利用数字签名超越Java Applet的安全限制

Java技术之所以在今天得到了如此广阔的应用，其中它的安全性是不能不提的。不同于其它技术（例如 Microsoft的ActiveX）中安全性作为附加设计和补丁，Java从设计之初便考虑到了安全性。因此Java的安全性是在语言层次实现的。 Java的安全性由下列三个方面保证：

　　1、 语言特性（包括数组的边界检查、类型转换、取消指针型变量）。

　　2、 资源访问控制（包括本地文件系统访问、Socket连接访问）。

　　3、 代码数字签名（通过数字签名来确认代码源以及代码是否完整）。

　 　本文主要讨论结合后两种技术来实现超越Applet的安全限制。我们先来看一下这三个方面的具体实现。我们知道Java的原代码是先编译成为一种字节码 的中间代码，存放这种代码的文件就是.class的文件。真正执行的时候是将class文件装载到JVM（虚拟机）中，然后由JVM解释执行的。所以数组 的上下界检查及合法的类型转换是通过JVM得到保证的。

　　Java通过一个类装载器类(ClassLoader)将虚拟机代码文件（即 class文件）装载到JVM中，当完成装载后，一个被称做安全管理器（SecurityManager）的类开始运行，这就是上面描述的第二个方面的实 现。例如当一个Applet的class文件被缺省的类装载器装载到JVM中后，JVM会立即为它装载一个SecurityManager的子类 AppletSecurity，由这个管理器来验证操作。代码的所有动作（例如文件读写）都要先经过验证，只有被该安全管理器接受的动作才能完成，否则就 会抛出SecurityException异常。那么安全管理器类是怎么判断代码的权限的呢？这就是利用Policy文件。

　　对于 JDK1.0，权限被笼统的划分为两大块。一是拥有所有的权限，一个是仅拥有"沙箱"（sandBox）权限，这也是普通的Applet所拥有的权限。这 时本地文件读写或是与源主机（Orignal Server）以外的主机连接都是被禁止的。这种划分的最大问题就是缺乏灵活性。例如我们希望一个Applet在用户信任的情况下能够对本地文件系统的某 个目录进行读写，但并不要通过Socket与其它主机连接。这是JDK1.0的权限划分就不能达到要求。JDK1.1后改进了权限的划分，引入了权限集 （PermissionSet）的概念。它细划了权限的放放面面，你可以有选择性的组合你需要的权限来达到特殊的要求。下图显示了这种划分：

图一中的BasicPermission还可以进一步细分为更多的细节权限，例如：AWTPermission、 RuntimePermission等等。Java通过一个后缀名为.policy的文件来组合这些权限。安装完JRE(Java Runtime Environment)后有两个缺省的权限文件，它们是：

${java.home}/lib/security/java.policy
${user.home}/.java.policy

　　下面是一个java.policy文件的实例：

// Standard extensions get all permissions by default

grant codeBase "file:${java.home}/lib/ext/*" {
permission java.security.AllPermission;
};

// default permissions granted to all domains

grant {
// Allows any thread to stop itself using the java.lang.Thread.stop()
// method that takes no argument.
// Note that this permission is granted by default only to remain
// backwards compatible.
// It is strongly recommended that you either remove this permission
// from this policy file or further restrict it to code sources
// that you specify, because Thread.stop() is potentially unsafe.
// See "http://java.sun.com/notes" for more information.
permission java.lang.RuntimePermission "stopThread";

// allows anyone to listen on un-privileged ports
permission java.net.SocketPermission "localhost:1024-", "listen";

// "standard" properies that can be read by anyone

permission java.util.PropertyPermission "java.version", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.vendor", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.vendor.url", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.class.version", "read";
permission java.util.PropertyPermission "os.name", "read";
permission java.util.PropertyPermission "os.version", "read";
permission java.util.PropertyPermission "os.arch", "read";
permission java.util.PropertyPermission "file.separator", "read";
permission java.util.PropertyPermission "path.separator", "read";
permission java.util.PropertyPermission "line.separator", "read";

permission java.util.PropertyPermission "java.specification.version", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.specification.vendor", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.specification.name", "read";

permission java.util.PropertyPermission "java.vm.specification.version", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.vm.specification.vendor", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.vm.specification.name", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.vm.version", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.vm.vendor", "read";
permission java.util.PropertyPermission "java.vm.name", "read";
};

　　由上面的这个文件可以看出，所有policy文件的写法都是类似下面的格式：

grant codesource
{
　permission_1;
　permission_2;
}

　　其中permission_1代表一个具体的权限描述，这里我们只来看看关于文件权限的描述，其它的权限描述是类似的。

写法	代表含义
file	一个指定的文件
directory/	一个指定的目录
dirctory/*	一个目录下的所有文件
dirctory/-	指定目录及子目录的所有文件
-	当前目录及子目录的所有文件
*	当前目录的所有文件
＜＜ALL FILES＞＞	整个文件系统

表1

　　下面是几个具体的例子：

grant
{
permission java.io.FilePermission "＜＜ALL FILES＞＞" "read,write";
};

grant
{
permission java.io.FilePermission "＜＜${user.home/-} ＞＞" "read,write,delete";
};

　　光有policy文件还是不够，客户无法判断现在执行的代码是否是由你发布的，也不能保证这个代码在传输的过程中有没有被人给恶意的破坏。所以还需要数字签名技术来保证这两方面。JDK中给我们提供了几个工具来完成这些工作。

　　结合这几种技术就可以达到本文的目的了，下面就是本文的目标代码，它是一个可以读取本地文件系统的Applet：

代码1

/-------------------------------------
package jcomponent;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.applet.*;
import java.io.*;

public class FileReaderApplet extends Applet {
boolean isStandalone = false;
TextField fileNameField;
TextArea fileArea;

file://Get a parameter value
public String getParameter(String key, String def) {
　return isStandalone ? System.getProperty(key, def) :
　(getParameter(key) != null ? getParameter(key) : def);
}

file://Construct the applet
public FileReaderApplet() {
}

file://Initialize the applet
public void init() {
try {
jbInit();
}
catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

file://Component initialization
private void jbInit() throws Exception {
this.setSize(new Dimension(400,300));
this.setLayout(new BorderLayout());
Panel panel=new Panel();
Label label=new Label("File Name");
panel.add(label);
fileNameField=new TextField(25);
panel.add(fileNameField);
Button b=new Button("Open File");
b.addActionListener(new ActionListener(){
public void actionPerformed(ActionEvent e){
loadFile(fileNameField.getText());
}
});
panel.add(b);
this.add(panel,BorderLayout.NORTH);
fileArea=new TextArea();
this.add(fileArea,BorderLayout.CENTER);
}

public void loadFile(String fileName){
try{
BufferedReader reader=new BufferedReader(new FileReader(fileName));
String context=new String();
while((context=reader.readLine())!=null){
fileArea.append(context+"/n");
}
reader.close();
}catch(IOException ie){
fileArea.append(ie.getMessage());
}catch(SecurityException se){
fileArea.append("because of security constraint ,it can not do that!");
}
}

file://Get Applet information
public String getAppletInfo() {
return "This is an applet can read and write the local file system";
}

}

　 　如果你将这个代码嵌入网页中并执行它，当你试图打开一个本地文件时就会发生SecurityException。大家跟着我进行下面的步骤就可以最终拥 有读写文件的权限。在此之前你需要有以下的工具：JDK1.1以上、JRE、HTMLConvert。这些工具在SUN的Java站点上都有，而且也是免 费的。将它们分别安装好，我们将所有涉及的文件都放在c:/admin中。

　　步骤一：（打包class文件）

　　在命令行中执行以下的语句：jar -cvf MyApplet.jar class

　　注意这里的所有.class文件均是放在一个class的目录中的。本步骤执行完毕后，将在c:/admin中产生一个名为MyApplet.jar的文件。

　　步骤二：（在网页中嵌入Applet）

　　这个网页的名字叫做FileReaderApplet.html，下面是嵌入Applet部分的写法：

＜APPLET
CODEBASE = "."
CODE = "jcomponent.FileReaderApplet.class"
ARCHIVE ="MyClass.jar"
NAME = "TestApplet"
WIDTH = 400
HEIGHT = 300
HSPACE = 0
VSPACE = 0
ALIGN = middle
＞
＜/APPLET＞

　　完成这个步骤后，这个Applet已经可以显示了。但是还不能读写本地的文件系统。

　　步骤三：（生成证书及签名）

　　请在命令行环境下执行以下的命令：

　　 1、keytool -genkey -keystore pepper.store -alias pepper

　　这个命令用来产生一个密匙库，执行完毕后应该在c:/admin中产生一个pepper.store的文件，这里的pepper是我自己的名字，你可以对它进行修改。另外在执行命令的时候还有提示你输入密匙库的密码，这里你一定要记住，否则后面要用的时候无法输入。

　　2、keytool -export -keystore pepper.store -alias pepper -file pepper.cert

　　这个命令用来产生签名时所要用的证书，同样这里的pepper也可以换成你自己需要的名字。这个命令执行完后在c:/admin中产生一个pepper.cert的文件。

　　4、 jarsigner -keystore pepper.store MyApplet.jar pepper

　　这个命令用上面产生的证书将我们的jar文件进行了签名。

　　步骤四：（修改文件）

　　1、 在c:/admin中产生一个名为applet.policy的文件，其内容如下：

keystore "file:c: /admin/pepper.store", "JKS";

grant signedBy "pepper"
{ permission java.io.FilePermission "＜＜ALL FILES＞＞", "read";
};

　　这个文件让由pepper签名的Applet拥有本地所有文件的读权限。

　　2、 修改${java.home}/jre/lib/security目录下的java.security，找到下面这两行：

policy.url.1=file:${java.home}/lib/security/java.policy
policy.url.2=file:${user.home}/.java.policy

　　在下面添写第三行

policy.url.3=file:c: /admin/applet.policy

　　完成这个修改后我们在前面创建的applet.policy文件才有效。

　　步骤五：（转换html文件）

　　运行前面提到的HTMLConvert工具，将原有的FileReaderApplet.html转化成下面的形式：

＜!--"CONVERTED_APPLET"--＞
＜!-- CONVERTER VERSION 1.3 --＞
＜OBJECT classid="clsid:8AD9C840-044E-11D1-B3E9-00805F499D93"
WIDTH = 400 HEIGHT = 300 NAME = "TestApplet" ALIGN = middle VSPACE = 0 HSPACE = 0 codebase="http://java.sun.com/products/plugin/1.3/jinstall-13- win32.cab#Version=1,3,0,0"＞
＜PARAM NAME = CODE VALUE = "jcomponent.FileReaderApplet.class" ＞
＜PARAM NAME = CODEBASE VALUE = "." ＞
＜PARAM NAME = ARCHIVE VALUE = "MyApplet.jar" ＞
＜PARAM NAME = NAME VALUE = "TestApplet" ＞

＜PARAM NAME="type" VALUE="application/x-java-applet;version=1.3"＞
＜PARAM NAME="scriptable" VALUE="false"＞
＜COMMENT＞
＜EMBED type="application/x-java-applet;version=1.3" CODE = "jcomponent.FileReaderApplet.class" CODEBASE = "." ARCHIVE = "MyApplet.jar" NAME = "TestApplet" WIDTH = 400 HEIGHT = 300 ALIGN = middle VSPACE = 0 HSPACE = 0 scriptable=false pluginspage="http://java.sun.com/products/plugin/1.3/plugin- install.html"＞＜NOEMBED＞＜/COMMENT＞

＜/NOEMBED＞＜/EMBED＞
＜/OBJECT＞

＜!--
＜APPLET CODE = "jcomponent.FileReaderApplet.class" CODEBASE = "." ARCHIVE = "MyApplet.jar" WIDTH = 400 HEIGHT = 300 NAME = "TestApplet" ALIGN = middle VSPACE = 0 HSPACE = 0＞


＜/APPLET＞
--＞
＜!--"END_CONVERTED_APPLET"--＞

　　大家不要看到这里的写法很复杂，但是这些都是由HTMLConvert工具自动实现的。这个工具有命令行和图形界面两种运行方式。

　 　好了，现在这个Applet可以运行读写文件的功能了。如果你要考虑在Internet上实现这个Applet，那么你也不需要在所有的客户端均做上面 的步骤，你只需要在你的服务器上创建一个目录，例如c:/admin，将这个目录映射为www.testApplet.com/admin。这里的 www.testApplet.com是一个假定的网址，将pepper.cert、pepper.store、 FileReaderApplet.html、MyApplet.jar以及applet.policy放在这个目录中，然后修改 applet.policy文件如下：

keystore "http:// www.testApplet.com/admin/pepper.store", "JKS";

grant signedBy "pepper"
{ permission java.io.FilePermission "＜＜ALL FILES＞＞", "read";
};

　　3、 而每个客户端仅仅需要修改一下它们的${java.home}/jre/lib/security目录下的java.security文件如下：

policy.url.1=file:${java.home}/lib/security/java.policy
policy.url.2=file:${user.home}/.java.policy
policy.url.3= http:// www.testApplet.com/admin/applet.policy

　　当然每个客户端还是需要安装JRE的，不过现在的浏览器安装时都已经自动安装了。