Java中的微信支付（1）：API V3版本签名详解

1. 前言

最近在折腾微信支付，证书还是比较烦人的，所以有必要分享一些经验，减少你在开发微信支付时的踩坑。目前微信支付的API已经发展到V3版本，采用了流行的Restful风格。

微信支付V2与V3的区别

今天来分享微信支付的难点——签名，虽然有很多好用的SDK但是如果你想深入了解微信支付还是需要了解一下的。

2. API证书

为了保证资金敏感数据的安全性，确保我们业务中的资金往来交易万无一失。目前微信支付第三方签发的权威的CA证书(API证书)中提供的私钥来进行签名。通过商户平台你可以设置并获取API证书。

API证书

切记在第一次设置的时候会提示下载，后面就不再提供下载了，具体参考说明。

API证书说明

设置后找到zip压缩包解压，里面有很多文件，对于JAVA开发来说只需要关注apiclient_cert.p12这个证书文件就行了，它包含了公私钥，我们需要把它放在服务端并利用Java解析.p12文件获取公钥私钥。

务必保证证书在服务器端的安全，它涉及到资金安全。

解析API证书

接下来就是证书的解析了，证书的解析有网上很多方法，这里我使用比较“正规”的方法来解析，利用JDK安全包的java.security.KeyStore来解析。

微信支付API证书使用了PKCS12算法，我们通过KeyStore来获取公私钥对的载体KeyPair以及证书序列号serialNumber，我封装了工具类：

import org.springframework.core.io.ClassPathResource;

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyStore;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.cert.X509Certificate;

/**
 * KeyPairFactory
 *
 * @author dax
 * @since 13:41
 **/
public class KeyPairFactory {

    private KeyStore store;

    private final Object lock = new Object();

    /**
     * 获取公私钥.
     *
     * @param keyPath  the key path
     * @param keyAlias the key alias
     * @param keyPass  password
     * @return the key pair
     */
    public KeyPair createPKCS12(String keyPath, String keyAlias, String keyPass) {
        ClassPathResource resource = new ClassPathResource(keyPath);
        char[] pem = keyPass.toCharArray();
        try {
            synchronized (lock) {
                if (store == null) {
                    synchronized (lock) {
                        store = KeyStore.getInstance("PKCS12");
                        store.load(resource.getInputStream(), pem);
                    }
                }
            }
            X509Certificate certificate = (X509Certificate) store.getCertificate(keyAlias);
            certificate.checkValidity();
            // 证书的序列号 也有用
            String serialNumber = certificate.getSerialNumber().toString(16).toUpperCase();
            // 证书的 公钥
            PublicKey publicKey = certificate.getPublicKey();
            // 证书的私钥
            PrivateKey storeKey = (PrivateKey) store.getKey(keyAlias, pem);
    
            return new KeyPair(publicKey, storeKey);

        } catch (Exception e) {
            throw new IllegalStateException("Cannot load keys from store: " + resource, e);
        }
    }
}

眼熟的可以看出是胖哥Spring Security教程中JWT用的公私钥提取方法的修改版本，你可以对比下不同之处。

这个方法中有三个参数，这里必须要说明一下：

• keyPath API证书apiclient_cert.p12的classpath路径,一般我们会放在resources路径下，当然你可以修改获取证书输入流的方式。
• keyAlias 证书的别名，这个微信的文档是没有的，胖哥通过加载证书时进行DEBUG获取到该值固定为Tenpay Certificate 。
• keyPass 证书密码，这个默认就是商户号，在其它配置中也需要使用就是mchid，就是你用超级管理员登录微信商户平台在个人资料中的一串数字。

3. V3签名

微信支付V3版本的签名是我们在调用具体的微信支付的API时在HTTP请求头中携带特定的编码串供微信支付服务器进行验证请求来源，确保请求是真实可信的。

签名格式

签名串的具体格式，一共五行一行也不能少，每一行以换行符\n结束。

HTTP请求方法\n
URL\n
请求时间戳\n
请求随机串\n
请求报文主体\n

• HTTP请求方法 你调用的微信支付API所要求的请求方法，比如APP支付为POST。
• URL 比如APP支付文档中为https://api.mch.weixin.qq.com/v3/pay/transactions/app，除去域名部分得到参与签名的URL。如果请求中有查询参数，URL末尾应附加有'?'和对应的查询字符串。这里为/v3/pay/transactions/app。
• 请求时间戳 服务器系统时间戳，保证服务器时间正确并利用System.currentTimeMillis() / 1000获取即可。
• 请求随机串 找个工具类生成类似593BEC0C930BF1AFEB40B4A08C8FB242的字符串就行了。
• 请求报文主体 如果是GET请求直接为空字符"" ；当请求方法为POST或PUT时，请使用真实发送的JSON报文。图片上传API，请使用meta对应的JSON报文。

生成签名

然后我们使用商户私钥对按照上面格式的待签名串进行SHA256 with RSA签名，并对签名结果进行Base64编码得到签名值。对应的核心Java代码为：

/**
 * V3  SHA256withRSA 签名.
 *
 * @param method       请求方法  GET  POST PUT DELETE 等
 * @param canonicalUrl 例如  https://api.mch.weixin.qq.com/v3/pay/transactions/app?version=1 ——> /v3/pay/transactions/app?version=1
 * @param timestamp    当前时间戳   因为要配置到TOKEN 中所以 签名中的要跟TOKEN 保持一致
 * @param nonceStr     随机字符串  要和TOKEN中的保持一致
 * @param body         请求体 GET 为 "" POST 为JSON
 * @param keyPair      商户API 证书解析的密钥对  实际使用的是其中的私钥
 * @return the string
 */
@SneakyThrows
String sign(String method, String canonicalUrl, long timestamp, String nonceStr, String body, KeyPair keyPair)  {
    String signatureStr = Stream.of(method, canonicalUrl, String.valueOf(timestamp), nonceStr, body)
            .collect(Collectors.joining("\n", "", "\n"));
    Signature sign = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
    sign.initSign(keyPair.getPrivate());
    sign.update(signatureStr.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    return Base64Utils.encodeToString(sign.sign());
}

4. 使用签名

签名生成后会同一些参数组成一个Token放置到对应HTTP请求的Authorization请求头中，格式为：

Authorization: WECHATPAY2-SHA256-RSA2048 {Token}

Token由以下五部分组成：

• 发起请求的商户（包括直连商户、服务商或渠道商）的商户号mchid

• 商户API证书序列号serial_no，用于声明所使用的证书

• 请求随机串nonce_str

• 时间戳timestamp

• 签名值signature

Token生成的核心代码：

/**
 * 生成Token.
 *
 * @param mchId 商户号
 * @param nonceStr   随机字符串 
 * @param timestamp  时间戳
 * @param serialNo   证书序列号
 * @param signature  签名
 * @return the string
 */
String token(String mchId, String nonceStr, long timestamp, String serialNo, String signature) {
    final String TOKEN_PATTERN = "mchid=\"%s\",nonce_str=\"%s\",timestamp=\"%d\",serial_no=\"%s\",signature=\"%s\"";
    // 生成token
    return String.format(TOKEN_PATTERN,
            wechatPayProperties.getMchId(),
            nonceStr, timestamp, serialNo, signature);
}

将生成的Token按照上述格式放入请求头中即可完成签名的使用。

5. 总结

本文我们对微信支付V3版本的难点签名以及签名的使用进行了完整的分析，同时对API证书的解析也进行了讲解，相信能够帮助你在支付开发中解决一些具体的问题。后面有时间我还将对签名的验证进行讲解，关注：码农小胖哥 及时获取系列知识。

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