Java网络编程－用SSL构建安全的Socket

SSL(安全套接层)是 Netscape公司在1994年开发的，最初用于WEB浏览器，为浏览器与服务器间的数据传递提供安全保障，提供了加密、来源认证和数据完整性的功能。 现在SSL3.0得到了普遍的使用，它的改进版TLS(传输层安全)已经成为互联网标准。SSL本身和TCP套接字连接是很相似的，在协议栈中，SSL可 以被简单的看作是安全的TCP连接，但是某些TCP连接的特性它是不支持的，比如带外数据(out-of-bound)。

 在构建基于 Socket的C/S程序时，通过添加对SSL的支持来保障数据安全和完整是不错的方法。完善的Java为我们提供了简单的实现方法：JSSE(Java 安全套接字扩展)。JSSE是一个纯Java实现的SSL和TLS协议框架，抽象了SSL和TLS复杂的算法，使安全问题变得简单。JSSE已经成为 J2SE1.4版本中的标准组件，支持SSL 3.0和TLS 1.0。我们将通过一个具体的例子演示JSSE的一些基本应用。例子中的服务器端将打开一 个SSL Socket，只有持有指定证书的客户端可以与它连接，所有的数据传递都是加密的。

 构造一个SSLSocket是非常简单的：

 SSLServerSocketFactory factory=(SSLServerSocketFactory)SSLServerSocketFactory.getDefault();
 SSLServerSocket server = (SSLServerSocket) factory.createServerSocket(portNumber);
 SSLSocket socket = (SSLSocket);

 但是执行这样的程序会产生一个异常，报告找不到可信任的证书。SSLSocket和普通的Socket是不一样的，它需要一个证书来进行安全认证。

 一、 证书

 生成一个CA证书，在命令行下执行：

 keytool –genkey –keystore SSLKey –keyalg rsa –alias SSL

 黑体部分是用户可以自己指定的参数，第一个参数是要生成的证书的名字，第二个参数是证书的别名。rsa指明了我们使用的加密方法。

 系统会要求输入证书发放者的信息，逐项输入即可，如下图：

  

    系统生成的文件命将会和证书名相同。证书可以提交给权威CA认证组织审核，如果通过审核，组织会提供信任担保，向客户担保你的连接是安全的。当然这不是必 须的。在我们的例子中会把证书直接打包到客户端程序中，保证客户端是授权用户，避免伪造客户，所以不需要提交审核。

 二、 服务器端

 现在可以编写服务器端的代码，与普通的Socket代码不同，我们需要在程序中导入证书，并使用该证书构造SSLSocket。需要的说明的是：

 ●KeyStore ks=KeyStore.getInstance("JKS");

 访问Java密钥库，JKS是keytool创建的Java密钥库，保存密钥。

 ● KeyManagerFactory kmf=KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");

 创建用于管理JKS密钥库的X.509密钥管理器。

 ● SSLContext sslContext=SSLContext.getInstance("SSLv3");

 构造SSL环境，指定SSL版本为3.0，也可以使用TLSv1，但是SSLv3更加常用。

 ●sslContext.init(kmf.getKeyManagers(),null,null);

  初始化SSL环境。第二个参数是告诉JSSE使用的可信任证书的来源，设置为null是从javax.net.ssl.trustStore中获得证书。 第三个参数是JSSE生成的随机数，这个参数将影响系统的安全性，设置为null是个好选择，可以保证JSSE的安全性。

 完整代码如下：

 /*
 *SSL Socket的服务器端
 *@Author Bromon
 */

 package org.ec107.ssl;

 import java.net.*;
 import javax.net.ssl.*;
 import java.io.*;
 import java.security.*;

 public class SSLServer
 {
  static int port=8266;  //系统将要监听的端口号
  static SSLServerSocket server;
  
  /*
  *构造函数
  */
  
  public SSLServer()
  {
   
  }
  
  
  /*
  *@param port 监听的端口号
  *@return 返回一个SSLServerSocket对象
  */
  
  private static SSLServerSocket getServerSocket(int thePort)
  {
   SSLServerSocket s=null;
   try
   {
    String key="SSLKey";  //要使用的证书名

    char keyStorePass[]="12345678".toCharArray();  //证书密码

    char keyPassword[]="12345678".toCharArray();  //证书别称所使用的主要密码

    KeyStore ks=KeyStore.getInstance("JKS");  //创建JKS密钥库

    ks.load(new FileInputStream(key),keyStorePass);

    //创建管理JKS密钥库的X.509密钥管理器
    KeyManagerFactory kmf=KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");

    kmf.init(ks,keyPassword);

    SSLContext sslContext=SSLContext.getInstance("SSLv3");

    sslContext.init(kmf.getKeyManagers(),null,null);
  
    //根据上面配置的SSL上下文来产生SSLServerSocketFactory,与通常的产生方法不同
    SSLServerSocketFactory factory=sslContext.getServerSocketFactory();

    s=(SSLServerSocket)factory.createServerSocket(thePort);

   }catch(Exception e)
   {
    System.out.println(e);
   }
   return(s);
  }
  
  
  public static void main(String args[])
  {
   try
   {
    server=getServerSocket(port);
    System.out.println("在”+port+”端口等待连接...");

    while(true)
    {
     SSLSocket socket=(SSLSocket)server.accept();
     
     //将得到的socket交给CreateThread对象处理,主线程继续监听
     new CreateThread(socket);
     
    }
   }catch(Exception e)
   {
    System.out.println("main方法错误80:"+e);
   }
  }
 }

 /*
 *内部类,获得主线程的socket连接,生成子线程来处理
 */

 class CreateThread extends Thread
 {
  static BufferedReader in;
  static PrintWriter out;
  static Socket s;
  
  /*
  *构造函数,获得socket连接,初始化in和out对象
  */
  
  public CreateThread(Socket socket)
  {
   try
   {
    s=socket;
    in=new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream(),"gb2312"));

    out=new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);

    start();  //开新线程执行run方法

   }catch(Exception e)
   {
    System.out.println(e);
   }
   
  }
  
  /*
  *线程方法,处理socket传递过来的数据
  */
  
  public void run()
  {
   try
   {
    String msg=in.readLine();
    System.out.println(msg);
    s.close();
   }catch(Exception e)
   {
    System.out.println(e);
   }
  }
 }

 将我们刚才生成的证书放到程序所在的目录下，上面的代码就可以在编译之后执行：

 java org.ec107.ssl.SSLServer

 在8266端口等待连接…

 三、 客户端

 客户端的代码相对简单，我们可以不在程序中指定SSL环境，而是在执行客户端程序时指定。需要注意的是客户端并没有导入证书，而是采用了默认的工厂方法构造SSLSocket：

 ● SSLSocketFactory factory=(SSLSocketFactory)SSLSocketFactory.getDefault();

 构造默认的工厂方法

 ●Socket s=factory.createSocket("localhost",port);

 打开一个SSLSocket连接

 /*
 *SSL Socket 的客户端
 *@Author Bromon
 */

 package org.ec107.ssl;

 import java.net.*;
 import javax.net.ssl.*;
 import javax.net.*;
 import java.io.*;

 public class SSLClient
 {
  static int port=8266;
  public static void main(String args[])
  {
   try
   {
    SSLSocketFactory factory=(SSLSocketFactory)SSLSocketFactory.getDefault();

    Socket s=factory.createSocket("localhost",port);
    
    PrintWriter out=new PrintWriter(s.getOutputStream(),true);
    out.println("安全的说你好");
    out.close();
    s.close();
   }catch(Exception e)
   {
    System.out.println(e);
   }
  }
 }

 把服务器产生的证书(SSLKey)拷贝到程序所在的目录，执行这个程序的时候需要向javax.net.ssl.trustStore环境变量传入证书名：

 java –Djavax.net.ssl.trustStore=SSLKey org.ec107.ssl.SSLClient

 可以在服务器的控制台看到客户端发送过来的数据。

 执行客户端可以有另一种方法，把证书拷贝到java home/lib/security目录下，名字改为jssecacerts，然后可以直接执行客户端：

 java org.ec107.ssl.SSLClient

 程序会自动的到上述目录下去寻找jssecacerts文件作为默认的证书。需要注意的是这里的java home并不是我们在安装J2SE时指定的那个JAVA_HOME。可以执行一个程序来得到java home的位置：

 public class GetJavaHome
 {
   public static void main(String args[])
   {
     System.out.println(System.getProperty(“java.home”));
   }
 }

  一般情况下(windows 2K)hava home的位置是在C:Program FilesJavaj2re1.4.0_02，相对的，证书就应该 拷贝到C:Program FilesJavaj2re1.4.0_02libsecurity下，如果安装了自带JDK的Java IDE，比如 JBuilder，情况可能会有不同。

   如果程序客户在不持有证书的情况下直接进行连接，服务器端会产生运行时异常，不允许进行连接。