Java加密技术（八）

 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： 

 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： 

 输入keystore密码：
 再次输入新密码:
 您的名字与姓氏是什么？
   [Unknown]：  www.zlex.org
 您的组织单位名称是什么？
   [Unknown]：  zlex
 您的组织名称是什么？
   [Unknown]：  zlex
 您所在的城市或区域名称是什么？
   [Unknown]：  BJ
 您所在的州或省份名称是什么？
   [Unknown]：  BJ
 该单位的两字母国家代码是什么
   [Unknown]：  CN
 CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN 正确吗？
   [否]：  Y

 输入的主密码
         （如果和 keystore 密码相同，按回车）：
 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： 

 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： 

 输入keystore密码：
 保存在文件中的认证

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） 

 import java.io.FileInputStream;
 import java.security.KeyStore;
 import java.security.PrivateKey;
 import java.security.PublicKey;
 import java.security.Signature;
 import java.security.cert.Certificate;
 import java.security.cert.CertificateFactory;
 import java.security.cert.X509Certificate;
 import java.util.Date;

 import javax.crypto.Cipher;

 /**
  * 证书组件
  *
  * @author 梁栋
  * @version 1.0
  * @since 1.0
  */
 public abstract class CertificateCoder extends Coder {


     /**
      * Java密钥库(Java Key Store，JKS)KEY_STORE
      */
     public static final String KEY_STORE = "JKS";

     public static final String X509 = "X.509";

     /**
      * 由KeyStore获得私钥
      *
      * @param keyStorePath
      * @param alias
      * @param password
      * @return
      * @throws Exception
      */
     private static PrivateKey getPrivateKey(String keyStorePath, String alias,
             String password) throws Exception {
         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);
         PrivateKey key = (PrivateKey) ks.getKey(alias, password.toCharArray());
         return key;
     }

     /**
      * 由Certificate获得公钥
      *
      * @param certificatePath
      * @return
      * @throws Exception
      */
     private static PublicKey getPublicKey(String certificatePath)
             throws Exception {
         Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);
         PublicKey key = certificate.getPublicKey();
         return key;
     }

     /**
      * 获得Certificate
      *
      * @param certificatePath
      * @return
      * @throws Exception
      */
     private static Certificate getCertificate(String certificatePath)
             throws Exception {
         CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory
                 .getInstance(X509);
         FileInputStream in = new FileInputStream(certificatePath);

         Certificate certificate = certificateFactory.generateCertificate(in);
         in.close();

         return certificate;
     }

     /**
      * 获得Certificate
      *
      * @param keyStorePath
      * @param alias
      * @param password
      * @return
      * @throws Exception
      */
     private static Certificate getCertificate(String keyStorePath,
             String alias, String password) throws Exception {
         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);
         Certificate certificate = ks.getCertificate(alias);

         return certificate;
     }

     /**
      * 获得KeyStore
      *
      * @param keyStorePath
      * @param password
      * @return
      * @throws Exception
      */
     private static KeyStore getKeyStore(String keyStorePath, String password)
             throws Exception {
         FileInputStream is = new FileInputStream(keyStorePath);
         KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KEY_STORE);
         ks.load(is, password.toCharArray());
         is.close();
         return ks;
     }

     /**
      * 私钥加密
      *
      * @param data
      * @param keyStorePath
      * @param alias
      * @param password
      * @return
      * @throws Exception
      */
     public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,
             String alias, String password) throws Exception {
         // 取得私钥
         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, alias, password);

         // 对数据加密
         Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());
         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);

         return cipher.doFinal(data);

     }

     /**
      * 私钥解密
      *
      * @param data
      * @param keyStorePath
      * @param alias
      * @param password
      * @return
      * @throws Exception
      */
     public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,
             String alias, String password) throws Exception {
         // 取得私钥
         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, alias, password);

         // 对数据加密
         Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());
         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);

         return cipher.doFinal(data);

     }

     /**
      * 公钥加密
      *
      * @param data
      * @param certificatePath
      * @return
      * @throws Exception
      */
     public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)
             throws Exception {

         // 取得公钥
         PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);
         // 对数据加密
         Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());
         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);

         return cipher.doFinal(data);

     }

     /**
      * 公钥解密
      *
      * @param data
      * @param certificatePath
      * @return
      * @throws Exception
      */
     public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)
             throws Exception {
         // 取得公钥
         PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);

         // 对数据加密
         Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());
         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);

         return cipher.doFinal(data);

     }

     /**
      * 验证Certificate
      *
      * @param certificatePath
      * @return
      */
     public static boolean verifyCertificate(String certificatePath) {
         return verifyCertificate(new Date(), certificatePath);
     }

     /**
      * 验证Certificate是否过期或无效
      *
      * @param date
      * @param certificatePath
      * @return
      */
     public static boolean verifyCertificate(Date date, String certificatePath) {
         boolean status = true;
         try {
             // 取得证书
             Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);
             // 验证证书是否过期或无效
             status = verifyCertificate(date, certificate);
         } catch (Exception e) {
             status = false;
         }
         return status;
     }

     /**
      * 验证证书是否过期或无效
      *
      * @param date
      * @param certificate
      * @return
      */
     private static boolean verifyCertificate(Date date, Certificate certificate) {
         boolean status = true;
         try {
             X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) certificate;
             x509Certificate.checkValidity(date);
         } catch (Exception e) {
             status = false;
         }
         return status;
     }

     /**
      * 签名
      *
      * @param keyStorePath
      * @param alias
      * @param password
      *
      * @return
      * @throws Exception
      */
     public static String sign(byte[] sign, String keyStorePath, String alias,
             String password) throws Exception {
         // 获得证书
         X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(
                 keyStorePath, alias, password);
         // 获取私钥
         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);
         // 取得私钥
         PrivateKey privateKey = (PrivateKey) ks.getKey(alias, password
                 .toCharArray());

         // 构建签名
         Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate
                 .getSigAlgName());
         signature.initSign(privateKey);
         signature.update(sign);
         return encryptBASE64(signature.sign());
     }

     /**
      * 验证签名
      *
      * @param data
      * @param sign
      * @param certificatePath
      * @return
      * @throws Exception
      */
     public static boolean verify(byte[] data, String sign,
             String certificatePath) throws Exception {
         // 获得证书
         X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(certificatePath);
         // 获得公钥
         PublicKey publicKey = x509Certificate.getPublicKey();
         // 构建签名
         Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate
                 .getSigAlgName());
         signature.initVerify(publicKey);
         signature.update(data);

         return signature.verify(decryptBASE64(sign));

     }

     /**
      * 验证Certificate
      *
      * @param keyStorePath
      * @param alias
      * @param password
      * @return
      */
     public static boolean verifyCertificate(Date date, String keyStorePath,
             String alias, String password) {
         boolean status = true;
         try {
             Certificate certificate = getCertificate(keyStorePath, alias,
                     password);
             status = verifyCertificate(date, certificate);
         } catch (Exception e) {
             status = false;
         }
         return status;
     }

     /**
      * 验证Certificate
      *
      * @param keyStorePath
      * @param alias
      * @param password
      * @return
      */
     public static boolean verifyCertificate(String keyStorePath, String alias,
             String password) {
         return verifyCertificate(new Date(), keyStorePath, alias, password);
     }
 }

再给出一个测试类： 

 import static org.junit.Assert.*;

 import org.junit.Test;

 /**
  *
  * @author 梁栋
  * @version 1.0
  * @since 1.0
  */
 public class CertificateCoderTest {
     private String password = "123456";
     private String alias = "www.zlex.org";
     private String certificatePath = "d:/zlex.cer";
     private String keyStorePath = "d:/zlex.keystore";

     @Test
     public void test() throws Exception {
         System.err.println("公钥加密——私钥解密");
         String inputStr = "Ceritifcate";
         byte[] data = inputStr.getBytes();

         byte[] encrypt = CertificateCoder.encryptByPublicKey(data,
                 certificatePath);

         byte[] decrypt = CertificateCoder.decryptByPrivateKey(encrypt,
                 keyStorePath, alias, password);
         String outputStr = new String(decrypt);

         System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);

         // 验证数据一致
         assertArrayEquals(data, decrypt);

         // 验证证书有效
         assertTrue(CertificateCoder.verifyCertificate(certificatePath));

     }

     @Test
     public void testSign() throws Exception {
         System.err.println("私钥加密——公钥解密");

         String inputStr = "sign";
         byte[] data = inputStr.getBytes();

         byte[] encodedData = CertificateCoder.encryptByPrivateKey(data,
                 keyStorePath, alias, password);

         byte[] decodedData = CertificateCoder.decryptByPublicKey(encodedData,
                 certificatePath);

         String outputStr = new String(decodedData);
         System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);
         assertEquals(inputStr, outputStr);

         System.err.println("私钥签名——公钥验证签名");
         // 产生签名
         String sign = CertificateCoder.sign(encodedData, keyStorePath, alias,
                 password);
         System.err.println("签名:\r" + sign);

         // 验证签名
         boolean status = CertificateCoder.verify(encodedData, sign,
                 certificatePath);
         System.err.println("状态:\r" + status);
         assertTrue(status);

     }
 }

控制台输出： 

 公钥加密——私钥解密
 加密前: Ceritificate

 解密后: Ceritificate

 私钥加密——公钥解密
 加密前: sign

 解密后: sign
 私钥签名——公钥验证签名
 签名:
 pqBn5m6PJlfOjH0A6U2o2mUmBsfgyEY1NWCbiyA/I5Gc3gaVNVIdj/zkGNZRqTjhf3+J9a9z9EI7
 6F2eWYd7punHx5oh6hfNgcKbVb52EfItl4QEN+djbXiPynn07+Lbg1NOjULnpEd6ZhLP1YwrEAuM
 OfvX0e7/wplxLbySaKQ=

 状态:
 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： 

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

控制台输出： 

 输入密钥库的口令短语：
  正在更新： META-INF/WWW_ZLEX.SF
  正在更新： META-INF/WWW_ZLEX.RSA
   正在签名： org/zlex/security/Security.class
   正在签名： org/zlex/tool/Main$1.class
   正在签名： org/zlex/tool/Main$2.class
   正在签名： org/zlex/tool/Main.class

 警告：
 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： 

 jarsigner -verify -verbose -certs tools.jar

控制台输出： 

          402 Sat Jun 20 16:25:14 CST 2009 META-INF/MANIFEST.MF
          532 Sat Jun 20 16:25:14 CST 2009 META-INF/WWW_ZLEX.SF
          889 Sat Jun 20 16:25:14 CST 2009 META-INF/WWW_ZLEX.RSA
 sm       590 Wed Dec 10 13:03:42 CST 2008 org/zlex/security/Security.class

       X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN
       [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]

 sm       705 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main$1.class

       X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN
       [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]

 sm       779 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main$2.class

       X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN
       [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]

 sm     12672 Tue Dec 16 18:00:56 CST 2008 org/zlex/tool/Main.class

       X.509, CN=www.zlex.org, OU=zlex, O=zlex, L=BJ, ST=BJ, C=CN
       [证书将在 09-9-18 下午3:27 到期]


   s = 已验证签名
   m = 在清单中列出条目
   k = 在密钥库中至少找到了一个证书
   i = 在身份作用域内至少找到了一个证书

 jar 已验证。

 警告：
 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。