CA认证原理以及实现(上) (2)

验证算法
如果服务器端回复客户端时带有其他信息,则进入数字证书验证阶段
客户端验证服务器端证书:

CA认证原理以及实现(上)

服务器端验证客户端证书:

CA认证原理以及实现(上)

产生密钥
当服务器端和客户端经过上述流程后,就开始密钥构建交互了,服务器端和客户端最初需要主密钥为构建会话密钥做准备:

CA认证原理以及实现(上)

上述5、6不存在次序关系,因为是异步完成

会话密钥
完成上述主密钥构建操作后,服务器端和客户端将建立会话密钥,完成握手协议:

CA认证原理以及实现(上)

加密交互
上述服务器端和客户端完成了握手协议以后就进入正式会话阶段,如果上述流程中有任何一端受到外界因素干扰发生异常,则重新进入协商算法阶段,下面流程表现进入会话阶段后,服务器端和客户端将使用会话密钥进行加密交互:

CA认证原理以及实现(上)

代码解释
在JAVA 6 以上版本中提供了完善的数字证书管理的实现,我们不需要关注相关具体算法,仅通过操作密钥库和数字证书就可以完成相应的加密/解密和签名/验证操作,密钥库管理私钥,数字证书管理公钥,私钥和密钥分属消息传递两方,进行加密消息的传递。
因此,我们可以将密钥库看做私钥相关操作的入口,数字证书则是公钥相关操作的入口:

/**** * 获得私钥,获得私钥后,通过RSA算方法实现进行"私钥加密,公钥解密"和"公钥加密,私钥解密"操作 * @param keyStorePath 密钥库路径 * @param alias 别名 * @param password 密码 * @return 私钥 */ 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,获得公钥后,通过RSA算方法实现进行"私钥加密,公钥解密"和"公钥加密,私钥解密"操作 * @param certificatePath 证书路径 * @return 公钥 */ private static PublicKey getPublicKeyByCertificate(String certificatePath)throws Exception { //获得证书 Certificate certificate = getCertificate(certificatePath); //获得公钥 return certificate.getPublicKey(); } /**** * 加载数字证书,JAVA 6仅支持x.509的数字证书 * @param certificatePath 证书路径 * @return 证书 * @throws Exception */ private static Certificate getCertificate(String certificatePath) throws Exception{ //实例化证书工厂 CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("x.509"); //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 证书 * @throws Exception */ private static Certificate getCertificate(String keyStorePath,String alias,String password) throws Exception{ //由密钥库获得数字证书构建数字签名对象 //获得密钥库 KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath,password); //获得证书 return ks.getCertificate(alias); } /**** * 加载密钥库,加载了以后,我们就能通过相应的方法获得私钥,也可以获得数字证书 * @param keyStorePath 密钥库路径 * @param password 密码 * @return 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 待加密的数据 * @param keyStorePath 密钥库路径 * @param alias 别名 * @param password 密码 * @return 加密数据 * @throws Exception */ public static byte[] encryptByPriateKey(byte[] data,String keyStorePath,String alias,String password) throws Exception{ //获得私钥 PrivateKey privateKey = getPrivateKeyByKeyStore(keyStorePath,alias,password); //对数据加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm()); 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 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); //对数据解密 Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey); return cipher.doFinal(data); } /**** * 公钥加密 * @param data 等待加密数据 * @param certificatePath 证书路径 * @return 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 等待解密的数据 * @param certificatePath 证书路径 * @return 解密数据 * @throws Exception */ public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data,String certificatePath)throws Exception{ //取得公钥 PublicKey publicKey = getPublicKeyByCertificate(certificatePath); //对数据解密 Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey); return cipher.doFinal(data); } /**** * @param sign 签名 * @param keyStorePath 密钥库路径 * @param alias 别名 * @param password 密码 * @return 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 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); } //我们假定密钥库文件yale.keystore存储在D盘根目录,数字证书文件yale.cer也存储在D盘根目录 /**** * 公钥加密---私钥解密 * @throws Exception */ public static 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); } /**** * 私钥加密---公钥解密 * @throws Exception */ public static 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.encryptByPriateKey(data, keyStorePath, alias, password); //公钥加密 byte[] decodeData = CertificateCoder.decryptByPublicKey(encodedData, certificatePath); String outputStr = new String (decodeData); System.err.println("加密前:\n" + inputStr); System.err.println("解密后:\n" + outputStr); } public static 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); }

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