目前主要有JKS和PEM两种编码格式文件。
- JKS(Java Key Store),Java原生的密钥库/信任库文件。
- **PEM(Privacy Enbanced Mail,隐私增强邮件)**是使用多种加密方法提供机密性、认证和信息完整性的因特网电子邮件,在因特网中却没有被广泛配置,但在
OpenSSL
中,却是最为常见的密钥库文件。
如何在这两种密钥库文件中进行库文件交换呢?
可以通过PKCS#12
格式的证书文件在两种格式的密钥库中进行库文件导出/导入等。
通常使用Base64
编码格式作为数字证书文件存储格式。
自签名证书
自签名证书,即证书申请者为自己的证书签名。
证书签发
数字证书的颁发流程简述过程如下:
- 由数字证书需求方产生自己的密钥对。
- 由数字证书需求方将算法、公钥和证书申请者身份信息传送给认证机构。
- 由认证机构核实用户的身份,执行相应必要的步骤,确保请求确实由用户发送而来。
- 由认证机构将数字证书颁发给用户。
加密交互
1、客户端请求服务器的流程如下:
客户端请求服务器将按如下步骤进行:
- 由客户端使用公钥对数据加密。
- 由客户端向服务器端发送加密数据。
- 由服务器端使用私钥对数据解密。
2、服务器端完成客户端请求处理后,需经过以下几个步骤完成响应:
- 由服务器端使用私钥对待加密数据签名。
- 由服务器端使用私钥对数据加密。
- 由服务器向客户端回应加密数据和数字签名。
- 由客户端使用公钥对数据解密。
- 由客户端使用公钥和解密数据验证签名。
KeyTool证书管理
KeyTool是Java中的数字证书管理工具,用于数字证书的申请、导入、导出和撤销等证书管理操作。
官方文档https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/windows/keytool.html
KeyTool与本地密钥库相关联,将私钥存于密钥库,公钥则以数字证书输出。KeyTool
位于%JAVA_HOME%\bin
目录中,需要通过命令行进行相应的操作。
1、构建自签名证书
配置了jdk
环境变量后就能直接在命令行输入keytool
查看具体的命令,如果我们想看具体命令,输入相关命令后面加--help
就可以了,如keytool -genkeypair --help
。
密钥和证书管理工具命令:-certreq 生成证书请求-changealias 更改条目的别名-delete 删除条目-exportcert 导出证书-genkeypair 生成密钥对-genseckey 生成密钥-gencert 根据证书请求生成证书-importcert 导入证书或证书链-importpass 导入口令-importkeystore 从其他密钥库导入一个或所有条目-keypasswd 更改条目的密钥口令-list 列出密钥库中的条目-printcert 打印证书内容-printcertreq 打印证书请求的内容-printcrl 打印 CRL 文件的内容-storepasswd 更改密钥库的存储口令使用 "keytool -?, -h, or --help" 可输出此帮助消息
使用 "keytool -command_name --help" 可获取 command_name 的用法。
使用 -conf <url> 选项可指定预配置的选项文件。
在构建证书前,需要生成密钥对,也就是基于某一种非对称加密算法的公私钥。
输入keytool -genkeypair --help
就能看到genkeypair
命令的相关参数。
keytool -genkeypair [OPTION]...生成密钥对选项:-alias <alias> 要处理的条目的别名-keyalg <alg> 密钥算法名称-keysize <size> 密钥位大小-groupname <name> Group name. For example, an Elliptic Curve name.-sigalg <alg> 签名算法名称-destalias <alias> 目标别名-dname <name> 唯一判别名-startdate <date> 证书有效期开始日期/时间-ext <value> X.509 扩展-validity <days> 有效天数-keypass <arg> 密钥口令-keystore <keystore> 密钥库名称-storepass <arg> 密钥库口令-storetype <type> 密钥库类型-providername <name> 提供方名称-addprovider <name> 按名称 (例如 SunPKCS11) 添加安全提供方[-providerarg <arg>] 配置 -addprovider 的参数-providerclass <class> 按全限定类名添加安全提供方[-providerarg <arg>] 配置 -providerclass 的参数-providerpath <list> 提供方类路径-v 详细输出-protected 通过受保护的机制的口令使用 "keytool -?, -h, or --help" 可输出此帮助消息
这里我们使用www.abc.org
作为别名,使用RSA作为加密算法,并规定密钥长度为2048位,使用SHA256withRSA
作为数字签名算法,欲签发有效期为36000天的数字证书。
完整命令如下:
keytool -genkeypair -keyalg RSA -keysize 2048 -sigalg SHA256withRSA -validity 36000 -alias www.abc.org -keystore abc.p12 -storepass 123456 -dname "CN=www.abc.org,OU=a,O=a,L=BJ,ST=BJ,C=CN"
这时就会在当前目录下生成一个abc.p12
,这就是创建的数字证书。虽然这时的数字证书并没有经过CA认证,但并不影响我们使用。
下来可以将数字证书导出,发送给需要通信的对方进行加密交互。KeyTool
通过-exportcert
命令导出证书。
keytool -exportcert [OPTION]...导出证书选项:-rfc 以 RFC 样式输出-alias <alias> 要处理的条目的别名-file <file> 输出文件名-keystore <keystore> 密钥库名称-cacerts 访问 cacerts 密钥库-storepass <arg> 密钥库口令-storetype <type> 密钥库类型-providername <name> 提供方名称-addprovider <name> 按名称 (例如 SunPKCS11) 添加安全提供方[-providerarg <arg>] 配置 -addprovider 的参数-providerclass <class> 按全限定类名添加安全提供方[-providerarg <arg>] 配置 -providerclass 的参数-providerpath <list> 提供方类路径-v 详细输出-protected 通过受保护的机制的口令使用 "keytool -?, -h, or --help" 可输出此帮助消息
完整的导出命令如下:
keytool -exportcert -alias www.abc.org -keystore abc.p12 -file abc.cer -rfc -storepass 123456
这时就会在当前目录下生成abc.cer
。
我们可以使用keytool -printcert -file abc.cer
命令查看abc.cer
文件的内容。
我们可以使用keytool -list -alias www.abc.org -keystore abc.p12 -v
命令查看abc.p12
文件的内容。
通过KeyTool工具直接导出的证书,是一个自签名的X.509
第三版类型的根证书,并以Base64
编码保存。
echo PFX证书导入JKS密钥库
keytool -importkeystore -v -srckeystore client.p12 -srcstoretype pkcs12 - srcstorepass 123456 -destkeystore client.keystore -deststoretype jks - deststorepass 123456
#-importkeystore 导入密钥库,通过格式设定可以将PKCS#12文件转换为JKS格式。
#-v 显示详情。
#-srckeystore 源密钥库,这里是d:\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d:\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。
2、springboot中使用证书
2.1 在springboot的配置文件中添加如下内容
:
server.ssl.enabled=true
#NONE?WANT?NEED
server.ssl.client-auth=NONE
#server.ssl.protocol=TLS
server.ssl.key-store=classpath:certs/abc.p12
#server.ssl.key-password=123456
server.ssl.key-store-password=123456
server.ssl.key-store-type=PKCS12
server.ssl.keyAlias=www.abc.org
2.2 将上面生成的abc.p12放置到resources/certs/abc.p12
这个位置。
启动工程,再通过https
浏览器访问url
就可以了。同时我们也可以通过浏览器导出证书。我们对比浏览器导出的证书和我们之前通过命令行导出的abc.cer
,会发现两者的内容是一摸一样的。
3、在java
代码是如何使用这些证书的:
package org.example;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 javax.crypto.Cipher;
/*** 证书组件* @author 梁栋* @version 1.0*/
public abstract class CertificateCoder {// 类型证书X.509public static final String CERT_TYPE = "X.509";/*** 由KeyStore获得私钥* @param keyStorePath 密钥库路径* @param alias 别名* @param password 密码* @return PrivateKey 私钥* @throws Exception*/private static PrivateKey getPrivateKeyByKeyStore(String keyStorePath,String alias, String password) throws Exception {// 获得密钥库KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);// 获得私钥return (PrivateKey) ks.getKey(alias, password.toCharArray());}/*** 由Certificate获得公钥* @param certificatePath 证书路径* @return PublicKey 公钥* @throws Exception*/private static PublicKey getPublicKeyByCertificate(String certificatePath)throws Exception {// 获得证书Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);// 获得公钥return certificate.getPublicKey();}/*** 获得Certificate* @param certificatePath 证书路径* @return Certificate 证书* @throws Exception*/private static Certificate getCertificate(String certificatePath) throws Exception {// 实例化证书工厂CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory.getInstance(CERT_TYPE);// 取得证书文件流FileInputStream in = new FileInputStream(certificatePath);// 生成证书Certificate certificate = certificateFactory.generateCertificate(in);// 关闭证书文件流in.close();return certificate;}/*** 获得Certificate* @param keyStorePath 密钥库路径* @param alias 别名* @param password 密码* @return Certificate 证书* @throws Exception*/private static Certificate getCertificate(String keyStorePath, String alias,String password) throws Exception {// 获得密钥库KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, password);// 获得证书return ks.getCertificate(alias);}/*** 获得KeyStore* @param keyStorePath 密钥库路径* @param password 密码* @return KeyStore 密钥库* @throws Exception*/private static KeyStore getKeyStore(String keyStorePath, String password)throws Exception {// 实例化密钥库KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());// 获得密钥库文件流FileInputStream is = new FileInputStream(keyStorePath);// 加载密钥库ks.load(is, password.toCharArray());// 关闭密钥库文件流is.close();return ks;}/*** 私钥加密* @param data 待加密数据* @param keyStorePath 密钥库路径* @param alias 别名* @param password 密码* @return byte[] 加密数据* @throws Exception*/public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,String alias, String password) throws Exception {// 取得私钥PrivateKey privateKey = getPrivateKeyByKeyStore(keyStorePath, alias, password);// 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 待解密数据* @param keyStorePath 密钥库路径* @param alias 别名* @param password 密码* @return byte[] 解密数据* @throws Exception*/public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,String alias, String password) throws Exception {// 取得私钥PrivateKey privateKey = getPrivateKeyByKeyStore(keyStorePath, alias, password);// 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 待加密数据* @param certificatePath 证书路径* @return byte[] 加密数据* @throws Exception*/public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)throws Exception {// 取得公钥PublicKey publicKey = getPublicKeyByCertificate(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 待解密数据* @param certificatePath 证书路径* @return byte[] 解密数据* @throws Exception*/public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)throws Exception {// 取得公钥PublicKey publicKey = getPublicKeyByCertificate(certificatePath);// 对数据加密Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);return cipher.doFinal(data);}/*** 签名* @param keyStorePath 密钥库路径* @param alias 别名* @param password 密码* @return byte[] 签名* @throws Exception*/public static byte[] sign(byte[] sign, String keyStorePath, String alias,String password) throws Exception {// 获得证书X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(keyStorePath, alias, password);// 构建签名,由证书指定签名算法Signature signature = Signature.getInstance (x509Certificate.getSigAlgName());// 获取私钥PrivateKey privateKey = getPrivateKeyByKeyStore(keyStorePath, alias, password);// 初始化签名,由私钥构建signature.initSign(privateKey);signature.update(sign);return signature.sign();}/*** 验证签名* @param data 数据* @param sign 签名* @param certificatePath 证书路径* @return boolean 验证通过为真* @throws Exception*/public static boolean verify(byte[] data, byte[] sign, String certificatePath)throws Exception {// 获得证书X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate)getCertificate(certificatePath);// 由证书构建签名Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate.getSigAlgName());// 由证书初始化签名,实际上是使用了证书中的公钥signature.initVerify(x509Certificate);signature.update(data);return signature.verify(sign);}
}
测试代码:
import static org.junit.Assert.*;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.example.CertificateCoder;
import org.testng.annotations.Test;
/*** 证书校验* @author 梁栋* @version 1.0*/
public class CertificateCoderTest {private String password = "123456";private String alias = "www.abc.org";private String certificatePath = "D:\\tmp\\a\\abc.cer"; //证书位置private String keyStorePath = "D:\\tmp\\a\\abc.p12"; //证书位置/*** 公钥加密—私钥解密* @throws Exception*/@Testpublic void test1() throws Exception {System.err.println("公钥加密—私钥解密");String inputStr = "数字证书";byte[] data = inputStr.getBytes();// 公钥加密byte[] encrypt = CertificateCoder.encryptByPublicKey(data, certificatePath);// 私钥解密byte[] decrypt = CertificateCoder.decryptByPrivateKey(encrypt, keyStorePath,alias, password);String outputStr = new String(decrypt);System.err.println("加密前:\n" + inputStr);System.err.println("解密后:\n" + outputStr);// 验证数据一致assertArrayEquals(data, decrypt);}/*** 私钥加密—公钥解密* @throws Exception*/@Testpublic void test2() throws Exception {System.err.println("私钥加密—公钥解密");String inputStr = "数字签名";byte[] data = inputStr.getBytes();// 私钥加密byte[] encodedData = CertificateCoder.encryptByPrivateKey(data,keyStorePath, alias, password);// 公钥加密byte[] decodedData = CertificateCoder.decryptByPublicKey(encodedData,certificatePath);String outputStr = new String(decodedData);System.err.println("加密前:\n" + inputStr);System.err.println("解密后:\n" + outputStr);assertEquals(inputStr, outputStr);}/*** 签名验证* @throws Exception*/@Testpublic void testSign() throws Exception {String inputStr = "签名";byte[] data = inputStr.getBytes();System.err.println("私钥签名—公钥验证");// 产生签名byte[] sign = CertificateCoder.sign(data, keyStorePath, alias, password);System.err.println("签名:\n" + Hex.encodeHexString(sign));// 验证签名boolean status = CertificateCoder.verify(data, sign, certificatePath);System.err.println("状态:\n" + status);// 校验assertTrue(status);}
}
2、双向验证
一般来说只有客户端会验证服务端的证书,服务端不会验证客户端。但是一些特殊场景,安全级别要求高的地方,也会验证客户端。比如我们早些年网银用的U盾
,就是将客户端证书置于U
中,登录网银的时候,服务端也会验证我们客户端的证书。
单向验证和双向验证的机制都是一样的。我们简单就客户端侧验证描述下:
1 首先服务端的证书一般都是经过CA机构
使用私钥加密过的。
2.浏览器接收服务端的证书后,会查找对应的签发机构的公钥:
2.1 如果对应签发机构的证书在可信列表中,就会直接拿来验证服务器的证书。
2.2 如果对应签发机构的证书不在可信列表中。如果签发机构的证书是自签名证书,这时就可以直接判断服务器证书是不可信证书,直接结束;如果不是自签名证书,继续向上虚招签发机构证书的签发机构证书,继续验证。
如果我们使用springboot
来验证客户端证书,就需要先在客户端也生成一套自签名证书,把它进行安装,同时将它的公钥证书作为可信证书添加 到springboot
的可信证书列表中。
keytool -genkeypair -keyalg RSA -keysize 2048 -sigalg SHA256withRSA -validity 36000 -alias www.client.org -keystore client.p12 -storepass 123456 -dname "CN=www.client.org,OU=a,O=a,L=BJ,ST=BJ,C=CN"
keytool -exportcert -keystore client.p12 -alias www.client.org -file client.crt -storepass 123456
我们使用上面两行命令生成客户端的证书,然后进行安装。
如果没有安装证书,打开client.crt
就会看到证书是不可信的。
安装client.p12
、client.crt
后,再打开就会看到的,表明当前证书已经在可信列表。
现在我们把客户端证书导入一个可信列表。
keytool -importcert -trustcacerts -alias www.client.org -file client.crt -keystore abc.p12 -storepass 123456
我这里是导入了之前的abc.p12
,可以选择不同的文件导入,如果文件不存在,就会新创建一个文件。
使用keytool -list -alias www.client.org -keystore abc.p12
命令就会看到它是一个trustedCertEntry
条目。
修改我们springboot
配置文件如下:
# ??ssl
server.ssl.enabled=true
#NONE?WANT?NEED
server.ssl.client-auth=NEED
#server.ssl.protocol=TLS
server.ssl.key-store=classpath:certs/abc.p12
#server.ssl.key-password=123456
server.ssl.key-store-password=123456
server.ssl.key-store-type=PKCS12
server.ssl.keyAlias=www.abc.orgserver.ssl.trust-store=classpath:certs/abc.p12
server.ssl.trust-store-password=123456
server.ssl.trust-store-type=JKS
server.ssl.trust-store-provider=SUN
重新拷贝abc.p12
到resources/certs/abc.p12
,启动服务端。
再次通过浏览器访问就会看到浏览器提示服务端要验证客户端证书。
OPENSSL
1、构建证书链
echo 构建已发行证书存放目录 certs
mkdir certsecho 构建新证书存放目录 newcerts
mkdir newcertsecho 构建私钥存放目录 private
mkdir privateecho 构建证书吊销列表存放目录 crl
mkdir crlecho 构建索引文件 index.txt
echo 0>index.txtecho 构建序列号文件 serial
echo 01>serialecho 构建随机数 private/.rand
openssl rand -out private/.rand 1000
#rand 随机数命令。
#-out 输出文件路径,这里将随机数文件输出到private目录下。echo 构建根证书私钥 private/ca.key.pem
openssl genrsa -out private/ca.key.pem 2048
# -aes256 参数会对生成的私钥进行加密,如果需要密码,就可以使用这个参数
#openssl genrsa -aes256 -out private/ca.key.pem 2048
#genrsa 产生RSA密钥命令。
#-aes256 使用AES算法(256位密钥)对产生的私钥加密。可选算法包括DES、DESede、IDEA和AES。
#-out 输出路径,这里指private/ca.key.pem。echo 生成根证书签发申请 private/ca.csr
openssl req -new -key private/ca.key.pem -out private/ca.csr -subj "/C=CN/ST=BJ/L=BJ/O=abc/OU=abc/CN=*.abc.org"
#req 产生证书签发申请命令。
#-new 表示新请求。
#-key 密钥,这里为private/ca.key.pem文件。
#-out 输出路径,这里为private/ca.csr文件。
#-subj 指定用户信息,这里使用泛域名“*.abc.org”作为用户名。echo 签发根证书 private/ca.cer
openssl x509 -req -days 10000 -sha1 -extensions v3_ca -signkey private/ca.key.pem -in private/ca.csr -out certs/ca.cer
#x509 签发X.509格式证书命令。
#-req 证书输入请求。
#-days 有效天数,这里为10000天。
#-sha1 证书摘要算法,这里为SHA1算法。
#-extensions 按OpenSSL配置文件v3_ca项添加扩展。
#-signkey 自签名密钥,这里为private/ca.key.pem。
#-in 输入文件,这里为private/ca.csr。
#-out 输出文件,这里为certs/ca.cer。echo 构建服务器私钥 private/server.key.pem
openssl genrsa -out private/server.key.pem 2048
#参数上面已经有过介绍echo 生成服务器证书签发申请 private/server.csr
openssl req -new -key private/server.key.pem -out private/server.csr -subj "/C=CN/ST=BJ/L=BJ/O=abc/OU=abc/CN=www.abc.org"
#参数上面已经有过介绍echo 签发服务器证书 private/server.cer
openssl x509 -req -days 3650 -sha1 -extensions v3_req -CA certs/ca.cer -CAkey private/ca.key.pem -CAserial ca.srl -CAcreateserial -in private/server.csr -out certs/server.cer
#x509 签发X.509格式证书命令。
#-req 证书输入请求。
#-days 有效天数,这里为3650天。
#-sha1 证书摘要算法,这里为SHA1算法。
#-extensions 按OpenSSL配置文件v3_req项添加扩展。
#-CA CA证书,这里为certs/ca.cer。
#-CAkey CA证书密钥,这里为private/ca.key.pem。
#-CAserial CA证书序列号文件,这里为ca.srl。
#-CAcreateserial 创建CA证书序列号。
#-in 输入文件,这里为private/server.csr。
#-out 输出文件,这里为certs/server.cer。echo 产生客户私钥 private/client.key.pem
openssl genrsa -out private/client.key.pem 2048
#参数上面已经有过介绍echo 生成客户证书签发申请 client.csr
openssl req -new -key private/client.key.pem -out private/client.csr -subj "/C=CN/ST=BJ/L=BJ/O=abc/OU=abc/CN=client"
#参数上面已经有过介绍echo 签发客户证书 certs/client.cer
openssl ca -days 3650 -in private/client.csr -out certs/client.cer -cert certs/ca.cer -keyfile private/ca.key.pem
#ca 签发证书命令。
#-days 证书有效期,这里为3650天。
#-in 输入文件,这里为private/client.csr。
#-out 输出文件,这里为certs/server.cer。
#-cert 证书文件,这里为certs/ca.cer。
#-keyfile 根证书密钥文件,这里为private/ca.key.pem。
执行完上面的命令会在当前目录下生成如下文件
下面我们分别转化成PKCS#12编码格式
echo 根证书转换 private/ca.p12
openssl pkcs12 -export -cacerts -inkey private/ca.key.pem -in certs/ca.cer -out certs/ca.p12
#pkcs12 PKCS#12编码格式证书命令。
#-export 导出证书。
#-cacerts 仅导出CA证书。
#-inkey 输入密钥,这里为private/ca.key.pem。
#-in 输入文件,这里为certs/ca.cer。
#-out 输出文件,这里为certs/ca.p12。#keytool -list -keystore certs/ca.p12 -storetype pkcs12 -v -storepass 123456 如果你的密码设置的是123456,使用这个命令就能查看内容 echo 服务器证书转换 private/server.p12
openssl pkcs12 -export -clcerts -inkey private/server.key.pem -in certs/server.cer -out certs/server.p12
#pkcs12 PKCS#12编码格式证书命令。
#-export 导出证书。
#-clcerts 仅导出客户证书。
#-inkey 输入密钥文件路径,这里为private/server.key.pem。
#-in 输入文件路径,这里为certs/ca.cer。
#-out 输出文件路径,这里为certs/server.p12。echo 客户证书转换 certs/client.p12
openssl pkcs12 -export -inkey private/client.key.pem -in certs/client.cer -out certs/client.p12
2、下面我们使用nginx双向验证演示下。
放开nginx
配置文件nginx.conf
中关于https
的部分,并添加如下图证书相关配置。
重启nginx
。这时,由于我们客户端没有对应证书,浏览器访问会报如下错误。
这时,在客户端安装ca.cer
,client.p12
两个证书,这时客户端就可以正常访问。
本文链接:https://my.lmcjl.com/post/9196.html
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