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分类: Java

2010-11-29 01:31:00

如何用Java读取使用证书
作者:李素科 发文时间:2003.01.08
证书(Certificate,也称public-key certificate)是用某种签名算法对某些内容(比如公钥)进行数字签名后得到的、可以用来当成信任关系中介的数字凭证。证书发行机构通过发行证书告知证书使用者或实体其公钥(public-key)以及其它一些辅助信息。证书在电子商务安全交易中有着广泛的应用,证书发行机构也称CA(Certificate Authority)。 

应用证书

证书在公钥加密应用中的作用是保证公钥在某些可信的机构发布,其在协议SSL、电子交易协议SET等方面有重要的应用。图1显示了一个最简单的证书应用方法: 



图1 证书应用方法

证书的应用步骤是: 

(1) A把自己的公钥PKA送到CA(Certificate Authority); 

(2) CA用自己的私钥和A的公钥生成A的证书,证书内包括CA的数字签名。签名对象包括需要在证书中说明的内容,比如A的公钥、时间戳、序列号等,为了简化这里不妨假设证书中只有三项内容:A的公钥PKA、时间戳TIME1、序列号IDA。那么CA发送给A的简单证书凭证可表达为:CertA=Eca[TIME1,IDA,PKA]; 

(3) B同样把自己的公钥PKB送到CA; 

(4) B得到CA发布的证书CertB; 

(5) A告知B证书CertA; 

(6) B告知A证书CertB。 

A、B各自得到对方证书后,利用从CA得到的公钥(在CA的自签证书中)验证彼此对方的证书是否有效,如果有效,那么就得到了彼此的公钥。利用对方的公钥,可以加密数据,也可以用来验证对方的数字签名。 

本文为了方便说明,并没有使用从CA获得的证书,而是通信双方各自产生自签证书,也就是说图1的A和B并没有经过CA,不过前提是A和B之间是互相拥有对方的证书。 

证书的内容和意义如表1所示(这里以通用X .509证书格式为例)。 

表1 证书内容和意义

证书内容意义
Version告诉这个X.509证书是哪个版本的,目前有v1、V2、v3
Serial Number由证书分发机构设置证书的序列号
Signature Algorithm Identifier证书采用什么样的签名算法
Issuer Name证书发行者名,也就是给这个证书签名的机构名
Validity Period证书有效时间范围
Subject Name被证书发行机构签名后的公钥拥有者或实体的名字,采用X.500协议,在Internet上的标志是惟一的。例如:CN=Java,OU=Infosec,O=Infosec Lab,C=CN表示一个subject name。


对证书的详细定义及其应用相关的各种协议,这里不加详细说明,详细细节请查看RFC2450、RFC2510、RFC2511、RFC2527、RFC2528、RFC2559、RFC2560、RFC2585、RFC2587等文档。 

生成自签证书

个人或机构可以从信任的证书分发机构申请得到证书,比如说,可以从 得到一个属于个人的证书。这里可以利用J2SDK的安全工具keytool手工产生自签证书,所谓自签证书是指证书中的“Subject Name”和“Issuer Name”相同的证书。


下面产生一个自签证书。安装完J2SDK(这里用的是J2SDK1.4)后,在J2SDK安装目录的bin目录下,有一个keytool的可执行程序。利用keytool产生自签证书的步骤如下: 

第一步,用-genkey命令选项,产生公私密钥对。在控制台界面输入:keytool -genkey -alias testkeypair -keyalg RSA -keysize 1024 -sigalg MD5withRSA。这里的-alias表示使用这对公私密钥产生新的keystore入口的别名(keystore是用来存放管理密钥对和证书链的,缺省位置是在使用者主目录下,以.keystore为名的隐藏文件,当然也可指定某个路径存放.keystore文件);-keyalg是产生公私钥对所用的算法,这里是RSA;-keysize定义密钥的长度;-sigalg是签名算法,选择MD5withRSA,即用RSA签名,然后用MD5哈希算法摘要。接下来,系统会提示进行一些输入: 

输入keystore密码: abc123 您的名字与姓氏是什么? [Unknown]: Li 您的组织单位名称是什么? [Unknown]: InfosecLab 您的组织名称是什么? [Unknown]: InfosecLab Group 您所在的城市或区域名称是什么? [Unknown]: Beijing 您所在的州或省份名称是什么? [Unknown]: Beijing 该单位的两字母国家代码是什么 [Unknown]: CN CN=Li, OU=InfosecLab, O=InfosecLab Group, L=Beijing, ST=Beijing, C=CN 正确吗? [否]: y 输入的主密码 (如果和 keystore 密码相同,按回车):


第二步,产生自签证书,输入以下命令: 

keytool -selfcert -alias testkeypair -dname "CN=Li, OU=InfosecLab, O=InfosecLab Group, L=Beijing, ST=Beijing, C=CN" 输入keystore密码: abc123


第三步,导出自签证书,由上面两步产生的证书,已经存放在以“testkeypair”为别名的keystore入口了,如果使用其文件,必须导出证书。输入: 

keytool -export -rfc -alias testkeypair -file mycert.crt 输入keystore密码: abc123 保存在文件中的认证


这样,就得到了一个自签的证书mycert.crt。注意,选项rfc是把证书输出为RFC1421定义的、用Base64最终编码的格式。 

读取证书

Java为安全应用提供了丰富的API,J2SDK1.4 的JSSE (JavaTM Secure Socket Extension) 包括javax.security.certificate包,并且提供对证书的操作方法。而对证书的读操作,只用java.security.cert. CertificateFactory和java.security.cert.X509Certificate就可以了。下面是读取证书内容的部分代码: 

import javax.swing.*; import java.awt.*; import java.awt.event.*; import javax.swing.table.*; import java.security.cert.CertificateFactory; import java.security.cert.X509Certificate; import java.io.*; public class CARead extends JPanel { private String CA_Name; private String CA_ItemData[][] = new String[9][2]; private String[] columnNames = {"证书字段标记","内容" }; public CARead(String CertName) { CA_Name=CertName; /* 三个Panel用来显示证书内容*/ JTabbedPane tabbedPane = new JTabbedPane(); JPanel panelNormal = new JPanel(); tabbedPane.addTab("普通信息", panelNormal); JPanel panelAll=new JPanel(); panelAll.setLayout(new BorderLayout()); tabbedPane.addTab("所有信息",panelAll); JPanel panelBase64=new JPanel(); panelBase64.setLayout(new BorderLayout()); tabbedPane.addTab("Base64编码信息",panelBase64); /* 读取证书常规信息 */ Read_Normal(panelNormal); /* 读取证书文件字符串表示内容 */ Read_Bin(panelAll); /* 读取证原始Base64编码形式的证书文件 */ Read_Raw(panelBase64); tabbedPane.setSelectedIndex(0); setLayout(new GridLayout(1, 1)); add(tabbedPane); } /*以下是定义的Read_Normal(),Read_Bin(),Read_Raw()以及main() 这里省略... */ }


定义证书信息的读取函数如下: 

private int Read_Normal(JPanel panel){ String Field; try{ CertificateFactory certificate_factory=CertificateFactory.getInstance("X.509"); FileInputStream file_inputstream=new FileInputStream(CA_Name); X509Certificate x509certificate=(X509Certificate)certificate_factory.generateCertificate (file_inputstream); Field=x509certificate.getType(); CA_ItemData[0][0]="类型"; CA_ItemData[0][1]=Field; Field=Integer.toString(x509certificate.getVersion()); CA_ItemData[1][0]="版本"; CA_ItemData[1][1]=Field; Field=x509certificate.getSubjectDN().getName(); CA_ItemData[2][0]="标题"; CA_ItemData[2][1]=Field; /* 以下类似,这里省略 Field=x509certificate.getNotBefore().toString();得到开始有效日期 Field=x509certificate. getNotAfter().toString();得到截止日期 Field=x509certificate.getSerialNumber().toString(16);得到序列号 Field=x509certificate.getIssuerDN().getName();得到发行者名 Field=x509certificate.getSigAlgName();得到签名算法 Field=x509certificate.getPublicKey().getAlgorithm();得到公钥算法 */ file_inputstream.close(); final JTable table = new JTable(CA_ItemData, columnNames); TableColumn tc=null; tc = table.getColumnModel().getColumn(1); tc.setPreferredWidth(600); panel.add(table); }catch(Exception exception){ exception.printStackTrace(); return -1; } return 0; }


如果以字符串形式读取证书,加入下面Read_Bin这个函数。其中CertificateFactory.generateCertificate() 这个函数可以从证书标准编码(RFC1421定义)中解出可读信息。Read_Bin函数代码如下: 

private int Read_Bin(JPanel panel){ try{ FileInputStream file_inputstream=new FileInputStream(CA_Name); DataInputStream data_inputstream=new DataInputStream(file_inputstream); CertificateFactory certificatefactory=CertificateFactory.getInstance("X.509"); byte[] bytes=new byte[data_inputstream.available()]; data_inputstream.readFully(bytes); ByteArrayInputStream bais=new ByteArrayInputStream(bytes); JEditorPane Cert_EditorPane; Cert_EditorPane=new JEditorPane(); while(bais.available()>0){ X509Certificate Cert=(X509Certificate)certificatefactory.generateCertificate(bais); Cert_EditorPane.setText(Cert_EditorPane.getText()+Cert.toString()); } Cert_EditorPane.disable(); JScrollPane edit_scroll=new JScrollPane(Cert_EditorPane); panel.add(edit_scroll); file_inputstream.close(); data_inputstream.close(); }catch( Exception exception){ exception.printStackTrace(); return -1; } return 0; }


如果要得到原始证书编码后的信息,则可用如下代码: 

private int Read_Raw(JPanel panel){ try{ JEditorPane Cert_EditorPane=new JEditorPane(); String CertText=null; File inputFile = new File(CA_Name); FileReader in = new FileReader(inputFile); char[] buf=new char[2000]; int len=in.read(buf,0,2000); for(int i=1;i


最后用这个小程序看一看刚才生成的证书mycert.crt内容,把文件名写入main()中: 

public static void main(String[] args) { JFrame frame = new JFrame("证书阅读器"); frame.addWindowListener(new WindowAdapter() { public void windowClosing(WindowEvent e) {System.exit(0);} }); frame.getContentPane().add(new CARead("mycert.crt"),BorderLayout.CENTER); frame.setSize(700, 425); frame.setVisible(true); }


证书mycert.crt的内容显示如图2所示,所有信息和Base64的显示内容,这里不再列举。 



图2 证书mycert.crt的内容显示
现在已经读取了证书的一些内容,那么怎样使用证书呢?我们可以假设A和B要共享一个绝密的文件F,B信任并拥有A的证书,也就是说B拥有A的公钥。那么A通过A和B共知的加密算法(对称密钥算法,比如DES算法)先加密文件F,然后对加密后的F进行签名和散列摘要(比如MD5算法,目的是保证文件的完整性),然后把F发送到B。B收到文件后,先用A的证书中的公钥验证签名,然后再用通过共知的加密算法解密,就可以得到原文件了。这里使用的数字签名,可以保证B得到的文件,就是A的,A不能否认其不拥有文件F,因为只有A拥有可以让A的公钥验证其签名的私钥,同时这里使用DES算法加密,使得文件有保密性。 

使用DES算法的加密解密函数类似,这里不对加密算法做进一步讨论,详细请看J2SDK的JSE部分内容,加密签名、解密验证文件结构见图3。 



图3 加密签名、解密验证文件结构图

加密函数中的desKeyData存放DES加密密钥,如果要在程序中指定,可以设置为: 

static byte[] desKeyData = { (byte)0x01, (byte)0x02, (byte)0x03, (byte)0x04, (byte)0x05, (byte)0x06, (byte)0x07, (byte)0x08 };


加密函数写成: 

public static void crypt(byte[] cipherText,String outFileName){ try{ DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(desKeyData); SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES"); SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(desKeySpec); Cipher cdes = Cipher.getInstance("DES"); cdes.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey); byte[] ct = cdes.doFinal(cipherText); try{ FileOutputStream out=new FileOutputStream(outFileName); out.write(ct); out.close(); }catch(IOException e){ e.printStackTrace(); } }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } }


其中ct就是加密后的内容,outFileName保存加密后文件的文件名。把cdes.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey)换成cdes.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey)就是解密文件了。 

文件加密后就要对文件签名,保证A发送到B的文件不可伪造。下面是用存放在.keystore中的私钥进行签名的函数,签名使用的摘要算法是MD5。其中sigText是被签名内容的输入数组,outFileName是保存签名后输出文件的名称,KeyPassword是读取Keystore使用的密码,KeyStorePath是存放.keystore文件的路径,函数代码如下: 

public static void sig(byte[] sigText, String outFileName,String KeyPassword,String KeyStorePath){ char[] kpass; int i; try{ KeyStore ks = KeyStore.getInstance("JKS"); FileInputStream ksfis = new FileInputStream(KeyStorePath); BufferedInputStream ksbufin = new BufferedInputStream(ksfis); kpass=new char[KeyPassword.length()]; for(i=0;i


验证签名需要存放签名文件和被签名的文件以及证书,其中,updateData存放被签名文件的内容,sigedText存放得到的签名内容,CertName是证书名。验证签名代码如下: 

public static void veriSig(byte[] updateData, byte[] sigedText){ try{ CertificateFactory certificatefactory=CertificateFactory.getInstance("X.509"); FileInputStream fin=new FileInputStream(CertName); X509Certificate certificate=(X509Certificate)certificatefactory.generateCertificate(fin); PublicKey pub = certificate.getPublicKey(); Signature rsa=Signature.getInstance("MD5withRSA"); rsa.initVerify(pub); rsa.update(updateData); boolean verifies=rsa.verify(sigedText); System.out.println("verified "+verifies); if(verifies){ System.out.println("Verify is done!"); }else{ System.out.println("verify is not successful"); } }catch(Exception e){ e.printStackTrace(); } }


可以用keytool产生两个自签的签名证书,或者到某个CA去申请两个证书。用Java编写加密和验证程序,上述例子只是一个非常简单的证书应用,实际协议对证书的使用(比如SSL)要比这个复杂多了。 
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