Java安全通信、数字证书及应用实践

Java安全通信、数字证书及应用实践

【IT168 技术文档】

一、基础知识

　　计算机安全通信过程中，常使用消息摘要和消息验证码来保证传输的数据未曾被第三方修改。

　　消息摘要是对原始数据按照一定算法进行计算得到的结果，它主要检测原始数据是否被修改过。消息摘要与加密不同，加密是对原始数据进行变换，可以从变换后的数据中获得原始数据，而消息摘要是从原始数据中获得一部分信息，它比原始数据少得多，因此消息摘要可以看作是原始数据的指纹。

　　例：下面一段程序计算一段字符串的消息摘要

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Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware)
http://www.CodeHighlighter.com/
-->package com.messagedigest;
import java.security.*;
public class DigestPass {
　public static void main(String[] args) throws Exception{
　　String str="Hello,I sent to you 80 yuan.";
　　MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");//常用的有MD5,SHA算法等 
　　md.update(str.getBytes("UTF-8"));//传入原始字串 
　　byte[] re = md.digest();//计算消息摘要放入byte数组中
　　//下面把消息摘要转换为字符串 
　　String result = "";
　　for(int i=0;i＜re.length;i++){
　　　result += Integer.toHexString((0x000000ff&re[i])|0xffffff00).substring(6);
　　}
　　System.out.println(result);
　}
} 

当我们有时需要对一个文件加密时，以上方式不再适用。

　　又例：下面一段程序计算从输入（出）流中计算消息摘要。

<!--
Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware)
http://www.CodeHighlighter.com/
-->package com.messagedigest;
import java.io.*;
import java.security.*;
public class DigestInput {
　public static void main(String[] args) throws Exception{
　　String fileName = "test.txt";
　　MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
　　FileInputStream fin = new FileInputStream(fileName);
　　DigestInputStream din = new DigestInputStream(fin,md);//构造输入流
　　//DigestOutputStream dout = new DigestOutputStream(fout,md);
　　//使用输入（出）流可以自己控制何时开始和关闭计算摘要
　　//也可以不控制，将全过程计算
　　//初始时是从开始即开始计算，如我们可以开始时关闭，然后从某一部分开始，如下：
　　//din.on(false); 
　　int b;
　　while((b=din.read())!=-1){
　　　//做一些对文件的处理
　　　//if(b=='$') din.on(true); //当遇到文件中的符号$时才开始计算 
　　}
　　byte[] re = md.digest();//获得消息摘要
　　//下面把消息摘要转换为字符串 
　　String result = "";
　　for(int i=0;i＜re.length;i++){
　　　result += Integer.toHexString((0x000000ff&re[i])|0xffffff00).substring(6);
　　}
　　System.out.println(result);
　}
} 

当A和B通信时，A将数据传给B时，同时也将数据的消息摘要传给B，B收到后可以用该消息摘要验证A传的消息是否正确。这时会产生问题，即若传递过程中别人修改了数据时，同时也修改了消息摘要。B就无法确认数据是否正确。消息验证码可以解决这一问题。

　　使用消息验证码的前提是 A和B双方有一个共同的密钥，这样A可以将数据计算出来的消息摘要加密后发给B，以防止消息摘要被改。由于使用了共同的密钥，所以称为“验证码”。

　　例、下面的程序即可利用共同的密钥来计算消息摘要的验证码

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http://www.CodeHighlighter.com/
-->package com.mac;
import java.io.*;
import java.security.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
public class MyMac {
　public static void main(String[] args) throws Exception{
　　//这是一个消息摘要串 
　　String str="TestString";
　　//共同的密钥编码，这个可以通过其它算法计算出来 
　　byte[] kb={11,105,-119,50,4,-105,16,38,-14,-111,21,-95,70,-15,76,-74,
　　　　67,-88,59,-71,55,-125,104,42};
　　//获取共同的密钥 
　　SecretKeySpec k = new SecretKeySpec(kb,"HMACSHA1");
　　//获取Mac对象 
　　Mac m = Mac.getInstance("HmacMD5");
　　m.init(k);
　　m.update(str.getBytes("UTF-8"));
　　byte[] re = m.doFinal();//生成消息码
　　//下面把消息码转换为字符串 
　　String result = "";
　　for(int i=0;i＜re.length;i++){
　　　result += Integer.toHexString((0x000000ff&re[i])|0xffffff00).substring(6);
　　}
　　System.out.println(result);
　}
} 

使用以上两种技术可以保证数据没有经过改变，但接收者还无法确定数据是否确实是某个人发来的。尽管消息码可以确定数据是某个有同样密钥的人发来的，但这要求双方具有共享的密钥，若有一组用户共享，我们就无法确定数据的来源了。

　　数字签名可以解决这一问题。数字签名利用非对称加密技术，发送者使用私钥加密数据产生的消息摘要（签名），接收者使用发送者的公钥解密消息摘要以验证签名是否是某个人的。由于私钥只有加密者才有，因此如果接收者用某个公钥解密了某个消息摘要，就可以确定这段消息摘要必然是对应的私钥持有者发来的。

　　使用数字签名的前提是接收数据者能够确信验证签名时（用发送者的私钥加密消息摘要）所用的公钥确实是某个人的 (因为有可能有人假告公钥)。数字证书可以解决这个问题。

　　数字证书含有两部分数据：一部分是对应主体（单位或个人）的信息，另一部分是这个主体所对应的公钥。即数字证书保存了主体和它的公钥的一一对应关系。同样，数字证书也有可能被假造，如何判定数字证书的内容的真实性呢？所以，有效的数字证书必须经过权威 CA的签名，即权威CA验证数字证书的内容的真实性，然后再在数字证书上使用自己的私钥签名（相当于在证书加章确认）。

　　这样，当用户收到这样的数字证书后，会用相应的权威 CA的公钥验证该证书的签名(因为权威的CA的公钥在操作系统中己经安装)。根据非对称加密的原理，如果该证书不是权威CA签名的，将不能通过验证，即该证书是不可靠的。

　　若通过验证，即可证明此证书含的信息（发信人的公钥和信息）是无误的。于是可以信任该证书，便可以通过该证书内含的公钥来确认数据确实是发送者发来的。

　　于是，双方通信时， A把数据的消息摘要用自己的私钥加密（即签名），然后把自己的数字证书和数据及签名后的消息摘要一起发送给B，B处查看A的数字证书，如果A的数字证书是经过权威CA验证可靠的，便信任A，便可使用A的数字证书中附带的A的公钥解密消息摘要（这一过程同时确认了发送数据的人又可以解密消息摘要），然后通过解密后的消息摘要验证数据是否正确无误没被修改。

　　利用这一原理，我们可以突破 java的applet小程序在浏览器中的权限，由于默认的applet权限控制不允许它访问操作系统级的一切。于是我们可以用我们数字证书来给applet签名，然后客户端收到该applet时，系统会自动查看给该applet签名的数字证书并提供给终端用户判定是否信认该数字证书，如果用户信认，则该applet便有了访问系统的权限。

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