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Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件

pfxkeystorep12keytool 
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今天来点实际工作中的硬通货！
与计费系统打交道，少不了用到加密/解密实现。为了安全起见，通过非对称加密交换对称加密密钥更是不可或缺。那么需要通过什么载体传递非对称算法公钥/私钥信息？数字证书是公钥的载体，而密钥库可以包含公钥、私钥信息。
JKS和PKCS#12都是比较常用的两种密钥库格式/标准。对于前者，搞Java开发，尤其是接触过HTTPS平台的朋友，并不陌生。JKS文件（通常为*.jks或*.keystore，扩展名无关）可以通过Java原生工具——KeyTool生成；而后者PKCS#12文件（通常为*.p12或*.pfx，意味个人信息交换文件），则是通过更为常用的OpenSSL工具产生。
当然，这两者之间是可以通过导入/导出的方式进行转换的！当然，这种转换需要通过KeyTool工具进行！
回归正题，计费同事遇到一个难题：合作方交给他们一个*.pfx文件，需要他们从中提取密钥，然后进行加密交互。其实，通过Java直接操作密钥库文件（或个人信息交换文件）对于一般Java开发人员来说，这都是个冷门。不接触数字安全，根本不知所云。况且，Java原生的密钥库文件格式为JKS，如何操作*.pfx文件？密钥库操作需要获知密钥库别名，*.pfx别名是什么？！接下来就解决这些问题！

方案：
  1. 通过keytool密钥库导入命令importkeystore，将密钥库格式由PKCS#12转换为JKS。
  2. 检索新生成的密钥库文件，提取别名信息。
  3. 由密钥库文件导出数字证书（这里将用到别名）。
  4. 通过代码提取公钥/私钥、签名算法等

先看格式转换： 
echo 格式转换
keytool -importkeystore -v  -srckeystore zlex.pfx -srcstoretype pkcs12 -srcstorepass 123456 -destkeystore zlex.keystore -deststoretype jks -deststorepass 123456

-importkeystore导入密钥库，通过格式设定，我们可以将PKCS#12文件转换为JKS格式。
-v显示详情
-srckeystore源密钥库，这里是zlex.pfx
-srcstoretype源密钥库格式，这里为pkcs12
-srcstorepass源密钥库密码，这里为123456
-destkeystore目标密钥库，这里为zlex.keystore
-deststoretype目标密钥库格式，这里为jks，默认值也如此
-deststorepass目标密钥库密码，这里为123456
通过这个操作，我们能够获得所需的密钥库文件zlex.keystore。

这时，我们已经获得了密钥库文件，只要确定对应的别名信息，就可以提取公钥/私钥，以及数字证书，进行加密交互了！ 
echo 查看证书
keytool -list -keystore zlex.keystore -storepass 123456 -v

-list列举密钥库
-keystore密钥库，这里是zlex.keystore
-storepass密钥库密码，这里是123456
-v显示详情

这里需要细致观察一下别名信息！！！就是红框中的数字1！！！


现在，我们把证书导出！ 
echo 导出证书
keytool -exportcert -alias 1 -keystore zlex.keystore -file zlex.crt -storepass 123456

-exportcert导出证书
-alias别名，这里是1
-keystore密钥库，这里是zlex.keystore
-file证书文件，这里是zlex.crt
-storepass密钥库密码，这里是123456

现在证书也导出了，我们可以提取公钥/私钥，进行加密/解密，签名/验证操作了！当然，即便没有证书，我们也能够通过密钥库（JKS格式）文件获得证书，以及公钥/私钥、签名算法等。
补充代码， 其实就是对Java加密技术（八）的修改！ 
/**
 * 2010-8-11
 */

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;

/**
 * 证书操作类
 * 
 * @author <a href="mailto:zlex.dongliang@gmail.com">梁栋</a>
 * @since 1.0
 */
public class CertificateCoder {
	/**
	 * 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 keyStorePassword
	 * @param alias
	 * @param aliasPassword
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	private static PrivateKey getPrivateKey(String keyStorePath,
			String keyStorePassword, String alias, String aliasPassword)
			throws Exception {
		KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, keyStorePassword);
		PrivateKey key = (PrivateKey) ks.getKey(alias,
				aliasPassword.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 keyStorePassword
	 * @param alias
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	private static Certificate getCertificate(String keyStorePath,
			String keyStorePassword, String alias) throws Exception {
		KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, keyStorePassword);
		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 keyStorePassword
	 * @param alias
	 * @param aliasPassword
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,
			String keyStorePassword, String alias, String aliasPassword)
			throws Exception {
		// 取得私钥
		PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword,
				alias, aliasPassword);

		// 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 keyStorePassword
	 * @param aliasPassword
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,
			String alias, String keyStorePassword, String aliasPassword)
			throws Exception {
		// 取得私钥
		PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword,
				alias, aliasPassword);

		// 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 keyStorePassword
	 * @param aliasPassword
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] sign(byte[] sign, String keyStorePath, String alias,
			String keyStorePassword, String aliasPassword) throws Exception {
		// 获得证书
		X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(
				keyStorePath, keyStorePassword, alias);

		// 取得私钥
		PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword,
				alias, aliasPassword);

		// 构建签名
		Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate
				.getSigAlgName());
		signature.initSign(privateKey);
		signature.update(sign);
		return signature.sign();
	}

	/**
	 * 验证签名
	 * 
	 * @param data
	 * @param sign
	 * @param certificatePath
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static boolean verify(byte[] data, byte[] 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(sign);

	}

	/**
	 * 验证Certificate
	 * 
	 * @param keyStorePath
	 * @param keyStorePassword
	 * @param alias
	 * @return
	 */
	public static boolean verifyCertificate(Date date, String keyStorePath,
			String keyStorePassword, String alias) {
		boolean status = true;
		try {
			Certificate certificate = getCertificate(keyStorePath,
					keyStorePassword, alias);
			status = verifyCertificate(date, certificate);
		} catch (Exception e) {
			status = false;
		}
		return status;
	}

	/**
	 * 验证Certificate
	 * 
	 * @param keyStorePath
	 * @param keyStorePassword
	 * @param alias
	 * @return
	 */
	public static boolean verifyCertificate(String keyStorePath,
			String keyStorePassword, String alias) {
		return verifyCertificate(new Date(), keyStorePath, keyStorePassword,
				alias);
	}
}

相信上述代码已经帮朋友们解决了相当多的问题！
给出测试类： 
import static org.junit.Assert.*;

import java.util.Date;

import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.junit.Test;

/**
 * 证书操作验证类
 * 
 * @author <a href="mailto:zlex.dongliang@gmail.com">梁栋</a>
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class CertificateCoderTest {
	private String certificatePath = "zlex.crt";
	private String keyStorePath = "zlex.keystore";
	private String keyStorePassword = "123456";
	private String aliasPassword = "123456";
	private String alias = "1";

	@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, keyStorePassword, aliasPassword);
		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, keyStorePassword, alias, aliasPassword);

		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
		byte[] sign = CertificateCoder.sign(encodedData, keyStorePath, alias,
				keyStorePassword, aliasPassword);
		System.err.println("签名:\r" + Hex.encodeHexString(sign));

		// 验证签名
		boolean status = CertificateCoder.verify(encodedData, sign,
				certificatePath);
		System.err.println("状态:\r" + status);
		assertTrue(status);
	}

	@Test
	public void testVerify() throws Exception {
		System.err.println("密钥库证书有效期验证");
		boolean status = CertificateCoder.verifyCertificate(new Date(),
				keyStorePath, keyStorePassword, alias);
		System.err.println("证书状态:\r" + status);
		assertTrue(status);
	}
}

第一个测试方法，用于提取公钥/私钥进行加密/解密操作。
第二个测试方法，用于提取签名算法进行签名/验证操作。
第三个测试方法，用于测试密钥库该别名对应的证书，当前日期下，是否有效。



OK，任务完成，密钥成功提取，剩下的都是代码基本功了！


相关链接：
Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC
Java加密技术（二）——对称加密DES&AES
Java加密技术（三）——PBE算法
Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA
Java加密技术（五）——非对称加密算法的由来
Java加密技术（六）——数字签名算法DSA
Java加密技术（七）——非对称加密算法最高ECC
Java加密技术（八）——数字证书
Java加密技术（九）——初探SSL
Java加密技术（十）——单向认证
Java加密技术（十一）——双向认证
Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件
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评论
13 楼 qq_16225843 2016-04-28  
太牛了 大神    
12 楼 jpiverson 2014-10-11  
梁老师，你好，最近在做一个https接口的客户端，使用java，对方服务器给我提供了一个pfx的文件，然后提供了一个https://xxx.com的接口地址。我想请问下，我应该如何开始，能否提供一个方向。我在网上找了很多资料还没没有明白，包括也买了您的书，正在拜读中。。。希望您提供一个方向，万分感谢。
11 楼 snowolf 2014-01-07  
javagongzi 写道
梁老师，一点建议哈，《java加密与解密的艺术》书里面：11.4 双向认证服务，关于keystoreFile="conf/server.p12" 的配置，开始一直想不明白，为什么把一个数字证书直接配置成了密钥库（密钥库应该=私钥+数字证书），后来花了很长的时间才弄清楚，PKCS#12文件（通常为*.p12或*.pfx，意味个人信息交换文件）包含了私钥，可以直接当做密钥库。下一版书里是否可以加一点关于PKCS#12文件的解释，就像这篇blog，这样读者就不会疑惑了。个人一点小建议哈。

第二版已出，你可以看下是否符合你的需要。整理的过程中，应该做了调整。
10 楼 javagongzi 2014-01-02  
梁老师，一点建议哈，《java加密与解密的艺术》书里面：11.4 双向认证服务，关于keystoreFile="conf/server.p12" 的配置，开始一直想不明白，为什么把一个数字证书直接配置成了密钥库（密钥库应该=私钥+数字证书），后来花了很长的时间才弄清楚，PKCS#12文件（通常为*.p12或*.pfx，意味个人信息交换文件）包含了私钥，可以直接当做密钥库。下一版书里是否可以加一点关于PKCS#12文件的解释，就像这篇blog，这样读者就不会疑惑了。个人一点小建议哈。
9 楼 javalxx 2013-05-10  
根据pfx产生私钥，程序报java.security.UnrecoverableKeyException: Cannot recover key
请问如何解决？
8 楼 foxblue_hg 2012-10-25  
基本常用的功能都有了。谢谢分享。
7 楼 cloudfile 2012-07-10  
snowolf 写道
由于我在做pfx，keystore时，使用的密码都是一样的，所以有部分代码可能存在问题，现已更正，请测试反馈问题。


snowolf 写道
由于我在做pfx，keystore时，使用的密码都是一样的，所以有部分代码可能存在问题，现已更正，请测试反馈问题。


     测试通过，谢谢！
6 楼 snowolf 2012-07-09  
由于我在做pfx，keystore时，使用的密码都是一样的，所以有部分代码可能存在问题，现已更正，请测试反馈问题。
5 楼 jiao_zg22 2012-05-02  
将jks转换为pfx时修改密码，为什么会出现“发生一个内部错误。您正在导入的私钥需要一个加密服务程序，但您的系统上没有安装提供程序”呢？
不转的时候可以导入成功
4 楼 沙舟狼客 2011-12-08  
不知道lz尝试着实现一个spi没，比如如何把国密的SM2密钥放进KeyStore
3 楼 snowolf 2010-11-18  
maybe723 写道
那对于单个cer格式的证书，这种证书没有私钥而只有公钥和CA的签名吧，这种证书在双向认证中，服务器端是不能认别出对方的身份并做签名的吧，而做签名要使用私钥，那这个私钥是保存在哪里?

cer证书文件本身就是算法以及公钥的载体，而私钥就需要私密保存，不对外公布了！
2 楼 maybe723 2010-11-17  
那对于单个cer格式的证书，这种证书没有私钥而只有公钥和CA的签名吧，这种证书在双向认证中，服务器端是不能认别出对方的身份并做签名的吧，而做签名要使用私钥，那这个私钥是保存在哪里?
1 楼 wukele 2010-08-12  
相信以后会用到。
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