Java加密技術（八）——數字證照

iteye_2881發表於2015-03-18
Java加密

本篇的主要內容為Java證照體系的實現。 

請大家在閱讀本篇內容時先閱讀 Java加密技術（四），預先了解RSA加密演算法。 

在構建Java程式碼實現前，我們需要完成證照的製作。 
1.生成keyStroe檔案 
在命令列下執行以下命令： 

Shell程式碼  收藏程式碼
  1. keytool -genkey -validity 36000 -alias www.zlex.org -keyalg RSA -keystore d:\zlex.keystore  



其中 
-genkey表示生成金鑰 
-validity指定證照有效期，這裡是36000天 
-alias指定別名，這裡是www.zlex.org 
-keyalg指定演算法，這裡是RSA 
-keystore指定儲存位置，這裡是d:\zlex.keystore 

在這裡我使用的密碼為 123456 

控制檯輸出： 

Console程式碼  收藏程式碼
  1. 輸入keystore密碼：  
  2. 再次輸入新密碼:  
  3. 您的名字與姓氏是什麼？  
  4.   [Unknown]：  www.zlex.org  
  5. 您的組織單位名稱是什麼？  
  6.   [Unknown]：  zlex  
  7. 您的組織名稱是什麼？  
  8.   [Unknown]：  zlex  
  9. 您所在的城市或區域名稱是什麼？  
  10.   [Unknown]：  BJ  
  11. 您所在的州或省份名稱是什麼？  
  12.   [Unknown]：  BJ  
  13. 該單位的兩字母國家程式碼是什麼  
  14.   [Unknown]：  CN  
  15. CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN 正確嗎？  
  16.   [否]：  Y  
  17.   
  18. 輸入<tomcat>的主密碼  
  19.         （如果和 keystore 密碼相同，按回車）：  
  20. 再次輸入新密碼:  


這時，在D盤下會生成一個zlex.keystore的檔案。 

2.生成自簽名證照 
光有keyStore檔案是不夠的，還需要證照檔案，證照才是直接提供給外界使用的公鑰憑證。 
匯出證照： 

Shell程式碼  收藏程式碼
  1. keytool -export -keystore d:\zlex.keystore -alias www.zlex.org -file d:\zlex.cer -rfc  



其中 
-export指定為匯出操作 
-keystore指定keystore檔案 
-alias指定匯出keystore檔案中的別名 
-file指向匯出路徑 
-rfc以文字格式輸出，也就是以BASE64編碼輸出 
這裡的密碼是 123456 

控制檯輸出： 

Console程式碼  收藏程式碼
  1. 輸入keystore密碼：  
  2. 儲存在檔案中的認證 <d:\zlex.cer>  



當然，使用方是需要匯入證照的！ 
可以通過自簽名證照完成CAS單點登入系統的構建！ 

Ok，準備工作完成，開始Java實現！ 

通過java程式碼實現如下：Coder類見 Java加密技術（一） 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. import java.io.FileInputStream;  
  2. import java.security.KeyStore;  
  3. import java.security.PrivateKey;  
  4. import java.security.PublicKey;  
  5. import java.security.Signature;  
  6. import java.security.cert.Certificate;  
  7. import java.security.cert.CertificateFactory;  
  8. import java.security.cert.X509Certificate;  
  9. import java.util.Date;  
  10.   
  11. import javax.crypto.Cipher;  
  12.   
  13. /** 
  14.  * 證照元件 
  15.  *  
  16.  * @author 樑棟 
  17.  * @version 1.0 
  18.  * @since 1.0 
  19.  */  
  20. public abstract class CertificateCoder extends Coder {  
  21.   
  22.   
  23.     /** 
  24.      * Java金鑰庫(Java Key Store，JKS)KEY_STORE 
  25.      */  
  26.     public static final String KEY_STORE = "JKS";  
  27.   
  28.     public static final String X509 = "X.509";  
  29.   
  30.     /** 
  31.      * 由KeyStore獲得私鑰 
  32.      *  
  33.      * @param keyStorePath 
  34.      * @param alias 
  35.      * @param password 
  36.      * @return 
  37.      * @throws Exception 
  38.      */  
  39.     private static PrivateKey getPrivateKey(String keyStorePath, String alias,  
  40.             String password) throws Exception {  
  41.         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);  
  42.         PrivateKey key = (PrivateKey) ks.getKey(alias, password.toCharArray());  
  43.         return key;  
  44.     }  
  45.   
  46.     /** 
  47.      * 由Certificate獲得公鑰 
  48.      *  
  49.      * @param certificatePath 
  50.      * @return 
  51.      * @throws Exception 
  52.      */  
  53.     private static PublicKey getPublicKey(String certificatePath)  
  54.             throws Exception {  
  55.         Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);  
  56.         PublicKey key = certificate.getPublicKey();  
  57.         return key;  
  58.     }  
  59.   
  60.     /** 
  61.      * 獲得Certificate 
  62.      *  
  63.      * @param certificatePath 
  64.      * @return 
  65.      * @throws Exception 
  66.      */  
  67.     private static Certificate getCertificate(String certificatePath)  
  68.             throws Exception {  
  69.         CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory  
  70.                 .getInstance(X509);  
  71.         FileInputStream in = new FileInputStream(certificatePath);  
  72.   
  73.         Certificate certificate = certificateFactory.generateCertificate(in);  
  74.         in.close();  
  75.   
  76.         return certificate;  
  77.     }  
  78.   
  79.     /** 
  80.      * 獲得Certificate 
  81.      *  
  82.      * @param keyStorePath 
  83.      * @param alias 
  84.      * @param password 
  85.      * @return 
  86.      * @throws Exception 
  87.      */  
  88.     private static Certificate getCertificate(String keyStorePath,  
  89.             String alias, String password) throws Exception {  
  90.         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);  
  91.         Certificate certificate = ks.getCertificate(alias);  
  92.   
  93.         return certificate;  
  94.     }  
  95.   
  96.     /** 
  97.      * 獲得KeyStore 
  98.      *  
  99.      * @param keyStorePath 
  100.      * @param password 
  101.      * @return 
  102.      * @throws Exception 
  103.      */  
  104.     private static KeyStore getKeyStore(String keyStorePath, String password)  
  105.             throws Exception {  
  106.         FileInputStream is = new FileInputStream(keyStorePath);  
  107.         KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KEY_STORE);  
  108.         ks.load(is, password.toCharArray());  
  109.         is.close();  
  110.         return ks;  
  111.     }  
  112.   
  113.     /** 
  114.      * 私鑰加密 
  115.      *  
  116.      * @param data 
  117.      * @param keyStorePath 
  118.      * @param alias 
  119.      * @param password 
  120.      * @return 
  121.      * @throws Exception 
  122.      */  
  123.     public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,  
  124.             String alias, String password) throws Exception {  
  125.         // 取得私鑰  
  126.         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, alias, password);  
  127.   
  128.         // 對資料加密  
  129.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());  
  130.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);  
  131.   
  132.         return cipher.doFinal(data);  
  133.   
  134.     }  
  135.   
  136.     /** 
  137.      * 私鑰解密 
  138.      *  
  139.      * @param data 
  140.      * @param keyStorePath 
  141.      * @param alias 
  142.      * @param password 
  143.      * @return 
  144.      * @throws Exception 
  145.      */  
  146.     public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,  
  147.             String alias, String password) throws Exception {  
  148.         // 取得私鑰  
  149.         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, alias, password);  
  150.   
  151.         // 對資料加密  
  152.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());  
  153.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);  
  154.   
  155.         return cipher.doFinal(data);  
  156.   
  157.     }  
  158.   
  159.     /** 
  160.      * 公鑰加密 
  161.      *  
  162.      * @param data 
  163.      * @param certificatePath 
  164.      * @return 
  165.      * @throws Exception 
  166.      */  
  167.     public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)  
  168.             throws Exception {  
  169.   
  170.         // 取得公鑰  
  171.         PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);  
  172.         // 對資料加密  
  173.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());  
  174.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);  
  175.   
  176.         return cipher.doFinal(data);  
  177.   
  178.     }  
  179.   
  180.     /** 
  181.      * 公鑰解密 
  182.      *  
  183.      * @param data 
  184.      * @param certificatePath 
  185.      * @return 
  186.      * @throws Exception 
  187.      */  
  188.     public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)  
  189.             throws Exception {  
  190.         // 取得公鑰  
  191.         PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);  
  192.   
  193.         // 對資料加密  
  194.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());  
  195.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);  
  196.   
  197.         return cipher.doFinal(data);  
  198.   
  199.     }  
  200.   
  201.     /** 
  202.      * 驗證Certificate 
  203.      *  
  204.      * @param certificatePath 
  205.      * @return 
  206.      */  
  207.     public static boolean verifyCertificate(String certificatePath) {  
  208.         return verifyCertificate(new Date(), certificatePath);  
  209.     }  
  210.   
  211.     /** 
  212.      * 驗證Certificate是否過期或無效 
  213.      *  
  214.      * @param date 
  215.      * @param certificatePath 
  216.      * @return 
  217.      */  
  218.     public static boolean verifyCertificate(Date date, String certificatePath) {  
  219.         boolean status = true;  
  220.         try {  
  221.             // 取得證照  
  222.             Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);  
  223.             // 驗證證照是否過期或無效  
  224.             status = verifyCertificate(date, certificate);  
  225.         } catch (Exception e) {  
  226.             status = false;  
  227.         }  
  228.         return status;  
  229.     }  
  230.   
  231.     /** 
  232.      * 驗證證照是否過期或無效 
  233.      *  
  234.      * @param date 
  235.      * @param certificate 
  236.      * @return 
  237.      */  
  238.     private static boolean verifyCertificate(Date date, Certificate certificate) {  
  239.         boolean status = true;  
  240.         try {  
  241.             X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) certificate;  
  242.             x509Certificate.checkValidity(date);  
  243.         } catch (Exception e) {  
  244.             status = false;  
  245.         }  
  246.         return status;  
  247.     }  
  248.   
  249.     /** 
  250.      * 簽名 
  251.      *  
  252.      * @param keyStorePath 
  253.      * @param alias 
  254.      * @param password 
  255.      *  
  256.      * @return 
  257.      * @throws Exception 
  258.      */  
  259.     public static String sign(byte[] sign, String keyStorePath, String alias,  
  260.             String password) throws Exception {  
  261.         // 獲得證照  
  262.         X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(  
  263.                 keyStorePath, alias, password);  
  264.         // 獲取私鑰  
  265.         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);  
  266.         // 取得私鑰  
  267.         PrivateKey privateKey = (PrivateKey) ks.getKey(alias, password  
  268.                 .toCharArray());  
  269.   
  270.         // 構建簽名  
  271.         Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate  
  272.                 .getSigAlgName());  
  273.         signature.initSign(privateKey);  
  274.         signature.update(sign);  
  275.         return encryptBASE64(signature.sign());  
  276.     }  
  277.   
  278.     /** 
  279.      * 驗證簽名 
  280.      *  
  281.      * @param data 
  282.      * @param sign 
  283.      * @param certificatePath 
  284.      * @return 
  285.      * @throws Exception 
  286.      */  
  287.     public static boolean verify(byte[] data, String sign,  
  288.             String certificatePath) throws Exception {  
  289.         // 獲得證照  
  290.         X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(certificatePath);  
  291.         // 獲得公鑰  
  292.         PublicKey publicKey = x509Certificate.getPublicKey();  
  293.         // 構建簽名  
  294.         Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate  
  295.                 .getSigAlgName());  
  296.         signature.initVerify(publicKey);  
  297.         signature.update(data);  
  298.   
  299.         return signature.verify(decryptBASE64(sign));  
  300.   
  301.     }  
  302.   
  303.     /** 
  304.      * 驗證Certificate 
  305.      *  
  306.      * @param keyStorePath 
  307.      * @param alias 
  308.      * @param password 
  309.      * @return 
  310.      */  
  311.     public static boolean verifyCertificate(Date date, String keyStorePath,  
  312.             String alias, String password) {  
  313.         boolean status = true;  
  314.         try {  
  315.             Certificate certificate = getCertificate(keyStorePath, alias,  
  316.                     password);  
  317.             status = verifyCertificate(date, certificate);  
  318.         } catch (Exception e) {  
  319.             status = false;  
  320.         }  
  321.         return status;  
  322.     }  
  323.   
  324.     /** 
  325.      * 驗證Certificate 
  326.      *  
  327.      * @param keyStorePath 
  328.      * @param alias 
  329.      * @param password 
  330.      * @return 
  331.      */  
  332.     public static boolean verifyCertificate(String keyStorePath, String alias,  
  333.             String password) {  
  334.         return verifyCertificate(new Date(), keyStorePath, alias, password);  
  335.     }  
  336. }  



再給出一個測試類： 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. import static org.junit.Assert.*;  
  2.   
  3. import org.junit.Test;  
  4.   
  5. /** 
  6.  *  
  7.  * @author 樑棟 
  8.  * @version 1.0 
  9.  * @since 1.0 
  10.  */  
  11. public class CertificateCoderTest {  
  12.     private String password = "123456";  
  13.     private String alias = "www.zlex.org";  
  14.     private String certificatePath = "d:/zlex.cer";  
  15.     private String keyStorePath = "d:/zlex.keystore";  
  16.   
  17.     @Test  
  18.     public void test() throws Exception {  
  19.         System.err.println("公鑰加密——私鑰解密");  
  20.         String inputStr = "Ceritifcate";  
  21.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
  22.   
  23.         byte[] encrypt = CertificateCoder.encryptByPublicKey(data,  
  24.                 certificatePath);  
  25.   
  26.         byte[] decrypt = CertificateCoder.decryptByPrivateKey(encrypt,  
  27.                 keyStorePath, alias, password);  
  28.         String outputStr = new String(decrypt);  
  29.   
  30.         System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密後: " + outputStr);  
  31.   
  32.         // 驗證資料一致  
  33.         assertArrayEquals(data, decrypt);  
  34.   
  35.         // 驗證證照有效  
  36.         assertTrue(CertificateCoder.verifyCertificate(certificatePath));  
  37.   
  38.     }  
  39.   
  40.     @Test  
  41.     public void testSign() throws Exception {  
  42.         System.err.println("私鑰加密——公鑰解密");  
  43.   
  44.         String inputStr = "sign";  
  45.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
  46.   
  47.         byte[] encodedData = CertificateCoder.encryptByPrivateKey(data,  
  48.                 keyStorePath, alias, password);  
  49.   
  50.         byte[] decodedData = CertificateCoder.decryptByPublicKey(encodedData,  
  51.                 certificatePath);  
  52.   
  53.         String outputStr = new String(decodedData);  
  54.         System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密後: " + outputStr);  
  55.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
  56.   
  57.         System.err.println("私鑰簽名——公鑰驗證簽名");  
  58.         // 產生簽名  
  59.         String sign = CertificateCoder.sign(encodedData, keyStorePath, alias,  
  60.                 password);  
  61.         System.err.println("簽名:\r" + sign);  
  62.   
  63.         // 驗證簽名  
  64.         boolean status = CertificateCoder.verify(encodedData, sign,  
  65.                 certificatePath);  
  66.         System.err.println("狀態:\r" + status);  
  67.         assertTrue(status);  
  68.   
  69.     }  
  70. }  



控制檯輸出： 

Console程式碼  收藏程式碼
  1. 公鑰加密——私鑰解密  
  2. 加密前: Ceritificate  
  3.   
  4. 解密後: Ceritificate  
  5.   
  6. 私鑰加密——公鑰解密  
  7. 加密前: sign  
  8.   
  9. 解密後: sign  
  10. 私鑰簽名——公鑰驗證簽名  
  11. 簽名:  
  12. pqBn5m6PJlfOjH0A6U2o2mUmBsfgyEY1NWCbiyA/I5Gc3gaVNVIdj/zkGNZRqTjhf3+J9a9z9EI7  
  13. 6F2eWYd7punHx5oh6hfNgcKbVb52EfItl4QEN+djbXiPynn07+Lbg1NOjULnpEd6ZhLP1YwrEAuM  
  14. OfvX0e7/wplxLbySaKQ=  
  15.   
  16. 狀態:  
  17. true  



由此完成了證照驗證體系！ 

同樣，我們可以對程式碼做簽名——程式碼簽名！ 
通過工具JarSigner可以完成程式碼簽名。 
這裡我們對tools.jar做程式碼簽名，命令如下： 

Shell程式碼  收藏程式碼
  1. jarsigner -storetype jks -keystore zlex.keystore -verbose tools.jar www.zlex.org  


控制檯輸出： 

Console程式碼  收藏程式碼
  1. 輸入金鑰庫的口令短語：  
  2.  正在更新： META-INF/WWW_ZLEX.SF  
  3.  正在更新： META-INF/WWW_ZLEX.RSA  
  4.   正在簽名： org/zlex/security/Security.class  
  5.   正在簽名： org/zlex/tool/Main$1.class  
  6.   正在簽名： org/zlex/tool/Main$2.class  
  7.   正在簽名： org/zlex/tool/Main.class  
  8.   
  9. 警告：  
  10. 簽名者證照將在六個月內過期。  



此時，我們可以對簽名後的jar做驗證！ 
驗證tools.jar，命令如下： 

Shell程式碼  收藏程式碼
  1. jarsigner -verify -verbose -certs tools.jar  


控制檯輸出： 

Console程式碼  收藏程式碼
  1.          402 Sat Jun 20 16:25:14 CST 2009 META-INF/MANIFEST.MF  
  2.          532 Sat Jun 20 16:25:14 CST 2009 META-INF/WWW_ZLEX.SF  
  3.          889 Sat Jun 20 16:25:14 CST 2009 META-INF/WWW_ZLEX.RSA  
  4. sm       590 Wed Dec 10 13:03:42 CST 2008 org/zlex/security/Security.class  
  5.   
  6.       X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN  
  7.       [證照將在 09-9-18 下午3:27 到期]  
  8.   
  9. sm       705 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main$1.class  
  10.   
  11.       X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN  
  12.       [證照將在 09-9-18 下午3:27 到期]  
  13.   
  14. sm       779 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main$2.class  
  15.   
  16.       X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN  
  17.       [證照將在 09-9-18 下午3:27 到期]  
  18.   
  19. sm     12672 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main.class  
  20.   
  21.       X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN  
  22.       [證照將在 09-9-18 下午3:27 到期]  
  23.   
  24.   
  25.   s = 已驗證簽名  
  26.   m = 在清單中列出條目  
  27.   k = 在金鑰庫中至少找到了一個證照  
  28.   i = 在身份作用域內至少找到了一個證照  
  29.   
  30. jar 已驗證。  
  31.   
  32. 警告：  
  33. 此 jar 包含簽名者證照將在六個月內過期的條目。  



程式碼簽名認證的用途主要是對釋出的軟體做驗證，支援 Sun Java .jar (Java Applet) 檔案(J2SE)和 J2ME MIDlet Suite 檔案。 
 

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