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： 

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<tomcat>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 <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） 

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。