Java加密技术（八）——数字证书

原文：http://snowolf.iteye.com/blog/391931

请大家在阅读本篇内容时先阅读 Java加密技术（四），预先了解RSA加密算法。

在构建Java代码实现前，我们需要完成证书的制作。 
1.生成keyStroe文件 
在命令行下执行以下命令：

1. keytool -genkey -validity 36000 -alias www.zlex.org -keyalg RSA -keystore d:\zlex.keystore

其中 
-genkey表示生成密钥 
-validity指定证书有效期，这里是36000天 
-alias指定别名，这里是www.zlex.org 
-keyalg指定算法，这里是RSA 
-keystore指定存储位置，这里是d:\zlex.keystore

在这里我使用的密码为 123456

控制台输出：

1. 输入keystore密码：
2. 再次输入新密码:
3. 您的名字与姓氏是什么？
4. [Unknown]：  www.zlex.org
5. 您的组织单位名称是什么？
6. [Unknown]：  zlex
7. 您的组织名称是什么？
8. [Unknown]：  zlex
9. 您所在的城市或区域名称是什么？
10. [Unknown]：  BJ
11. 您所在的州或省份名称是什么？
12. [Unknown]：  BJ
13. 该单位的两字母国家代码是什么
14. [Unknown]：  CN
15. CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN 正确吗？
16. [否]：  Y
17. 输入<tomcat>的主密码
18. （如果和 keystore 密码相同，按回车）：
19. 再次输入新密码:

这时，在D盘下会生成一个zlex.keystore的文件。

2.生成自签名证书 
光有keyStore文件是不够的，还需要证书文件，证书才是直接提供给外界使用的公钥凭证。 
导出证书：

1. keytool -export -keystore d:\zlex.keystore -alias www.zlex.org -file d:\zlex.cer -rfc

其中 
-export指定为导出操作 
-keystore指定keystore文件 
-alias指定导出keystore文件中的别名 
-file指向导出路径 
-rfc以文本格式输出，也就是以BASE64编码输出 
这里的密码是 123456

控制台输出：

1. 输入keystore密码：
2. 保存在文件中的认证 <d:\zlex.cer>

当然，使用方是需要导入证书的！ 
可以通过自签名证书完成CAS单点登录系统的构建！

Ok，准备工作完成，开始Java实现！

通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一）

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. import javax.crypto.Cipher;
11. /**
12. * 证书组件
13. *
14. * @author 梁栋
15. * @version 1.0
16. * @since 1.0
17. */
18. public abstract class CertificateCoder extends Coder {
19. /**
20. * Java密钥库(Java Key Store，JKS)KEY_STORE
21. */
22. public static final String KEY_STORE = "JKS";
23. public static final String X509 = "X.509";
24. /**
25. * 由KeyStore获得私钥
26. *
27. * @param keyStorePath
28. * @param alias
29. * @param password
30. * @return
31. * @throws Exception
32. */
33. private static PrivateKey getPrivateKey(String keyStorePath, String alias,
34. String password) throws Exception {
35. KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);
36. PrivateKey key = (PrivateKey) ks.getKey(alias, password.toCharArray());
37. return key;
38. }
39. /**
40. * 由Certificate获得公钥
41. *
42. * @param certificatePath
43. * @return
44. * @throws Exception
45. */
46. private static PublicKey getPublicKey(String certificatePath)
47. throws Exception {
48. Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);
49. PublicKey key = certificate.getPublicKey();
50. return key;
51. }
52. /**
53. * 获得Certificate
54. *
55. * @param certificatePath
56. * @return
57. * @throws Exception
58. */
59. private static Certificate getCertificate(String certificatePath)
60. throws Exception {
61. CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory
62. .getInstance(X509);
63. FileInputStream in = new FileInputStream(certificatePath);
64. Certificate certificate = certificateFactory.generateCertificate(in);
65. in.close();
66. return certificate;
67. }
68. /**
69. * 获得Certificate
70. *
71. * @param keyStorePath
72. * @param alias
73. * @param password
74. * @return
75. * @throws Exception
76. */
77. private static Certificate getCertificate(String keyStorePath,
78. String alias, String password) throws Exception {
79. KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);
80. Certificate certificate = ks.getCertificate(alias);
81. return certificate;
82. }
83. /**
84. * 获得KeyStore
85. *
86. * @param keyStorePath
87. * @param password
88. * @return
89. * @throws Exception
90. */
91. private static KeyStore getKeyStore(String keyStorePath, String password)
92. throws Exception {
93. FileInputStream is = new FileInputStream(keyStorePath);
94. KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KEY_STORE);
95. ks.load(is, password.toCharArray());
96. is.close();
97. return ks;
98. }
99. /**
100. * 私钥加密
101. *
102. * @param data
103. * @param keyStorePath
104. * @param alias
105. * @param password
106. * @return
107. * @throws Exception
108. */
109. public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,
110. String alias, String password) throws Exception {
111. // 取得私钥
112. PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, alias, password);
113. // 对数据加密
114. Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());
115. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
116. return cipher.doFinal(data);
117. }
118. /**
119. * 私钥解密
120. *
121. * @param data
122. * @param keyStorePath
123. * @param alias
124. * @param password
125. * @return
126. * @throws Exception
127. */
128. public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,
129. String alias, String password) throws Exception {
130. // 取得私钥
131. PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, alias, password);
132. // 对数据加密
133. Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());
134. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
135. return cipher.doFinal(data);
136. }
137. /**
138. * 公钥加密
139. *
140. * @param data
141. * @param certificatePath
142. * @return
143. * @throws Exception
144. */
145. public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)
146. throws Exception {
147. // 取得公钥
148. PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);
149. // 对数据加密
150. Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());
151. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
152. return cipher.doFinal(data);
153. }
154. /**
155. * 公钥解密
156. *
157. * @param data
158. * @param certificatePath
159. * @return
160. * @throws Exception
161. */
162. public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)
163. throws Exception {
164. // 取得公钥
165. PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);
166. // 对数据加密
167. Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());
168. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
169. return cipher.doFinal(data);
170. }
171. /**
172. * 验证Certificate
173. *
174. * @param certificatePath
175. * @return
176. */
177. public static boolean verifyCertificate(String certificatePath) {
178. return verifyCertificate(new Date(), certificatePath);
179. }
180. /**
181. * 验证Certificate是否过期或无效
182. *
183. * @param date
184. * @param certificatePath
185. * @return
186. */
187. public static boolean verifyCertificate(Date date, String certificatePath) {
188. boolean status = true;
189. try {
190. // 取得证书
191. Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);
192. // 验证证书是否过期或无效
193. status = verifyCertificate(date, certificate);
194. } catch (Exception e) {
195. status = false;
196. }
197. return status;
198. }
199. /**
200. * 验证证书是否过期或无效
201. *
202. * @param date
203. * @param certificate
204. * @return
205. */
206. private static boolean verifyCertificate(Date date, Certificate certificate) {
207. boolean status = true;
208. try {
209. X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) certificate;
210. x509Certificate.checkValidity(date);
211. } catch (Exception e) {
212. status = false;
213. }
214. return status;
215. }
216. /**
217. * 签名
218. *
219. * @param keyStorePath
220. * @param alias
221. * @param password
222. *
223. * @return
224. * @throws Exception
225. */
226. public static String sign(byte[] sign, String keyStorePath, String alias,
227. String password) throws Exception {
228. // 获得证书
229. X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(
230. keyStorePath, alias, password);
231. // 获取私钥
232. KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);
233. // 取得私钥
234. PrivateKey privateKey = (PrivateKey) ks.getKey(alias, password
235. .toCharArray());
236. // 构建签名
237. Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate
238. .getSigAlgName());
239. signature.initSign(privateKey);
240. signature.update(sign);
241. return encryptBASE64(signature.sign());
242. }
243. /**
244. * 验证签名
245. *
246. * @param data
247. * @param sign
248. * @param certificatePath
249. * @return
250. * @throws Exception
251. */
252. public static boolean verify(byte[] data, String sign,
253. String certificatePath) throws Exception {
254. // 获得证书
255. X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(certificatePath);
256. // 获得公钥
257. PublicKey publicKey = x509Certificate.getPublicKey();
258. // 构建签名
259. Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate
260. .getSigAlgName());
261. signature.initVerify(publicKey);
262. signature.update(data);
263. return signature.verify(decryptBASE64(sign));
264. }
265. /**
266. * 验证Certificate
267. *
268. * @param keyStorePath
269. * @param alias
270. * @param password
271. * @return
272. */
273. public static boolean verifyCertificate(Date date, String keyStorePath,
274. String alias, String password) {
275. boolean status = true;
276. try {
277. Certificate certificate = getCertificate(keyStorePath, alias,
278. password);
279. status = verifyCertificate(date, certificate);
280. } catch (Exception e) {
281. status = false;
282. }
283. return status;
284. }
285. /**
286. * 验证Certificate
287. *
288. * @param keyStorePath
289. * @param alias
290. * @param password
291. * @return
292. */
293. public static boolean verifyCertificate(String keyStorePath, String alias,
294. String password) {
295. return verifyCertificate(new Date(), keyStorePath, alias, password);
296. }
297. }

再给出一个测试类：

1. import static org.junit.Assert.*;
2. import org.junit.Test;
3. /**
4. *
5. * @author 梁栋
6. * @version 1.0
7. * @since 1.0
8. */
9. public class CertificateCoderTest {
10. private String password = "123456";
11. private String alias = "www.zlex.org";
12. private String certificatePath = "d:/zlex.cer";
13. private String keyStorePath = "d:/zlex.keystore";
14. @Test
15. public void test() throws Exception {
16. System.err.println("公钥加密——私钥解密");
17. String inputStr = "Ceritifcate";
18. byte[] data = inputStr.getBytes();
19. byte[] encrypt = CertificateCoder.encryptByPublicKey(data,
20. certificatePath);
21. byte[] decrypt = CertificateCoder.decryptByPrivateKey(encrypt,
22. keyStorePath, alias, password);
23. String outputStr = new String(decrypt);
24. System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);
25. // 验证数据一致
26. assertArrayEquals(data, decrypt);
27. // 验证证书有效
28. assertTrue(CertificateCoder.verifyCertificate(certificatePath));
29. }
30. @Test
31. public void testSign() throws Exception {
32. System.err.println("私钥加密——公钥解密");
33. String inputStr = "sign";
34. byte[] data = inputStr.getBytes();
35. byte[] encodedData = CertificateCoder.encryptByPrivateKey(data,
36. keyStorePath, alias, password);
37. byte[] decodedData = CertificateCoder.decryptByPublicKey(encodedData,
38. certificatePath);
39. String outputStr = new String(decodedData);
40. System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);
41. assertEquals(inputStr, outputStr);
42. System.err.println("私钥签名——公钥验证签名");
43. // 产生签名
44. String sign = CertificateCoder.sign(encodedData, keyStorePath, alias,
45. password);
46. System.err.println("签名:\r" + sign);
47. // 验证签名
48. boolean status = CertificateCoder.verify(encodedData, sign,
49. certificatePath);
50. System.err.println("状态:\r" + status);
51. assertTrue(status);
52. }
53. }

控制台输出：

1. 公钥加密——私钥解密
2. 加密前: Ceritificate
3. 解密后: Ceritificate
4. 私钥加密——公钥解密
5. 加密前: sign
6. 解密后: sign
7. 私钥签名——公钥验证签名
8. 签名:
9. pqBn5m6PJlfOjH0A6U2o2mUmBsfgyEY1NWCbiyA/I5Gc3gaVNVIdj/zkGNZRqTjhf3+J9a9z9EI7
10. 6F2eWYd7punHx5oh6hfNgcKbVb52EfItl4QEN+djbXiPynn07+Lbg1NOjULnpEd6ZhLP1YwrEAuM
11. OfvX0e7/wplxLbySaKQ=
12. 状态:
13. true

由此完成了证书验证体系！

同样，我们可以对代码做签名——代码签名！ 
通过工具JarSigner可以完成代码签名。 
这里我们对tools.jar做代码签名，命令如下：

1. jarsigner -storetype jks -keystore zlex.keystore -verbose tools.jar www.zlex.org

控制台输出：

1. 输入密钥库的口令短语：
2. 正在更新： META-INF/WWW_ZLEX.SF
3. 正在更新： META-INF/WWW_ZLEX.RSA
4. 正在签名： org/zlex/security/Security.class
5. 正在签名： org/zlex/tool/Main$1.class
6. 正在签名： org/zlex/tool/Main$2.class
7. 正在签名： org/zlex/tool/Main.class
8. 警告：
9. 签名者证书将在六个月内过期。

此时，我们可以对签名后的jar做验证！ 
验证tools.jar，命令如下：

1. jarsigner -verify -verbose -certs tools.jar

控制台输出：

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. X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN
6. [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]
7. sm       705 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main$1.class
8. X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN
9. [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]
10. sm       779 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main$2.class
11. X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN
12. [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]
13. sm     12672 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main.class
14. X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN
15. [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]
16. s = 已验证签名
17. m = 在清单中列出条目
18. k = 在密钥库中至少找到了一个证书
19. i = 在身份作用域内至少找到了一个证书
20. jar 已验证。
21. 警告：
22. 此 jar 包含签名者证书将在六个月内过期的条目。

代码签名认证的用途主要是对发布的软件做验证，支持 Sun Java .jar (Java Applet) 文件(J2SE)和 J2ME MIDlet Suite 文件。 

相关链接： 
Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC 
Java加密技术（二）——对称加密DES&AES 
Java加密技术（三）——PBE算法 
Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA 
Java加密技术（五）——非对称加密算法的由来 
Java加密技术（六）——数字签名算法DSA 
Java加密技术（七）——非对称加密算法最高ECC 
Java加密技术（八）——数字证书 
Java加密技术（九）——初探SSL 
Java加密技术（十）——单向认证 
Java加密技术（十一）——双向认证 
Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件