Sistema VPN educacional implementado em Python que demonstra comunicação segura entre clientes UDP através de um túnel TCP criptografado, com gestão avançada de utilizadores, monitorização TCP e sistema híbrido de armazenamento.

• Dois algoritmos simétricos: César Generalizada e Vigenère Generalizada
• Deslocamento dinâmico: Cada mensagem usa nonce único (number used once)
• Conjunto completo de caracteres: Suporte a 95 caracteres ASCII imprimíveis (32-126)
• Troca segura de chaves: Diffie-Hellman para estabelecimento de chaves simétricas
• Verificação de integridade: Hash SHA-256 de cada mensagem
• Autenticação: HMAC-SHA256 para verificação de autenticidade

• Alternância dinâmica: Mudança de algoritmo durante execução
• Configuração em tempo real: Activar/desactivar HMAC dinamicamente
• Compatibilidade: Suporte completo para ambos os algoritmos
• Negociação automática: Cliente e servidor negoceiam algoritmo preferido
• Estado persistente: Configurações mantidas durante a sessão

• Parâmetros TCP detalhados: Window size, buffer sizes, keep-alive, TCP nodelay
• Métricas de performance: Throughput, latência, taxa de sucesso
• Estatísticas em tempo real: Contadores de bytes, mensagens, erros
• Relatórios formatados: Exportação para ficheiros com timestamps
• Comparação entre componentes: Client vs Server com análise automática

• Gestão de utilizadores: Autenticação, criação, remoção de utilizadores
• Armazenamento híbrido: Servidor VPN (remoto) + fallback local
• Sessões seguras: Tokens de sessão com timeout automático
• Roles de utilizador: Administradores e utilizadores normais
• Relatórios administrativos: Guardar relatórios TCP no servidor ou localmente

┌─────────────┐    UDP     ┌─────────────┐    TCP (criptografado)    ┌─────────────┐    UDP     ┌─────────────┐
│  ProgUDP1   │ ────────▶ │ VPN Client  │ ──────────────────────────▶ │ VPN Server  │ ────────▶ │  ProgUDP2   │
│ (Porta 5001)│           │(Porta 6001) │                           │(Porta 6002) │           │(Porta 5002) │
└─────────────┘           └─────────────┘                           └─────────────┘           └─────────────┘
                                 │                                           │
                                 │ UDP (comandos)                  UDP (comandos) │
                                 ▼                                           ▼
                          ┌──────────────────────────────────────────────────────┐
                          │              Gestor VPN Principal                     │
                          │          (Porta 6003 - Respostas)                   │
                          │                                                      │
                          │  • Gestão de utilizadores híbrida                   │
                          │  • Monitor TCP (F7)                                 │
                          │  • Configuração multi-algoritmo (F6)               │
                          │  • Relatórios e estatísticas                       │
                          └──────────────────────────────────────────────────────┘

VPN Client ←→ VPN Server (TCP porta 7001)
    │
    ├─ Diffie-Hellman Key Exchange
    ├─ Negociação de algoritmo (César/Vigenère)
    ├─ Configuração HMAC
    └─ Estabelecimento de chaves derivadas

Gestor/ProgUDP1 → VPN Client → [CRIPTOGRAFIA] → VPN Server → ProgUDP2
                      │                              │
                      ├─ Nonce único gerado          ├─ Verificação HMAC
                      ├─ Cifra com algoritmo ativo   ├─ Verificação integridade
                      ├─ Hash SHA-256 calculado      ├─ Decifra com nonce
                      └─ HMAC-SHA256 calculado       └─ Encaminha mensagem limpa

Gestor → [MONITOR]comando → VPN Client/Server → Análise TCP → Resposta formatada
    │                            │                     │
    ├─ Solicita relatório       ├─ Coleta parâmetros   ├─ Estatísticas em tempo real
    ├─ Solicita estatísticas    ├─ Mede latência       ├─ Relatório detalhado
    └─ Compara componentes      └─ Calcula throughput  └─ Exporta para ficheiro

• Python 3.7+
• Módulos incluídos: socket, threading, hashlib, secrets, json

# Inicia todo o sistema automaticamente
python gestor_vpn.py

O gestor irá:

1. Iniciar VPN Server, VPN Client e ProgUDP1 automaticamente
2. Aguardar login do utilizador (admin/admin123 por defeito)
3. Disponibilizar interface completa baseada no role do utilizador

Terminal 1 - VPN Server:

python VPNServer.py

Terminal 2 - VPN Client:

python VPNClient.py

Terminal 3 - ProgUDP1:

python ProgUDP1.py

Terminal 4 - ProgUDP2:

python ProgUDP2.py

Terminal 5 - Gestor Principal:

python gestor_vpn.py

• Username: admin
• Password: admin123
• Permissões: Acesso completo a todas as funcionalidades

No menu de administrador: Gerir utilizadores → Criar utilizador

• ✅ Enviar mensagens através do túnel VPN
• ✅ Ver estado do sistema
• ✅ Logout

• ✅ Todas as funcionalidades de utilizador normal
• ✅ Gerir utilizadores: Criar, listar, remover utilizadores
• ✅ Controlar componentes: Iniciar/parar sistema completo
• ✅ Configurações de criptografia (F6):
  • Alterar algoritmo (César ↔ Vigenère)
  • Configurar HMAC (activar/desactivar)
  • Ver estado detalhado da criptografia
  • Testar criptografia em tempo real
• ✅ Consultar parâmetros TCP (F7):
  • Relatórios completos (Client/Server)
  • Estatísticas básicas em tempo real
  • Comparação detalhada Client vs Server
  • Exportação automática para ficheiros

Mensagem: "Olá mundo"
Envio 1: Nonce 1234567 → Cifra "X8#k9(nd*"
Envio 2: Nonce 8901234 → Cifra "P2&s7+nh%"
Envio 3: Nonce 5678901 → Cifra "M5!r4-ko@"

Resultado: A mesma mensagem produz cifras diferentes a cada envio!

O ficheiro debug_cripto.txt regista em tempo real:

• Nonces gerados para cada mensagem
• Chaves dinâmicas derivadas
• Processo de cifragem e decifragem
• Verificações de integridade e autenticação

[22:18:08] VPN CLIENT: Recebida mensagem UDP: 'Projeto de Criptografia Aplicada' - Texto claro: False
[22:18:08] Cifrando com VIGENERE: 'Projeto de Criptografia Aplicada'
[22:18:08] VIGENERE: Nonce gerado: 4292133250
[22:18:08] VIGENERE: Chave dinâmica: 'JsR}M"jUa...' para texto: Projeto de Criptografia Aplicada
[22:18:08] VPN CLIENT: Mensagem criptografada com VIGENERE: 'zfBh3vZUFm%c:$)kr@qes~h"t}G20]75' nonce: 4292133250
[22:18:08] VPN SERVER: Mensagem criptografada recebida com VIGENERE: 'zfBh3vZUFm%c:$)kr@qes~h"t}G20]75' nonce: 4292133250
[22:18:08] VPN SERVER: Mensagem decifrada: 'Projeto de Criptografia Aplicada'

Menu Administrador → Enviar mensagem → Criptografada
Mensagem: "Dados sensíveis"
Resultado: Mensagem cifrada com nonce único, verificada por HMAC

Menu Administrador → Configurações de criptografia → Alterar algoritmo
Escolha: César → Vigenère
Resultado: Próximas mensagens usarão Vigenère com chaves dinâmicas

Menu Administrador → Consultar parâmetros TCP → Relatório completo - VPN Client
Resultado: Relatório detalhado com métricas de performance e parâmetros TCP

Menu Administrador → Consultar parâmetros TCP → Comparar Client vs Server
Resultado: Análise comparativa com recomendações de performance

• Utilizadores armazenados no VPN Server
• Relatórios guardados no servidor
• Sessões geridas centralmente
• Comunicação via comandos UDP

• Utilizadores em ficheiro local (utilizadores.txt)
• Relatórios guardados localmente
• Funciona quando servidor indisponível
• Interface idêntica ao modo remoto

O sistema tenta sempre o modo remoto primeiro e recorre ao local automaticamente se necessário.

• vpn_utilizadores.txt: Utilizadores no servidor (modo remoto)
• utilizadores.txt: Utilizadores locais (modo fallback)

• vpn_relatorios/: Pasta no servidor (modo remoto)
• relatorio_local_*.txt: Relatórios locais (modo fallback)
• stats_tcp_*.txt: Estatísticas TCP
• comparacao_tcp_*.txt: Comparações entre componentes

• debug_cripto.txt: Registo detalhado da criptografia em tempo real

• Algoritmos simétricos: César e Vigenère generalizadas
• Chaves únicas por sessão via Diffie-Hellman
• Deslocamento dinâmico com nonces únicos
• Suporte a 95 caracteres ASCII imprimíveis

• Hash SHA-256 de cada mensagem
• Verificação automática na receção
• Detecção de mensagens corrompidas
• Registos de falhas de integridade

• HMAC-SHA256 para autenticação de mensagens
• Troca segura de chaves Diffie-Hellman
• Sistema de utilizadores com sessões
• Verificação de autenticidade automática

• Monitor TCP com estatísticas completas
• Registos detalhados de criptografia
• Relatórios exportáveis com timestamps
• Rastreamento completo de mensagens

• Verificação obrigatória de integridade e autenticação
• Fallback para mensagens em texto simples (para depuração)
• Registos detalhados de falhas criptográficas
• Regeneração automática de nonces

• Reconexão automática configurável
• Timeouts configuráveis para todas as operações
• Detecção de ligações perdidas
• Gestão adequada de excepções de socket

• Fallback automático para modo local
• Limpeza adequada de recursos
• Handlers para sinais do sistema (SIGTERM)
• Registos de erro com timestamps

• Tráfego: Bytes enviados/recebidos por segundo
• Latência: Medição RTT em tempo real
• Taxa de sucesso: Percentagem de mensagens bem-sucedidas
• Parâmetros TCP: Window size, buffer sizes, keep-alive, nodelay
• Throughput: Cálculo automático baseado em histórico de 60 segundos

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PARÂMETROS TCP - VPN CLIENT
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INFORMAÇÕES DA CONEXÃO:
  Estado: Conectado
  Endereço local: localhost:56088
  Endereço remoto: localhost:7001
  Tempo ativo: 02:26
  Conexão atual: 02:26

ESTATÍSTICAS DE TRÁFEGO:
  Bytes enviados: 106 B
  Bytes recebidos: 445 B
  Mensagens enviadas: 1
  Mensagens recebidas: 2
  Taxa de sucesso: 100.0%

MÉTRICAS DE PERFORMANCE:
  Throughput envio: 0.7 B/s
  Throughput recepção: 3.0 B/s
  Latência média: 2.3 ms

PARÂMETROS TCP:
  Window Size: 64.0 KB
  Buffer envio: 64.0 KB
  Buffer recepção: 64.0 KB
  Keep Alive: Inativo
  TCP No Delay: Inativo
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• Cifras de César e Vigenère são criptograficamente fracas
• Primo Diffie-Hellman relativamente pequeno (2^31-1)
• Destinado para fins educacionais, não produção

• Um cliente VPN por servidor
• Utilizadores e sessões limitados
• Sem persistência entre reinicializações

• Suporte para múltiplos clientes simultâneos
• Algoritmos criptográficos mais robustos (AES)
• Interface gráfica web
• Persistência de dados
• Clustering de servidores

Este projeto implementa com sucesso todas as funcionalidades exigidas (F5, F6, F7) e vai além com:

• Sistema híbrido de gestão com fallback automático
• Monitor TCP completo com exportação de relatórios
• Criptografia multi-algoritmo com deslocamento dinâmico
• Interface de gestão avançada baseada em roles
• Auditoria completa com registos detalhados

O sistema demonstra conceitos avançados de programação de redes, criptografia, gestão de sistemas e monitorização, servindo como excelente exemplo educacional de implementação VPN simplificada.

Desenvolvido em Python para fins educacionais - Projeto VPN 2024/2025