java 接口 安全加密_Java安全性，第1部分：加密基础知识

关于本教程

本教程是关于什么的？

也许没有比应用程序安全更重要的软件工程主题。 攻击是昂贵的，无论是来自内部还是外部，而且某些攻击可能会使软件公司承担赔偿责任。 随着计算机（尤其是Internet）技术的发展，安全攻击变得越来越复杂和频繁。 掌握最新技术和工具是应用程序安全的关键之一。 另一个是成熟的技术的坚实基础，例如数据加密，身份验证和授权。

Java平台（包括基本语言和库扩展）为编写安全的应用程序奠定了良好的基础。 本教程介绍了密码学的基础知识以及如何用Java编程语言实现密码学，并提供了示例代码来说明这些概念。

在分两部分的教程的第一部分中，我们介绍了库扩展（现在是JDK 1.4基础的一部分）中的资料，这些扩展称为Java密码术扩展（JCE）和Java安全套接字扩展（JSSE）。 另外，本教程介绍了CertPath API，它是JDK 1.4的新增功能。 在第2部分（请参阅参考资料 ）中，我们将扩大讨论范围以涵盖访问控制，访问控制由Java身份验证和授权服务（JAAS）在Java平台中进行管理。

我应该学习本教程吗？

这是一个中级教程。 它假定您知道如何读写基本的Java程序，包括应用程序和applet。

如果您已经是Java程序员，并且对加密技术（诸如私钥和公钥加密，RSA，SSL，证书等主题）以及支持它们的Java库（JCE，JSSE）感到好奇，那么本教程适合您。 它不假定密码学，JCE或JSSE具有任何以前的背景。

本教程介绍了基本的密码构建块概念。 每个概念后都有Java实现注意事项，代码示例以及示例执行的结果。

工具，代码示例和安装要求

您需要以下各项来完成本教程中的编程练习：

• JDK 1.4，标准版
• 本教程的源代码和类JavaSecurity1-source.jar ，以便您可以按照示例进行操作
• RSA示例的Bouncy Castle Crypto库
• 支持Java 1.4插件的浏览器

您可以使用JDK 1.3.x，但必须自己安装JCE和JSSE。

关于代码示例的注释

这些代码示例将加密的数据直接转储到屏幕上。 在大多数情况下，这将导致外观怪异的控制字符，其中某些字符有时可能会导致屏幕格式问题。 这不是一个好的编程习惯（最好将它们转换为可显示的ASCII字符或十进制表示形式），但是此处已这样做是为了保持代码示例及其输出简短。

在大多数情况下，在示例执行部分中，实际字符串已被修改为与本教程的字符集要求兼容。 同样，在大多数示例中，我们查找并显示用于给定算法的实际安全提供程序库。 这样做是为了使用户更好地了解针对哪些函数调用了哪些库。 为什么？ 因为在大多数安装中，安装了许多这些提供程序。

Java安全性编程概念

Java平台如何促进安全编程

Java编程语言和环境具有许多有助于安全编程的功能：

• 没有指针 ，这意味着Java程序无法寻址地址空间中的任意内存位置。
• 字节码验证程序 ，在对.class文件进行编译后运行，并在执行之前检查安全性问题。 例如，将拒绝访问超出数组大小的数组元素的尝试。 由于缓冲区溢出攻击是造成大多数系统漏洞的原因，因此这是一项重要的安全功能。
• 对applet和应用程序的资源访问进行细粒度控制 。 例如，可以限制applet读取或写入磁盘空间，或者可以授权applet仅从特定目录读取。 该授权可以基于谁对代码进行签名 （请参阅代码签名的概念 ）和代码源的http地址。 这些设置显示在java.policy文件中。
• 用于所有主要密码构造块和SSL（本教程的主题）以及身份验证和授权（在本系列的第二篇教程中讨论） 的大量库函数 。 此外，许多第三方库可用于其他算法。

什么是安全编程技术？

简而言之，可以使用多种编程样式和技术来帮助确保更安全的应用程序。 考虑以下两个一般示例：

• 存储/删除密码。 如果密码存储在Java String对象中，则密码将保留在内存中，直到被垃圾回收或过程结束为止。 如果是垃圾回收，它将一直存在于可用内存堆中，直到重新使用内存空间为止。 密码String在内存中保留的时间越长，它越容易受到监听。
  
  更糟的是，如果实际内存不足，则操作系统可能将此密码String分页到磁盘的交换空间，因此容易受到磁盘块监听的攻击。
  
  为了尽量减少（但不能消除）这些风险，您应该将密码存储在char数组中，并在使用后将其归零。 （ String是不可变的，因此您不能将它们归零。）
• 智能序列化。 当对象被序列化以存储或传输时，默认情况下，流中会存在任何私有字段。 因此，敏感数据容易受到监听。 您可以使用transient关键字标记属性，以便在流中将其跳过。

在整个教程中，当我们需要这些技术时，我们将更详细地讨论它们。

安全性集成在JDK 1.4中

在JDK 1.4之前，必须将许多安全功能作为扩展添加到基本Java代码发行版中。 美国严格的出口限制要求这种功能分离。

现在，新的宽松法规为更紧密地集成安全功能和基本语言打开了大门。 以下软件包（在1.4版本之前用作扩展）现已集成到JDK 1.4中：

• JCE （Java密码学扩展）
• JSSE （Java安全套接字扩展）
• JAAS （Java身份验证和授权服务）

JDK 1.4还引入了两个新功能：

• JGSS （Java通用安全服务）
• CertPath API （Java认证路径API）

JCE，JSSE和CertPath API是本教程的主题。 在本系列的下一个教程中，我们将重点介绍JAAS。 这两个教程都没有涵盖JGSS（它提供了一个通用框架来在应用程序之间安全地交换消息）。

第三方库丰富了安全性

我们可以使用第三方库（也称为provider）来增强当前Java语言中已经丰富的功能集。 提供程序添加其他安全算法。

作为图书馆的一个例子，我们将与充气城堡提供商合作（参见相关主题 ）。 Bouncy Castle库提供了其他加密算法，包括什么是公钥加密中讨论的流行的RSA算法。 和什么是数字签名？ 本教程。

虽然目录名称和java.security文件可能有所不同，但这是用于安装Bouncy Castle提供程序的模板。 要安装此库，请下载bcprov-jdk14-112.jar文件并将其放置在j2sdk1.4.0 \ jre \ lib \ ext和Program Files \ Java \ J2re1.4.0 \ lib \ ext目录中。 在与上面相同的目录中的两个java.security文件中，但使用“ security”而不是“ ext”，添加以下行：

security.provider.6=org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider

到这行代码的末尾：

security.provider.1=sun.security.provider.Sun
security.provider.2=com.sun.net.ssl.internal.ssl.Provider
security.provider.3=com.sun.rsajca.Provider
security.provider.4=com.sun.crypto.provider.SunJCE
security.provider.5=sun.security.jgss.SunProvider
security.provider.6=org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider

展望未来

在本节中，我们介绍了Java语言提供的功能（完全集成或基于扩展），这些功能有助于确保编程保持安全。 我们提供了一些安全编程技术的一般示例，以帮助您熟悉该概念。 我们介绍了曾经是扩展程序但现在已集成到1.4版发行中的安全技术。 我们还注意到了两种新的安全技术。 而且我们已经证明，第三方库可以通过提供新技术来增强安全程序。

在本教程的其余部分，我们将使您熟悉这些旨在提供安全消息传递的概念（因为它们适用于Java编程）：

• 消息摘要。 结合消息身份验证代码，该技术可确保消息的完整性。
• 私钥加密。 一种旨在确保您的消息的机密性的技术。
• 公钥加密。 一种允许两方共享秘密消息而无需事先就秘密密钥达成协议的技术。
• 数字签名。 一种位模式，用于将另一方的消息标识为来自适当的人。
• 数字证书。 通过使消息由第三方机构认证来为数字签名增加另一安全级别的技术。
• 代码签名。 受信任实体在交付的代码中嵌入签名的概念。
• SSL / TLS。 用于在客户端和服务器之间建立安全通信通道的协议。 传输层安全性（TLS）替代了安全套接字层（SSL）。

在讨论每个主题时，我们将提供示例和示例代码。

确保消息的完整性

总览

在本节中，我们将学习消息摘要，这些摘要将消息中的数据带入并生成一个位块，用于表示消息的“指纹”。 我们还将介绍与消息摘要有关的JDK 1.4支持的算法，类和方法，为消息摘要和消息身份验证功能提供代码示例和示例执行代码。

什么是消息摘要？

消息摘要是一种确保消息完整性的功能。 消息摘要将一条消息作为输入，并生成通常代表几百位长的位块，以表示消息的指纹。 消息中的微小变化（例如，闯入者或窃听者）使指纹产生了明显的变化。

消息摘要功能是单向功能。 从消息中生成指纹是一件简单的事情，但是要生成与给定指纹匹配的消息则相当困难。

消息摘要可以弱也可以强。 校验和（即消息所有字节的XOR）是弱消息摘要功能的示例。 修改一个字节以生成任何所需的校验和指纹很容易。 最强大的功能使用哈希。 消息中的1位更改会导致指纹发生巨大变化（理想情况下，指纹位的50％会发生变化）。

算法，类和方法

JDK 1.4支持以下消息摘要算法：

• MD2和MD5 ，它们是128位算法
• SHA-1 ，这是一种160位算法
• SHA-256， SHA-383和SHA-512 ，分别提供更长的指纹大小，分别为256、383和512位

MD5和SHA-1是最常用的算法。

MessageDigest类可操纵消息摘要。 消息摘要代码示例中使用了以下方法：

• MessageDigest.getInstance("MD5") ：创建消息摘要。
• .update(plaintext) ：使用纯文本字符串计算消息摘要。
• .digest() ：读取消息摘要。

如果将密钥用作消息摘要生成的一部分，则该算法称为消息身份验证码 。 JDK 1.4支持HMAC / SHA-1和HMAC / MD5消息认证代码算法。

Mac类使用KeyGenerator类产生的密钥来操作消息验证代码。 在消息身份验证代码示例中使用以下方法：

• KeyGenerator.getInstance("HmacMD5")和.generateKey() ：生成密钥。
• Mac.getInstance("HmacMD5") ：创建一个MAC对象。
• .init(MD5key) ：初始化MAC对象。
• .update(plaintext)和.doFinal() ：使用纯文本字符串计算MAC对象。

消息摘要代码示例

import java.security.*;
import javax.crypto.*;
//
// Generate a Message Digest
public class MessageDigestExample {

  public static void main (String[] args) throws Exception {
    //
    // check args and get plaintext
    if (args.length !=1) {

      System.err.println("Usage: java MessageDigestExample text");
      System.exit(1);
    }
    byte[] plainText = args[0].getB