替换。如果口令是默认型的则不用替换，如果是一次性口令类型的，则将此次登录的口令替换数据库中的口令信息，并重新写入有效次数。

l 关闭本窗体，进入文件发送界面。

输出：登录失败信息。

2)   此部分实现的关键类及方法说明

LoginFrame.java文件中类LoginFrame中的成员函数logindispose()用于接收并校验登录口令的字符，然后引用包中接口ProductKey，根据其成员变量choiceIndex来判断口令类型，调用相应的接口ProductKey中的方法来处理口令，如果choiceIndex值为0则用默认口令处理方法DigestKey()来处理口令，返回一个处理后的消息摘要字符串数组，并将之到数据库里验证。如果choiceIndex值为1，则调用处理一次性口令的DigestKey()方法，但是设b的值为1，只生成1个口令并将之到数据库里验证。成员变量choiceIndex的值如果是1，则将登录的口令（没经过处理）替换数据库里的口令信息以及更改有效次数。

替换数据库里的口令及有效次数代码如下：

loginupdatequery= "Update Person set PASSWORD ='"+logpass+"',TIMES="+times+"Where NAME = '"+logname+ "'and   PASSWORD='"+insertpass+"'";

5.  默认口令注册窗口设置

1)   系统实现功能介绍

这部分主要完成用户的口令注册功能，由RegisterFrame.java文件里的代码实现，运行后的界面有用户名输入框、密码输入框、确认密码输入框及“确定”、“返回”两个按钮组成，其中单击各按钮进入相应的界面。

在此界面上注册默认口令的操作流程及程序处理如下：

输入：用户名、密码、确认密码。

处理：

l 校验字符的有效性。检查用户名是否满足输入的要求，即检查用户名和密码文本框是否为空，若为空，则提示用户输入用户名和密码。

l 检验用户输入的口令与确认口令是否一致，如果一致则进行相应的口令处理。

l 执行插入过程。

l 返回登录框。

输出：注册成功或失败信息。

2)   此部分实现的关键类及方法说明

RegisterFrame.java文件中类RegisterFrame中的成员函数RegInfoInput()用于接收并校验注册信息的字符，然后引用包中的接口ProductKey中的成员函数DigestKey()默认口令处理方法来处理口令，生成此口令的一个消息摘要，然后连接数据库，执行插入数据库。

6.  一次性口令注册窗口设置

1)   系统实现功能介绍

这部分主要完成用户的一次性口令注册功能，由RegisterFrame1.java文件里的代码实现，运行后的界面有用户名输入框、密码输入框、确认密码输入框、口令长度、口令个数及“确定”、“返回”两个按钮，其中单击各按钮进入相应的界面。

在此界面上注册一次性口令的操作流程及程序处理如下：

输入：用户名、密码、确认密码。

处理：

l 校验字符的有效性。检查用户输入的注册信息是否满足输入的要求，即检查用户名、口令文本框、口令长度、口令个数等是否为空，若为空，则提示用户输入。

l 检验用户输入的口令与确认口令是否一致，如果一致则进行相应的口令处理。

l 执行插入过程。

l 打开口令生成对话框。

l 返回登录框。

输出：注册成功或失败信息。

2)   此部分实现的关键类及方法说明

RegisterFrame1.java文件中的类RegisterFrame1中的成员函数RegInfoInput()用于接收并校验注册用户输入的注册信息，然后引用包中的接口ProductKey，调用接口中的一次性口令处理方法DigestKey()来处理注册用户输入的初始口令，生成用户要求个数和长度的一系列相关联的口令，然后将最后一个生成的口令执行插入数据库。用类keyDialog向用户显示并保存生成的其它口令。

7.  默认口令更改窗口设置

这部分主要完成默认型口令的更改，由ChangeFrame.java文件里的代码实现，用户需要提供用户名，原口令、新口令、确认口令。系统先确定用户的合法性，如果合法，则进行口令更改处理。实现方法类似于前面的默认口令身份认证和注册。

8.  一次性口令更改窗口的设计

这部分主要完成一次性类型口令的更改，由ChangeFrame.java文件里的代码实现，用户需要提供用户名，原口令、新口令、确认口令、口令长度、口令个数。原口令是用户在前一次生成的一次性口令中没有失效的口令。系统先确定用户的合法性，如果合法，则进行口令更改处理。实现方法类似于前面的一次性口令身份认证和注册。

9.  文件传输窗口设置

1)   系统实现功能介绍

这部分主要完文件的选择、文件的加密、与服务器建立连接和秘密文件传输，由Myselectfile.java和MySSLClientFile.java文件里的代码实现，运行后的界面有文件名框、打开文件选择对话框按钮、确定按钮、返回按纽。其中确定按钮用于发送文件。

在此界面上文件传输的操作流程及处理如下：

输入：文件名。

处理：

l 校验字符的有效性。检查用户各输入是否满足输入的要求，即检查文件选择文本框是否为空，若为空，则提示用户选择文件。

l 客户端与服务器建立连接，并验证服务器是否可信。

l 验证成功后建立秘密通道，加密文件并将口令跟随机数一起通过秘密通道发给接收端。

l 返回登录框。

输出：文件发送成功或失败信息。

2)   此部分实现的关键类及方法说明

Myselectfile.java文件中的类Myselectfile中的成员函数OpenFile()用于打开文件选择框，SentFile()用于显示文件传输成功失败的信息。而在文件MySSLClientFile.java中类MySSLClientFile通过System类的静态方法setProperty()设置系统参数javax.net.ssl.trustStore,指定客户端信任的证书，通过SSLSocketFactory类型创建Socket对像，并用创建的对象的createSocket()方法和服务器指定的端口建立连接。通过getOutputStream()方法得到输出流，通过该输出流发送的信息将加密后传给服务器程序。由Random类生成随机数，并将口令与随机数一起传递给类MyEnc_Dec实现接口Enc_Dec中的Encrypt()方法用于加密文件内容。

此部分与接收端建立连接及指定密钥库代码如下：

System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore","clienttrust");

SSLSocketFactory ssf=

         (SSLSocketFactory)

SSLSocketFactory.getDefault( );

                      s =ssf.createSocket("127.0.0.1", 5432);

10.      服务器接收窗口设置

1)   系统实现功能介绍

这部分主要完成密文的接收、保存、解密相应的密文、并将解密后的文本显示在文本框中并保存在一个默认的目录中，由MySSLServerRule.java文件和Myserverfile.java文件里的代码实现。运行后的界面有两个文件名框、“打开文件选择对话框”按钮、“保存文件选择对话框”按钮、明文显示文本框。其中接收密文区里的“文件选择对话框”按钮用于保存接收的文件，明文区里的按钮用于打开密文执行解密。

在此界面上密文接收并解密、明文显示、保存明文的操作流程及程序处理如下：

输入：文件名。

处理：

l 服务器监听客户机是否有连接请求。

l 服务器发证书给客户端证明自己的身份，身份认证成功后建立文件传输的安全通道。

l 接收客户端发来的密文。

l 解密指定的密文，并显示在明文文本框中，同时保存明文到默认的目录。

输出：密文保存成功或失败信息。

2)   此部分实现的关键类及方法说明

MySSLServerRule.java文件中类MySSLServerRule中通过System类的静态方法setProperty ()设置两个系统参数。方法中的第一个参数是系统参数的名称，javax.net.ssl.keyStore指定密钥库的名称；第二个参数是为系统参数设置的值，javax.net.ssl.keyStorePassword指定密钥库的密码。通过SSLServerSocketFactory类型的对像创建ServerSocket对像。Accept()方法用等待客户程序连接，ServerSocket的getInputStream( )方法可以得到输入流，通过该输入流读取客户端发送来的信息并自动解密。类MysaveEnc_Decfile实现密文、明文的保存。类MyEnc_Dec实现接口中Enc_Dec的Decrypt()方法用来解密密文。

此部分与发送端建立连接及指定密钥库代码如下：

System.setProperty("javax.net.ssl.keyStore","mykeystore");

System.setProperty("javax.net.ssl.keyStorePassword","wshr.ut");

SSLServerSocketFactory ssf=

                          (SSLServerSocketFactory)

       SSLServerSocketFactory.getDefault();

ServerSocket ss=ssf.createServerSocket(5432);

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