Java加密技术（八）——数字证书

本篇的主要内容为Java证书体系的实现。 

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： 

Shell代码  

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： 

Console代码  

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.   
18. 输入<tomcat>的主密码  
19.         （如果和 keystore 密码相同，按回车）：  
20. 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： 

Shell代码  

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： 

Console代码  

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） 

Java代码  

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.  * 证书组件 
15.  *  
16.  * @author 梁栋 
17.  * @version 1.0 
18.  * @since 1.0 
19.  */  
20. public abstract class CertificateCoder extends Coder {  
21.   
22.   
23.     /** 
24.      * Java密钥库(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获得私钥 
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获得公钥 
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.      * 获得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.      * 获得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.      * 获得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.      * 私钥加密 
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.         // 取得私钥  
126.         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, alias, password);  
127.   
128.         // 对数据加密  
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.      * 私钥解密 
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.         // 取得私钥  
149.         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, alias, password);  
150.   
151.         // 对数据加密  
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.      * 公钥加密 
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.         // 取得公钥  
171.         PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);  
172.         // 对数据加密  
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.      * 公钥解密 
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.         // 取得公钥  
191.         PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);  
192.   
193.         // 对数据加密  
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.      * 验证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.      * 验证Certificate是否过期或无效 
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.             // 取得证书  
222.             Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);  
223.             // 验证证书是否过期或无效  
224.             status = verifyCertificate(date, certificate);  
225.         } catch (Exception e) {  
226.             status = false;  
227.         }  
228.         return status;  
229.     }  
230.   
231.     /** 
232.      * 验证证书是否过期或无效 
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.      * 签名 
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.         // 获得证书  
262.         X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(  
263.                 keyStorePath, alias, password);  
264.         // 获取私钥  
265.         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);  
266.         // 取得私钥  
267.         PrivateKey privateKey = (PrivateKey) ks.getKey(alias, password  
268.                 .toCharArray());  
269.   
270.         // 构建签名  
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.      * 验证签名 
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.         // 获得证书  
290.         X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(certificatePath);  
291.         // 获得公钥  
292.         PublicKey publicKey = x509Certificate.getPublicKey();  
293.         // 构建签名  
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.      * 验证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.      * 验证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. }  

再给出一个测试类： 

Java代码  

1. import static org.junit.Assert.*;  
2.   
3. import org.junit.Test;  
4.   
5. /** 
6.  *  
7.  * @author 梁栋 
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("公钥加密——私钥解密");  
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" + "解密后: " + outputStr);  
31.   
32.         // 验证数据一致  
33.         assertArrayEquals(data, decrypt);  
34.   
35.         // 验证证书有效  
36.         assertTrue(CertificateCoder.verifyCertificate(certificatePath));  
37.   
38.     }  
39.   
40.     @Test  
41.     public void testSign() throws Exception {  
42.         System.err.println("私钥加密——公钥解密");  
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" + "解密后: " + outputStr);  
55.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
56.   
57.         System.err.println("私钥签名——公钥验证签名");  
58.         // 产生签名  
59.         String sign = CertificateCoder.sign(encodedData, keyStorePath, alias,  
60.                 password);  
61.         System.err.println("签名:\r" + sign);  
62.   
63.         // 验证签名  
64.         boolean status = CertificateCoder.verify(encodedData, sign,  
65.                 certificatePath);  
66.         System.err.println("状态:\r" + status);  
67.         assertTrue(status);  
68.   
69.     }  
70. }  

控制台输出： 

Console代码  

1. 公钥加密——私钥解密  
2. 加密前: Ceritificate  
3.   
4. 解密后: Ceritificate  
5.   
6. 私钥加密——公钥解密  
7. 加密前: sign  
8.   
9. 解密后: sign  
10. 私钥签名——公钥验证签名  
11. 签名:  
12. pqBn5m6PJlfOjH0A6U2o2mUmBsfgyEY1NWCbiyA/I5Gc3gaVNVIdj/zkGNZRqTjhf3+J9a9z9EI7  
13. 6F2eWYd7punHx5oh6hfNgcKbVb52EfItl4QEN+djbXiPynn07+Lbg1NOjULnpEd6ZhLP1YwrEAuM  
14. OfvX0e7/wplxLbySaKQ=  
15.   
16. 状态:  
17. 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： 

Shell代码  

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

控制台输出： 

Console代码  

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.   
9. 警告：  
10. 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： 

Shell代码  

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

控制台输出： 

Console代码  

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.       [证书将在 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.       [证书将在 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.       [证书将在 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.       [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]  
23.   
24.   
25.   s = 已验证签名  
26.   m = 在清单中列出条目  
27.   k = 在密钥库中至少找到了一个证书  
28.   i = 在身份作用域内至少找到了一个证书  
29.   
30. jar 已验证。  
31.   
32. 警告：  
33. 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。