Java加密体系

Java的安全组成

Java Provider体系

参考书籍和文章

本系列其他文章

Java的安全组成

我的主编程语言是Java，所以我用 Java 语言来学习这些加密技术。

我们先来介绍几个概念

• JCA （Java Cryptography Architecture）它提供了基础的加密框架，包括”Provider”架构以及一系列Api，比如证书、数字签名、消息摘要、密钥生成器等。通过不同的Provider来实现具体的加密算法，比如说MD5、DES、RSA等。扩展阅读
• JCE（Java Cryptography Extension） Java对JCA的扩展，提供了具体的加密算法。
• JSSE（Java Secure Socket Extension，） 提供了对SSL（Secure Socket Layer，安全套接字层） 和TLS（Transport Layer Security ，安全传输层协议）的扩展，确保网络通信的安全 百度百科
  -JAAS（ Java Authentication Authorization Service，Java验证和授权API）提供了灵活和可伸缩的机制来保证客户端或服务器端的Java程序，作为标准的用户认证与授权模型。百度百科

Java Provider体系

在Java中，JCA本身并不提供加密算法，而如果想要使用加密算法，就要用到CSP（Cryptographic Service Provider，加密服务提供者），以下简称Provider。Provider是一系列组件的统称。

在使用JCA时，Java寻找指定加密算法的提供者，然后调用他们。每个Provider都有自己独一无二的名称，通过名称来选择特定的提供者。

1. md = MessageDigest.getInstance( “SHA-256″ );

2. md = MessageDigest.getInstance( “SHA-256″ , “ProviderC” );

以下图片表明，Java是如何请求SHA-256的。第一幅图是找寻SHA-256算法的提供者，第二幅图是请求特定的提供者的算法实现。

以上两张图来自Oracle,详细介绍

在JDK中，本身包含了一些Provider，它们都配置在java.security文件中，它是按照如下方式提供的。

1. security.provider. 1 =sun.security.provider. Sun

2. security.provider. 2 =sun.security.rsa. SunRsaSign

3. security.provider. 3 =sun.security.ec. SunEC

4. security.provider. 4 =com.sun.net.ssl. internal .ssl. Provider

5. security.provider. 5 =com.sun.crypto.provider. SunJCE

6. security.provider. 6 =sun.security.jgss. SunProvider

7. security.provider. 7 =com.sun.security.sasl. Provider

8. security.provider. 8 =org.jcp.xml.dsig. internal .dom. XMLDSigRI

9. security.provider. 9 =sun.security.smartcardio. SunPCSC

10. security.provider. 10 =sun.security.mscapi. SunMSCAPI

你可以将其他的提供者按照以下格式，添加进去。

security.provider.<n>=具体的Provider

也可是在使用之前添加

1. static {

2. Security.insertProviderAt( new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider(), 1 );

3. }

虽然说Java本身提供了一些算法的实现，但是因为某些国家的进口管制限制，Java发布的运行环境包中的加解密有一定的限制。比如默认不允许256位密钥的AES加解密，解决方法就是修改策略文件。

去官网下载JCE无限制权限策略文件，然后将%JDK_HOME%\jre\lib\security中的jar文件替换为你下载的文件。 下载地址

第三方开源的Provider

• Bouncy Castle 提供了很多Jdk本身不支持的高强度算法，，比如说DES（64）、IDEA等，其Provider名称为BC 官网
• SpongyCastle 对最新版本的 BouncyCastle 进行了简单地重新打包。这是因为Android平台使用了删减的Bouncy Castle包，为了提供完整的支持，并且避免冲突，所以使用新的包结构。Provider名称变为SC
• IBM SDK IBM提供的开发人员 工具 包 这其中也包含安全服务提供者

参考书籍和文章

关于本章内容，参考了一下书籍和文章

来源： https://blog.csdn.net/laozhaishaozuo/article/details/81812291

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Java Security：Java加密框架(JCA)简要说明

加密服务总是关联到一个特定的算法或类型,它既提供了密码操作(如Digital Signature或MessageDigest),生成或供应所需的加密材料(Key或Parameters)加密操作,也会以一个安全的方式生成数据对象(KeyStore或Certificate),封装(压缩)密钥(可以用于加密操作)。

Java Security API中，一个engine class就是定义了一种加密服务，不同的engine class提供不同的服务。下面就来看看有哪些engine class：

1）MessageDigest：对消息进行hash算法生成消息摘要（digest）。

2）Signature：对数据进行签名、验证数字签名。

3）KeyPairGenerator：根据指定的算法生成配对的公钥、私钥。

4）KeyFactory：根据Key说明（KeySpec）生成公钥或者私钥。

5）CertificateFactory：创建公钥证书和证书吊销列表（CRLs）。

6）KeyStore：keystore是一个keys的数据库。Keystore中的私钥会有一个相关联的证书链，证书用于鉴定对应的公钥。一个keystore也包含其它的信任的实体。

7）AlgorithmParameters：管理算法参数。KeyPairGenerator就是使用算法参数，进行算法相关的运算，生成KeyPair的。生成Signature时也会用到。

8）AlgorithmParametersGenerator：用于生成AlgorithmParameters。

9）SecureRandom：用于生成随机数或者伪随机数。

10）CertPathBuilder：用于构建证书链。

11）CertPathValidator：用于校验证书链。

12）CertStore：存储、获取证书链、CRLs到（从）CertStore中。

从上面这些engine class中，可以看出JCA（Java加密框架）中主要就是提供了4种服务：Digest、Key、Cert、Signature、Alogorithm。

1） 对消息内容使用某种hash算法就可以生成Digest。

2） 利用KeyFactory、KeyPairGenerator就可以生成公钥、私钥。

3） 证书中心使用公钥就可生成Cert。

4） 可以使用私钥和Digest就可以消息进行签名Signature。

5） 不论是Digest、Key、Cert、Signature，都要使用到算法Algorithm。

JCA Core API

1）engine class的提供商Provider

从JCA的设计上来说，这些engine的实现都离不开Provider。

这个类继承了Properties，提供了JCA中的engine class。每个engine class都有getInstance()方法，它们都是从provider中获取相关实例的。所以说Provider是JCA engine class的提供商。

2）管理Provider的工具：Security

其实就是一个存放Provider的集合。如果你自定义了一个Provider，可以使用Java Security属性文件配置provider，也可以直接使用Security采用编程的方式来添加Provider。然后就可以使用自定义的engine class了。

Java Security 属性文件在Java Security Policy中已有提过。在安装目录下：

下面是一个自定义的Provider：

复制代码

/**

* @author fs1194361820@163.com

*/

public class XYZProvider extends Provider{

public XYZProvider(){

super(“XYZ”, 1.0, “XYZ Security Provider v1.0″);

put(“MessageDigest.XYZ”, XYZMessageDigest.class.getName());

}

}

复制代码

已经默认配置了下列Provider：

配置为：security.provider.11=com.fjn.security.XYZProvider 即可。

编码方式就更加简单了：Security.addProvider(new XYZProvider());

3）消息摘要服务：MessageDigest

消息摘要服务其实就是使用hash算法将一段消息（可以是字符串、文件内容、html等）进行计算生成的一个byte[]。

常用加密算法MD5、SHA、SHA-1其实都是hash算法。

下面就给一个简单的MD5算法工具：

View Code

Md5算法我并没有去实现，因为在JDK中已经内置了md5算法。上面的代码就是使用消息摘要服务，并使用md5算法，生成相应的摘要。

下面来一个自定义的MessageDigest：

View Code

这个自定义的MessageDigest中备注的内容，其实就是MessageDigest的执行过程，所有的MessageDigest都要遵从这个过程的。

测试用例：

View Code

在这个用例中，writeMessage()将一段字符串保存后并将生成的digest也保存。

readMessage()将消息读取后，使用MessageDigest.isEqual()方法进行比较，这样可以知道文件是否被人改动过。

而实际上利用私钥更新签名信息时，就是使用MessageDigest#update()方法的。

4）Key 相关的服务

Key包括公钥（PublicKey）、私钥（PrivateKey）两种。

4.1 KeyPairGenerator

这个服务用于生成PublicKey和PrivateKey。

获取实例后，只需要根据上面4种initialize方法进行初始化后，就可以生成KeyPair了。

View Code

第一次调用generateKeyPair()都会生成不同的KeyPair。KeyPairGenerator 每次生成的都是一个KeyPair。

4.2 KeyFactory

KeyFactory用于在Key与KeySpec之间转换，即可以根据key获取到KeySpec，也可以根据KeySpec获取Key。

View Code

5）Cert相关的服务

从上一篇的例子中知道，用户使用的Public Key有可能被不法分子偷偷地窜改，这样用户就得不到应有的服务，也会受到不法分子的危害。如何保证public key不被窜改或者替换呢？认证服务就出现了。

5.1 CertificateFactory

用于生成Certificate或者CRL的。

复制代码

FileInputStream fis = new FileInputStream(filename);

BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);

CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance(“X.509″);

while (bis.available() > 0) {

Certificate cert = cf.generateCertificate(bis);

System.out.println(cert.toString());

}

复制代码

什么是CRL ？

一个证书颁发机构需要证书吊销其颁发的证书——也许是虚假的,或者证书的用户已经使用证书从事非法行为。在这样的情况下,证书的有效期不足保护;证书必须立即失效。

下面的这个例子就是在验证完证书的有效性后，判断这个证书是否是一个吊销的证书。

5.2 CertPathBuilder构建证书链CertPath

CertPath就是之前说的证书链。其实就是一个Certificate的有序列表。在列表的最后的一个Cert是一个自签名的Cert。

5.3 CertPathValidator验证Cert链

CertPathValidator用于校验Cert。

6）KeyStore

一个KeyStore是一个key、cert的库，里面存储了PrivateKey, Aliases, Certs.

KeyStore将会有专门的说明。

7）Signature签名

用私钥签名，用公钥验证：

复制代码

public class SignatureTest {

@Test

public void test() throws Exception{

KeyPairGenerator keyPairGen=KeyPairGenerator.getInstance(Message.alogthem);

keyPairGen.initialize(1024);

KeyPair keyPair= keyPairGen.generateKeyPair();

PublicKey puk=keyPair.getPublic();

PrivateKey pik=keyPair.getPrivate();

String data=”Hello, Java.”;

Signature signature=Signature.getInstance(“SHA1withDSA”);

// private key sign

signature.initSign(pik);

signature.update(data.getBytes());

byte[] signinfo=signature.sign();

// public key resolve sign

signature.initVerify(puk);

boolean ok=signature.verify(signinfo);

System.out.println(ok);

signature.update(data.getBytes());

ok=signature.verify(signinfo);

System.out.println(ok);

}

}