參考資料

　　該文中的內(nèi)容來(lái)源于 Oracle 的官方文檔 Java SE Tools Reference 。Oracle 在 Java 方面的文檔是非常完善的。對(duì) Java 8 感興趣的朋友，可以直接找到這個(gè)總?cè)肟?Java SE 8 Documentation ，想閱讀什么就點(diǎn)什么。本博客不定期從 Oracle 官網(wǎng)搬磚。這里介紹的工具是 keytool 。

網(wǎng)絡(luò)安全概論

　　在 Web 世界里，安全是一個(gè)重之又重的課題，甚至是美國(guó)政府都禁止某些加密解密算法的出口。 Java 和 Linux 都是 Web 領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，各種加解密的算法和管理工具一應(yīng)俱全，例如 GnuPG 就是一個(gè)不錯(cuò)的安全套件。但是在這里，只展示一下 JDK 中的 keytool 工具的使用方法。

　　先來(lái)說(shuō)一下加解密算法的分類(lèi)?；旧峡梢苑譃槿?lèi)，它們分別是對(duì)稱性解密算法、非對(duì)稱性加密算法和消息摘要算法。每一類(lèi)算法中又有多個(gè)不同的具體算法。對(duì)于這些算法，我們不要求完全掌握，但是對(duì)于各類(lèi)算法的特點(diǎn)和用途是一定要了解的，對(duì)于一些常見(jiàn)的名字，如 DES、AES、RSA、DSA、MD5、SHA1 等，一定要熟悉，至少要知道它們分別屬于哪類(lèi)算法。

　　對(duì)稱性加密算法使用同一個(gè)密鑰對(duì)信息進(jìn)行加密和解密，其信息的安全性一部分取決于加密算法和密鑰的長(zhǎng)度，另一部分取決于密鑰在傳遞過(guò)程中是否會(huì)被截獲或盜取。非對(duì)稱性加密算法使用兩個(gè)密鑰分別對(duì)信息進(jìn)行加密和解密，這兩個(gè)密鑰稱為私鑰/公鑰對(duì)。使用私鑰加密的信息必須使用公鑰解密，反之亦然。公鑰可以公開(kāi)發(fā)布，私鑰由加密方保存，絕對(duì)不公開(kāi)，將私鑰被截獲或竊取的可能性降到最低，因此非對(duì)稱性加密算法的安全性比對(duì)稱性加密算法的安全性更高。既然非對(duì)稱性加密算法比對(duì)稱性加密算法安全性更高，那對(duì)稱性加密算法有什么存在的必要呢？這是因?yàn)閷?duì)稱性加密算法的運(yùn)算速度更快?，F(xiàn)實(shí)中，往往將對(duì)稱性加密算法和非對(duì)稱性加密算法結(jié)合使用，對(duì)于要傳輸?shù)拇髩K數(shù)據(jù)使用對(duì)稱性加密算法加密，然后對(duì)加密使用的密鑰使用非對(duì)稱性加密算法進(jìn)行加密，這樣既可以獲得更高的安全性，又可以獲得更高的加解密運(yùn)算速度。常用的對(duì)稱性加密算法有DES算法、AES算法、3DES算法、TDEA算法、Blowfish算法、RC5算法、IDEA算法。常用的非對(duì)稱性加密算法有DSA算法、RSA算法、Elgamal算法、背包算法、Rabin算法、D-H算法、ECC算法（橢圓曲線加密算法）。

　　消息摘要算法的主要目的是對(duì)數(shù)據(jù)生成摘要。消息摘要算法不需要密鑰，只有輸入相同的數(shù)據(jù)才能得到相同的摘要，而且不可能從摘要反過(guò)來(lái)推算出數(shù)據(jù)。常用的消息摘要算法有MD5算法和SHA-1算法及其大量的變體。它們可以用來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性，在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布文件時(shí)，常同時(shí)提供該文件的MD5值就是利用的消息摘要算法的這個(gè)特點(diǎn)，一旦該文件被篡改或者在網(wǎng)絡(luò)傳輸中出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，再對(duì)其進(jìn)行摘要運(yùn)算就得不到相同的MD5值。

　　對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名是我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中最常見(jiàn)的安全操作。簽名有雙重作用，作用一就是保證數(shù)據(jù)的完整性，證明數(shù)據(jù)并非偽造，而且在傳輸?shù)倪^(guò)程中沒(méi)有被篡改，作用二就是防止數(shù)據(jù)的發(fā)布者否認(rèn)其發(fā)布了該數(shù)據(jù)。簽名同時(shí)使用了非對(duì)稱性加密算法和消息摘要算法，對(duì)一塊數(shù)據(jù)簽名時(shí)，會(huì)先對(duì)這塊數(shù)據(jù)進(jìn)行消息摘要運(yùn)算生成一個(gè)摘要，然后對(duì)該摘要使用發(fā)布者的私鑰進(jìn)行加密。接收者接受這塊數(shù)據(jù)后，先使用發(fā)布者的公鑰進(jìn)行解密得到原數(shù)據(jù)的摘要，再對(duì)接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算摘要，如果兩個(gè)摘要相同，則說(shuō)明數(shù)據(jù)沒(méi)有被篡改。同時(shí)，因?yàn)榘l(fā)布者的私鑰是不公開(kāi)的，只要接收者通過(guò)發(fā)布者的公鑰能成功對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，就說(shuō)明該數(shù)據(jù)一定來(lái)源于該發(fā)布者，他再怎么抵賴也沒(méi)有用。

　　那么問(wèn)題來(lái)了，怎么確定某公鑰一定是屬于某發(fā)布者的呢？這就需要證書(shū)了。證書(shū)由權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)，其內(nèi)容包含證書(shū)所有者的標(biāo)識(shí)和它的公鑰，并由權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)使用它的私鑰進(jìn)行簽名。信息的發(fā)布者通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布證書(shū)來(lái)公開(kāi)它的公鑰，該證書(shū)由權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行簽名，認(rèn)證機(jī)構(gòu)也是通過(guò)發(fā)布它的證書(shū)來(lái)公開(kāi)該機(jī)構(gòu)的公鑰，認(rèn)證機(jī)構(gòu)的證書(shū)由更權(quán)威的認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行簽名，這樣就形成了證書(shū)鏈。證書(shū)鏈最頂端的證書(shū)稱為根證書(shū)，根證書(shū)就只有自簽名了?？傊?，要對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳播的內(nèi)容進(jìn)行簽名和認(rèn)證，就一定會(huì)用到證書(shū)。關(guān)于證書(shū)遵循的標(biāo)準(zhǔn)，最流行的是 X.509，關(guān)于證書(shū)的具體內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)上一搜一大把，我這里就不講了。

使用keytool創(chuàng)建和管理證書(shū)

　　在 Java 中也廣泛使用證書(shū)，例如，使用 jarsigner 命令對(duì) jar 包進(jìn)行簽名和認(rèn)證。JDK 中創(chuàng)建和管理證書(shū)的工具是 keytool 。 keytool 是一個(gè)功能強(qiáng)大的安全工具，它不僅僅只是用來(lái)創(chuàng)建和管理證書(shū)，還可以用來(lái)創(chuàng)建和管理對(duì)稱性加密算法需要用到的密鑰，還可以用自己的證書(shū)給別人簽發(fā)證書(shū)（類(lèi)似 CA 的工作），還可以導(dǎo)入別人發(fā)布的證書(shū)。 keytool 使用 keystore 存儲(chǔ)密鑰和證書(shū)，在一個(gè) keystore 中可以存儲(chǔ)多個(gè)條目，訪問(wèn) keystore 和訪問(wèn) keystore 中的條目均需要密碼。

　　下面開(kāi)始實(shí)戰(zhàn)。要進(jìn)行非對(duì)稱性加密，我們首先要有屬于自己的私鑰/公鑰對(duì)，這可以通過(guò) keytool -genkeypairs -alias xxx 命令得到。創(chuàng)建密鑰對(duì)的時(shí)候， keytool 會(huì)在 keystore 中生成一個(gè)新的條目， -alias xxx 選項(xiàng)就是對(duì)該條目進(jìn)行命名。生成密鑰對(duì)之后，私鑰是以原始數(shù)據(jù)直接儲(chǔ)存在 keystore 中的，而公鑰是要發(fā)布出去的，所以它被封裝在一個(gè) X.509 格式的自簽名證書(shū)中。換句話說(shuō)，創(chuàng)建密鑰對(duì)的時(shí)候，同時(shí)就創(chuàng)建了一個(gè)自簽名的證書(shū)。

　　先將自己假想為一個(gè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，或者說(shuō)一個(gè)只對(duì)我自己簽發(fā)證書(shū)的私有認(rèn)證機(jī)構(gòu)，我稱之為 MyCA，先為 MyCA 生成一個(gè)自簽名的根證書(shū)，使用的命令是 keytool -genkeypair -alias MyCA ，如下圖：

　　可以看到，除了提示我們輸入 keystore 的密碼和 MyCA 條目的密碼之外，還提示我們輸入名字、部門(mén)、組織、區(qū)域、國(guó)家代碼等信息，這些信息主要是用來(lái)標(biāo)識(shí)證書(shū)的所有者。按提示完成操作后，就在 keystore 中生成了一個(gè) MyCA 條目，該條目中保存有 MyCA 的私鑰和 MyCA 的自簽名證書(shū)，該證書(shū)中包含 MyCA 的公鑰。使用 keytool -list 命令看一下，可以看到 keystore 中新增的 MyCA 條目。

　　如果給 keytool -list 命令增加 -v 選項(xiàng)，則可以看到更加詳細(xì)的內(nèi)容。這些內(nèi)容可以讓我們對(duì) MyCA 的證書(shū)有更直觀的了解，如下圖：

　　然后，再為我自己生成一個(gè)密鑰對(duì)，使用命令 keytool -genkeypair -alias youxia 命令，按提示完成操作后，keystore 中就又多了一個(gè) youxia 條目，如下圖：

　　使用 keytool -list -v -alias youxia 命令可以查看 youxia 的證書(shū)，它也是自簽名的，如下圖：

　　自簽名的證書(shū)可以使用，但是總不如認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)的證書(shū)權(quán)威。怎么樣讓 CA 為我們頒發(fā)證書(shū)呢？首先我們要向 CA 提交申請(qǐng)，提交申請(qǐng)的時(shí)候需要提交一份稱為 certificate request 的數(shù)據(jù)。我們可以通過(guò) keytool -certreq 命令針對(duì) keystore 中相應(yīng)的條目生成該數(shù)據(jù)。在這里，我想讓 CA 給 youxia 頒發(fā)證書(shū)，則使用 keytool -certreq -alias youxia 來(lái)生成 certificate request，我同時(shí)使用管道和 tee 命令讓生成的數(shù)據(jù)既顯示在控制臺(tái)中，又保存在文件 youxia.certreq 中，如下圖：

　　從上圖中可以看到，生成的 certificate request 數(shù)據(jù)是 Base64 編碼的。然后，將該申請(qǐng)?zhí)峤唤o CA。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中的 CA 那都是要收費(fèi)的，而且還不便宜。那么我只好自己提交給自己了，使用私有的 MyCA 來(lái)給 youxia 頒發(fā)證書(shū)。使用的命令為 keytool -gencert -alias MyCA -infile youxia.certreq -outfile youxia.cer，文件 youxia.cer 就是由 MyCA 頒發(fā)的證書(shū)。使用 keytool -printcert -v -file youxia.cer 命令可以查看該證書(shū)。

　　然后，申請(qǐng)者收到 CA 頒發(fā)的證書(shū)后，可以使用 keytool -importcert -alias youxia -file youxia.cer 將證書(shū)導(dǎo)入到 keystore 中。導(dǎo)入證書(shū)后，再使用 keytool -list -v -alias youxia 查看，會(huì)看到完整的證書(shū)鏈，如下圖：

　　作為管理工具，keytool 當(dāng)然提供導(dǎo)出證書(shū)的功能，使用 keytool -exportcert 命令即可。至此，我們已經(jīng)完全了解了生成密鑰對(duì)和證書(shū)的完整流程。關(guān)于 keytool 更詳細(xì)的參數(shù)，請(qǐng)大家自己查看 keytool 的文檔吧。

總結(jié)

　　keytool 的使用方法很簡(jiǎn)單，重要的也就是 keytool -genkeypair、keytool -gencert、keytool -certreq 等命令，看到這些命令基本上就可以想到它們的功能。讓人稍稍有點(diǎn)疑惑的是， keytool -genkeypair 不僅僅是生成密鑰對(duì)，它會(huì)同時(shí)對(duì)公鑰進(jìn)行包裝生成自簽名的證書(shū)， keytool -gencert 并不是憑空生成證書(shū)，而是對(duì) certificate request 進(jìn)行回復(fù)。理解這兩點(diǎn)，使用 keytool 就暢通無(wú)阻了。

（京山游俠于2015-04-22發(fā)布于博客園，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。）