杂谈X509证书, Java Keystore与Jetty

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很多人对JSSE组成部分的Key Tool 工具不太明白，希望本文能有帮助

科班出身的同学应该学过课程“密码学”， 这门课详细解释了现代对称加密的算法原理， 当时学的我云里雾里。 直到现在使用过SSL加密才知道工程上用法是这样的， 老师讲的时候就不能带一点工程实践吗？ 简单来说，对称加密体系就是我有一段需要加密的字符， 我用私钥加密之后变成了无意义的密文， 只有用配对的公钥才能对这个密文进行解密还原回来。

下图是个简单的示意，注意由于公私钥是配对的，一般给信息加密的人持有此密钥对。

这套机制可以应用在网络上电子商务常用的可信任站点的证书 验证上，因为电子商务站点经常涉及到交易，所以客户需要知道这个电子商务网站是真的，可信任的， 而不是一个一摸一样的伪造网站，来钓鱼骗你账户和密码的。

简单说一下这个证书验证的过程：

1. 点击一个https的网站
2. 浏览器开始建立ssl连接
3. 浏览器请求该网站证书，该证书主要包含了公钥，及网站用私钥加密证书内容后的签名数据
4. 浏览器用公钥解密签名数据，验证该证书完整性
5. 浏览器根据签名者的名字验证证书链，反复进行直到匹配到了浏览器内自带的可信任根CA机构

为了更直观点, 以下是用java程序取出来的Google的证书，主要的内容包括：

版本(Version)，主题(Subject)，签名算法(Signature Algorithm)，有效日期(Validity)，认证机构(Issuer)，序列号(SerialNumber),公钥信息(Key)

[
[
  Version: V3
  Subject: CN=www.google.com, O=Google Inc, L=Mountain View, ST=California, C=US
  Signature Algorithm: SHA1withRSA, OID = 1.2 . 840.113549 . 1.1 . 5

  Key:  Sun RSA public  key, 2048  bits
  modulus: 21234013066307499395457251007591480564049457586531682634102688105320414778844675214782297227108785101225473929899552731501456168053582903590770359069026387607503146650068399613049641154687616403518890644657095548686866113952705014503928651307072537712940705497213473591529858208623561782445051685850298532560404133534066309955969883121384862800482489711770827176592928627367189401567119209235611091403472756628910838905587679781334745044724147912894428457975079919303874339456674143408932927112368761924943362190459243823969871830702191962312600960355323190050761278795233954274164962425829947843114462063705745562381
  public  exponent: 65537
  Validity: [From: Wed Jul 02  21 : 38 : 55  CST 2014 ,
               To: Tue Sep 30  08 : 00 : 00  CST 2014 ]
  Issuer: CN=Google Internet Authority G2, O=Google Inc, C=US
  SerialNumber: [    5b7fd907 7ce7148c]

Certificate Extensions: 8
[ 1 ]: ObjectId: 1.3 . 6.1 . 5.5 . 7.1 . 1  Criticality= false
AuthorityInfoAccess [
  [
   accessMethod: caIssuers
   accessLocation: URIName: http: //pki.google.com/GIAG2.crt
,
   accessMethod: ocsp
   accessLocation: URIName: http: //clients1.google.com/ocsp
]
]

[ 2 ]: ObjectId: 2.5 . 29.35  Criticality= false
AuthorityKeyIdentifier [
KeyIdentifier [
0000 : 4A DD 06  16  1B BC F6 68    B5 76  F5 81  B6 BB 62  1A  J......h.v....b.
0010 : BA 5A 81  2F                                        .Z./
]
]

[ 3 ]: ObjectId: 2.5 . 29.19  Criticality= true
BasicConstraints:[
  CA: false
  PathLen: undefined
]

[ 4 ]: ObjectId: 2.5 . 29.31  Criticality= false
CRLDistributionPoints [
  [DistributionPoint:
     [URIName: http: //pki.google.com/GIAG2.crl]
]]

[ 5 ]: ObjectId: 2.5 . 29.32  Criticality= false
CertificatePolicies [
  [CertificatePolicyId: [ 1.3 . 6.1 . 4.1 . 11129.2 . 5.1 ]
[]  ]
]

[ 6 ]: ObjectId: 2.5 . 29.37  Criticality= false
ExtendedKeyUsages [
  serverAuth
  clientAuth
]

[ 7 ]: ObjectId: 2.5 . 29.17  Criticality= false
SubjectAlternativeName [
  DNSName: www.google.com
]

[ 8 ]: ObjectId: 2.5 . 29.14  Criticality= false
SubjectKeyIdentifier [
KeyIdentifier [
0000 : 79  DF 1E A5 4C 46  0D 45    EE 18  41  68  F0 83  CA 4F  y...LF.E..Ah...O
0010 : C7 2C B4 C2                                        .,..
]
]

]
  Algorithm: [SHA1withRSA]
  Signature:
0000 : 7E B3 33  11  DC 10  16  C2   99  A0 53  BD 24  03  4D 79   .. 3 .......S.$.My
0010 : 92  A5 15  61  F1 4E C6 F6   C5 10  BB D0 8D 70  F6 53   ...a.N.......p.S
0020 : AA FE 25  EA 33  39  2F 9C   DA C2 69  94  A4 34  1D 57   ..%. 39 /...i.. 4 .W
0030 : A7 E4 D5 75  94  03  8B 61    86  2A A6 82  FA C9 43  37   ...u...a.*....C7
0040 : 28  28  F6 3F 0E DA 88  42    74  2E 79  0C 3E D1 4E 2A  ((.?...Bt.y.>.N*
0050 : C7 25  D7 E1 44  1A 30  D1   C6 33  F4 E4 4E 5E B7 78   .%..D. 0 .. 3 ..N^.x
0060 : C3 1D C2 BE 47  0E 3D D3   CF 09  74  5C 7F 84  C8 55   ....G.=...t\...U
0070 : EA B0 00  A2 7B CA D2 7A   B3 03  1D 22  AB 64  D1 F6  .......z...".d..
0080 : 78  5F 16  D2 54  7D 48  9A   6B 27  FD 2F BD 00  1F 0A  x_..T.H.k'./....
0090 : A8 00  7B CF 7B B8 F0 32    7A 25  1E 6A 6B B2 A1 69   .......2z%.jk..i
00A0: 62  1B B6 C0 6D 52  6A D8   C6 C8 C3 68  C8 28  D5 75   b...mRj....h.(.u
00B0: 66  C9 66  12  CB A5 0F 68    39  3D D5 32  90  ED 13  5B  f.f....h9=. 2 ...[
00C0: C8 5A 89  EB FA 74  B7 F7   EC FB AB A2 8C 84  BF 75   .Z...t.........u
00D0: 2A D0 23  36  DD 5B C3 1A   DB D9 06  94  C0 23  BC 44   *.# 6 .[.......#.D
00E0: F2 F3 9A B0 FB 85  1D F0   48  25  2A 3B B9 9B 02  DE  ........H%*;....
00F0: 4B 17  4F 63  7A 66  0F 7E   3B 03  31  81  86  AA 57  5D  K.Oczf..;. 1 ...W]

]

　　关于这些信息的更详细解释可以看规范RFC3280 , http://www.ietf.org/rfc/rfc3280.txt ,这里就不扯得太远了。上面的信息跟下面规范里的信息是一一对应的

Certificate  ::=  SEQUENCE  {
        tbsCertificate       TBSCertificate,
        signatureAlgorithm   AlgorithmIdentifier,
        signatureValue       BIT STRING  }

   TBSCertificate  ::=  SEQUENCE  {
        version         [0]  EXPLICIT Version DEFAULT v1,
        serialNumber         CertificateSerialNumber,
        signature            AlgorithmIdentifier,
        issuer               Name,
        validity             Validity,
        subject              Name,
        subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,
        issuerUniqueID  [1]  IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
                             -- If present, version MUST be v2 or v3
        subjectUniqueID [2]  IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
                             -- If present, version MUST be v2 or v3
        extensions      [3]  EXPLICIT Extensions OPTIONAL
                             -- If present, version MUST be v3
        }

操作系统在出厂的时候已经预装了CA的可信任证书，浏览器在通过证书拿到证书链后，最终都会追溯到一个根路径与操作系统自带的出厂CA可信证书进行比对，如果成功了证明是可信任的证书。Chrome在windows系统下直接用windows系统自带root证书进行验证， 而Firefox则自己带了一套可信证书，不与操作系统共用。

经过上面的解释，大家直到JDK为什么要弄一个keytool工具了， 这个工具就是用来生成key store文件的，这个文件保存了两种entry，一种是公私钥对(key entries)， 一种是公钥证书(trusted certificate entries)， 前者由于涉及到私钥，保密要求更高。 key store 文件保存了java版的可信任证书，Java 的SSL客户端要进行SSL握手时需要从对方证书的签名者追溯到自己的可信任机构， 就是跟此文件中保存的CA证书进行比对。

 

下面语句可以建一个keystore 并且生成一个公私钥对，并把公钥生成为公钥证书：

keytool -genkey -alias duke -keypass dukekeypasswd

导入证书语句如下：

keytool -import -alias abc -file ABCCA.cer

Java程序在SSL连接建立相关操作时都需要操作这个key store文件，来取得自己的私钥或者拿自己信任的证书，简单流程如下：

 

以上讲的是客户端的流程，下面看一下Java的web服务器Jetty的一些这方面的设置，同样，Jetty也需要一个这个文件，就保存在Jetty目录的/etc/keystore中。

再看下Jetty 9 的ssl配置文件Jetty-ssl.xml:

/etc/keystore"/>
jetty.keystore.password" default="OBF:1vny1zlo1x8e1vnw1vn61x8g1zlu1vn4"/>
jetty.keymanager.password" default="OBF:1u2u1wml1z7s1z7a1wnl1u2g"/>
/
jetty.truststore.password" default="OBF:1vny1zlo1x8e1vnw1vn61x8g1zlu1vn4"/>

明确指明了keystore和truststore文件的路径，其实就是同一个名为keystore的文件， 并指明了密码，下面我们用他的密码看一下keystore中保存了什么，但Jetty的这个密码如果是OBF开头的则说明密码被混淆过，运行

➜  target git:(master) java -cp jetty-util-9.2.2-SNAPSHOT.jar org.eclipse.jetty.util.security.Password OBF:1vny1zlo1x8e1vnw1vn61x8g1zlu1vn4
2014-07-17 21:08:19.241:INFO::main: Logging initialized @57ms
storepwd
OBF:1vny1zlo1x8e1vnw1vn61x8g1zlu1vn4
MD5:841aa4ca19e9fe3010369a60781c7630

得到这个keystore的实际明文密码  storepwd，然后到jetty/etc目录下查看Jetty的keystore文件中都存了什么证书：

keytool -list  -keystore keystore -storepass storepwd -v

etc git:(master) keytool -list  -keystore keystore -storepass storepwd -v

密钥库类型: JKS
密钥库提供方: SUN

您的密钥库包含 1 个条目

别名: jetty
创建日期: 2008-11-7
条目类型: PrivateKeyEntry
证书链长度: 1
证书[1]:
所有者: CN=jetty.mortbay.org, OU=Jetty, O=Mort Bay Consulting Pty Ltd, L=Unknown, ST=Unknown, C=Unknown
发布者: CN=jetty.mortbay.org, OU=Jetty, O=Mort Bay Consulting Pty Ltd, L=Unknown, ST=Unknown, C=Unknown
序列号: 4913c3f4
有效期开始日期: Fri Nov 07 12:28:36 CST 2008, 截止日期: Tue Mar 25 12:28:36 CST 2036
证书指纹:
     MD5: 59:80:DB:FA:2F:9D:5C:87:88:1B:9A:9F:BF:FA:DE:92
     SHA1: 66:62:5A:2B:2F:96:E1:88:E7:27:19:E0:0E:C6:60:B0:FC:86:B2:64
     SHA256: 3D:75:8E:56:77:42:01:C7:D3:C3:E9:DF:8C:1B:21:03:19:70:78:A9:27:9E:F1:E4:78:B9:73:F5:F6:CA:EF:C2
     签名算法名称: MD5withRSA
     版本: 1


*******************************************
*******************************************

Jetty 9的 中，部分组装SSLConext的代码如下：

                KeyStore keyStore = loadKeyStore();
                KeyStore trustStore = loadTrustStore();

                KeyManager[] keyManagers = getKeyManagers(keyStore);
                TrustManager[] trustManagers = getTrustManagers(trustStore,crls);
                SecureRandom secureRandom = (_secureRandomAlgorithm == null)?null:SecureRandom.getInstance(_secureRandomAlgorithm);
                SSLContext context = _sslProvider == null ? SSLContext.getInstance(_sslProtocol) : SSLContext.getInstance(_sslProtocol,_sslProvider);
                context.init(keyManagers,trustManagers,secureRandom);
                _context = context; //组装好context


//下面是用context组装SSLServerSocketFactory
        SSLServerSocketFactory factory = _context.getServerSocketFactory();

        SSLServerSocket socket =
            (SSLServerSocket) (host==null ?
                        factory.createServerSocket(port,backlog):
                        factory.createServerSocket(port,backlog,InetAddress.getByName(host)));

        if (getWantClientAuth())
            socket.setWantClientAuth(getWantClientAuth());
        if (getNeedClientAuth())
            socket.setNeedClientAuth(getNeedClientAuth());

        socket.setEnabledCipherSuites(selectCipherSuites(
                                            socket.getEnabledCipherSuites(),
                                            socket.getSupportedCipherSuites()));
        socket.setEnabledProtocols(selectProtocols(socket.getEnabledProtocols(),socket.getSupportedProtocols()));
        return socket;

SSLContext构建需要keyManager 和trustManager，Manager来自 keystore文件中保存的Entries。

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