随笔 - 5, 文章 - 0, 评论 - 1, 引用 - 0
数据加载中……

用JSSE定制SSL连接(转)

JSSE(Java Security Socket Extension,Java安全套接字扩展)是Sun为了解决在Internet上的安全通讯而推出的解决方案。它实现了SSL和TSL(传输层安全)协议。在JSSE中包含了数据加密,服务器验证,消息完整性和客户端验证等技术。通过使用JSSE,开发人员可以在客户机和服务器之间通过TCP/IP协议安全地传输数据。这篇文章主要描述如何使用JSSE接口来控制SSL连接。

首先我通过一个简单的客户机/服务器程序来介绍如何利用JSSE进行编程。当建立客户端时,我们需要配置KeyStore和TrustStore文件,这样在程序中我们才可以从客户端的文件系统中加载它们。然后文章将讨论授权和身份验证方面的问题。通过从KeyStore中选择不同的授权,客户端程序可以连接到不同的服务器。

 

运行例子程序

下载例子程序

在运行JSSE程序前,你需要正确安装JSSE。如果你安装了J2SE 1.4,JSSE已经被自动安装并配置好了,如果你使用的是其他版本的Java,你需要从官方站点上下载并安装JSSE,安装过程这里就不再赘述。由于JSSE是在J2SE 1.4中才成为标准的,并且J2SE 1.4中的JSSE和以前的JSSE有一些细微的差别,而且文中的例子都是在J2SE 1.4下调试的,因此推荐你使用J2SE 1.4运行这些例子。

在深入介绍JSSE之前,让我们来一个简单的客户机/服务器程序,程序中包含了两个文件:SimpleSSLServer和SimpleSSLClient。在运行程序之前,你需要配置下面这些KeyStore和TrestStore文件:

· 一个客户端的KeyStore文件,该文件中包含了对Alice和Bob的授权。

· 一个服务器端的KeyStore文件,该文件中包含了对server的授权。

· 一个名为clientTrust的客户端TrustStore文件,该文件中包含了对server的授权。

· 一个名为serverTrust的服务器端TrustStore文件,该文件中包含了对Alice和Bob的授权。

使用keytool可以帮助你创建这些文件(该工具在Java的bin目录下):

· 一个客户端的KeyStore文件,该文件中包含了对Alice和Bob的授权。

在命令窗口中输入下面的命令:

																														
																														keytool -genkey -alias alice -keystore clientKeys

窗口中会出现下面的提示,根据提示输入相应的信息:

																														
																														输入keystore密码:  password
您的名字与姓氏是什么?
  [Unknown]:  Alice
您的组织单位名称是什么?
  [Unknown]:  Development
您的组织名称是什么?
  [Unknown]:  DCQ
您所在的城市或区域名称是什么?
  [Unknown]:  ChongQing
您所在的州或省份名称是什么?
  [Unknown]:  ChongQing
该单位的两字母国家代码是什么
  [Unknown]:  CH
CN=Alice, OU=Development, O=DCQ, L=ChongQing, ST=ChongQing, C=CH 正确吗?
  [否]:  是
输入<alice>的主密码
     (如果和 keystore 密码相同,按回车):

通过相同的方式可以建立对Bob的授权。

																														
																														keytool -genkey -alias bob -keystore clientKeys

注意在名字与姓氏一栏中填写Bob。在完成后可以键入下面的命令来检测是否已经正确完成了授权。

																														
																														keytool -list -v -keystore clientKeys

· 一个服务器端的KeyStore文件,该文件中包含了对server的授权。

在命令窗口中键入下面的命令:

																														
																														keytool -genkey -alias server -keystore serverKeys

注意将密码设为password,名字与姓氏设定为Server。完成授权后同样可以通过上面提到的命令来检测。

· 一个名为clientTrust的客户端TrustStore文件,该文件中包含了对server的授权。以及一个名为serverTrust的服务器端TrustStore文件,该文件中包含了对Alice和Bob的授权。

																														
																														keytool -export -alias server -keystore clientKeys -file server.cer
输入keystore密码:  password
保存在文件中的认证 <server.cer>
keytool -export -alias alice -keystore clientKeys -file alice.cer
输入keystore密码:  password
保存在文件中的认证 <alice.cer>
keytool -export -alias bob -keystore clientKeys -file bob.cer
输入keystore密码:  password
保存在文件中的认证 <bob.cer>

这样keytool就在当前目录下创建了三个授权文件。然后我们将server.cer文件导入到clientTrust文件中;将alice.cer和bob.cer导入到serverTruest文件中:

																														
																														keytool -import -alias server -keystore clientTrust -file server.cer
keytool -import -alias alice -keystore serverTrust -file alice.cer
keytool -import -alias bob -keystore serverTrust -file bob.cer

到目前为止,在当前目录下包含clientKeys,serverKeys,clientTrust,serverTrust四个文件。完成了KeyStore和TrustStore的设置后就可以运行例子程序了。首先需要运行服务器程序:

																														
																														java -Djavax.net.ssl.keyStore=serverKeys 
      -Djavax.net.ssl.keyStorePassword=password 
      -Djavax.net.ssl.trustStore=serverTrust 
  -Djavax.net.ssl.trustStorePassword=password SimpleSSLServer

在命令行中我们指定了keyStore属性为serverKeys。由于服务器程序需要获得客户端的授权信息,我们指定trustStore为serverTrust。这样SSLSimpleServer就可以验证由SSLSimpleClient提供的授权信息。当服务器程序成功运行后,你会看到下面的提示:

																														
																														SimpleSSLServer running on port 49152

这时候服务器会等待客户端发出建立连接的申请。如果你希望在另一个端口上运行服务器程序,可以在命令中指定-port xxx参数,其中xxx是端口号。

然后在另一个命令窗口中运行客户端程序:

																														
																														java -Djavax.net.ssl.keyStore=clientKeys 
  -Djavax.net.ssl.keyStorePassword=password 
  -Djavax.net.ssl.trustStore=clientTrust 
  -Djavax.net.ssl.trustStorePassword=password SimpleSSLClient

客户端程序会试图向本机的49152端口建立SSL连接。同样你可以通过-port参数指定端口号,也可以通过-host参数指定主机名称。当连接成功后,会出现下面的提示信息:

																														
																														Connected

同时在服务器端会提示用户客户端已经连接成功。

SimpleSSLServer

让我们先来看一下SimpleSSLServer。在main()方法中,程序获得了缺省的SSLServerSocketFactory对象;然后利用SSLServerSocketFactory创建一个SimpleSSLServer对象,最后调用start()方法启动SimpleSSLServer对象。

																														
																														SSLServerSocketFactory ssf=      
(SSLServerSocketFactory)SSLServerSocketFactory.getDefault();
SimpleSSLServer server=new SimpleSSLServer(ssf, port);
server.start();

由于服务器是在一个单独的线程中运行的,main()方法启动了服务器之后就退出了。start()方法启动了一个新的线程,该线程执行run()方法中的代码。在run()方法中创建了一个SSLServerSocket对象,然后设定服务器需要进行客户端验证:

																														
																														SSLServerSocket serverSocket=      
(SSLServerSocket)serverSocketFactory.createServerSocket(port);
serverSocket.setNeedClientAuth(true);

调用run()方法后,程序进入了一个死循环,等待客户端的连接申请。循环中的每个Socket对应一个HandshakeCompletedListener对象(该对象是用来显示客户验证信息中的标识名称[distinguished name]的)。Socket的InputStream对象被包装在一个InputDisplayer对象中,这个InputDisplayer对象运行在另外一个线程中,用来将Socket接收到的数据发送到System.out。下面的代码是SimpleSSLServer中的主循环体:

																														
																														while (true) {
       String ident=String.valueOf(id++);
       //监听连接请求.
       SSLSocket socket=(SSLSocket)serverSocket.accept();
       //通过使用HandshakeCompletedListener对象,程序进行授权验证.
       HandshakeCompletedListener hcl=new SimpleHandshakeListener(ident);
       socket.addHandshakeCompletedListener(hcl);
       InputStream in=socket.getInputStream();
       new InputDisplayer(ident, in);
}

程序中的SimpleHandshakeListener类实现了HandshakeCompletedListerner接口。在SimpleHandshakeListener类中实现了handshakeCompleted()方法,该方法在SSL握手阶段完成后将被JSSE调用。它将显示出客户端的标识名称:

																														
																														class SimpleHandshakeListener implements HandshakeCompletedListener
{
  String ident;
      /**
       * 构造函数.
       */
      public SimpleHandshakeListener(String ident)
      {
        this.ident=ident;
      }
      /**当SSL握手过程完成后该方法被激活. */
      public void handshakeCompleted(HandshakeCompletedEvent event)
      {
        //显示授权信息.
        try {
          X509Certificate 
            cert=(X509Certificate)event.getPeerCertificates()[0];
          String peer=cert.getSubjectDN().getName();
          System.out.println(ident+": Request from "+peer);
        }
        catch (SSLPeerUnverifiedException pue) {
          System.out.println(ident+": Peer unverified");
        }
      }
 }

用红色字体表示的两行代码是这段代码的核心:getPeerCertificates()方法返回一个X509Certificated对象的数组。这些X509Certificated对象创建了客户端的身份标识。在数组中的第一个元素是客户端的验证信息,而最后一个通常是CA验证。当我们有了客户端的验证信息后。我们可以得到其中的标识名称,并将它传送到System.out。

SimpleSSLClient

SimpleSSLClient类比较简单,但是在后面的一些比较复杂的例子中的类会继承该类。在getSLLSocketFactory()方法中,程序返回缺省的工厂类:

																														
																														protected SSLSocketFactory getSSLSocketFactory()
  throws IOException, GeneralSecurityException
{
  return (SSLSocketFactory)SSLSocketFactory.getDefault();
}

在runClient()方法中,程序处理了输入参数后,获得SSLSockFactory对象,调用connect()方法连接到服务器程序。在connect()方法中,程序首先创建一个SSLSocket对象,然后调用SSLSocket对象的startHandshang()方法启动和服务器端的握手过程。当握手过程完成后,会触发一个HandshakeCompletedEvent事件。在服务器端的HandshakeCompletedListener对象会处理这个事件。事实上,JSSE可以自动启动握手过程,但是必须是在第一次有数据通过Socket传输的情况下。由于在例子程序中,直到用户在键盘上输入信息后才会有数据通过Socket传输,而我们希望服务器端及时报告连接情况,因此我们用startShake()方法来手工激活握手过程。

																								
																								public void connect(SSLSocketFactory sf) throws IOException
{
    socket=(SSLSocket)sf.createSocket(host, port);
    try {
      socket.startHandshake();
    }
    catch (IOException ioe) {
      // 握手失败.关闭连接.
      try {
       socket.close();
    } 
      catch (IOException ioe2) {
        // 忽略该错误.
      }
      socket=null;
      throw ioe;
    }
  }

SimpleSSLClient类中的transmit()方法也很简单。首先程序将输入流包装到一个Reader对象中,然后将输出流包装到一个Writer对象中;最后将数据流输出到Socket:

																								
																								boolean done=false;
while (!done) {
  String line=reader.readLine();
  if (line!=null) {
        writer.write(line);
    writer.write('\n');
        writer.flush();
  }
  else done=true;
}

 

定制KeyStore和TrustStore

还记得我们是如何运行客户端的吗?我们需要在命令行中指定keyStore, keyStorePasword, trustStore和trustStorePassword参数,以至于整个命令显得过于冗长。事实上你可以在程序中指定KeyStore和TrustStore,后面的例子中将告诉你如何实现这一点。同时在例子中还会演示如何配置多个SSLSocketFactory对象,其中每个SSLSocketFactory对象对应不同的KeyStore和TrustStore设置。如果没有这种技术,在同一个虚拟机上的所有安全连接都只能使用同一个KeyStore和TrustStore。对于比较小的应用程序,这也许不会产生问题;但是对于那些比较大的应用程序来说,这绝对是一个严重的缺陷。

在下面的例子中,我们将使用CustomTrustStoreClient来动态定义KeyStore和TrustStore。首先让我们先运行一下CustomTrustStoreClient:

																								
																								java CustomTrustStoreClient

为什么运行CustomTrustStoreClient时不需要指定KeyStore和TrustStore参数呢?这是应为在CustomTrustStoreClient的代码中指定了KeyStore(ClientKeys)和TrustStore(ClientTruts)以及它们的密钥(password)。如果你想使用其他的KeyStore、 TrustStore或密钥,可以使用-ks、-kspass、-ts和-tspass参数来指定。下面让我们来看一下CustomTrustStoreClient的getSSLSocketFactory()方法。该方法通过调用getTrustManager()方法获得一个TurstManager对象数组,通过调用getKeyManagers()方法获得一个KeyManager对象数组。然后利用得到的TurstManager和KeyManager对象数组构造一个SSLContext对象,最后通过SSLContext对象的getSocketFactory()方法来配置JSSE。需要注意的是在调用SSLContext类的init()方法时使用的参数。第一个参数是KeyManager对象数组。第二个参数和第一个参数类似,是TrustManager数组。如果前两个参数被设定为null,程序将使用缺省的KeyManager和TrustStore(缺省的KeyStore来源于系统属性中的javax.net.ssl.keyStore和javax.net.ssl.keyStorePassword属性;缺省的TrustStore来源于系统属性中的javax.net.ssl.trustStore和javax.net.ssl.trustStorePassword属性)。通过设定第三个参数可以指定JSSE中的随机数产生器(Random Number Generate, RNG)。由于在SSL中随机数的产生是一个很敏感的问题,错误使用这个参数会导致安全连接变得不安全,因此我在例子中使用了null。这样程序将使用缺省的并且是安全的SecureRandom对象。

																								
																								protected SSLSocketFactory getSSLSocketFactory()
  throws IOException, GeneralSecurityException
{
  // 调用getTrustManagers方法获得trust managers
  TrustManager[] tms=getTrustManagers();
  // 调用getKeyManagers方法获得key manager
  KeyManager[] kms=getKeyManagers();
  //利用KeyManagers创建一个SSLContext对象.用获得的KeyStore和
  // TrustStore初始化该SSLContext对象.我们使用缺省的SecureRandom.
  SSLContext context=SSLContext.getInstance("SSL");
  context.init(kms, tms, null);
  //最后获得了SocketFactory对象.
  SSLSocketFactory ssf=context.getSocketFactory();
  return ssf;
}

下面让我们看一看CustomKeyStoreClient类中的getKeyMangers()方法是如何初始化KeyManagers对象数组的:

																								
																								protected KeyManager[] getKeyManagers()
  throws IOException, GeneralSecurityException
{
  // 获得KeyManagerFactory对象.
  String alg=KeyManagerFactory.getDefaultAlgorithm();
  KeyManagerFactory kmFact=KeyManagerFactory.getInstance(alg);
  // 配置KeyManagerFactory对象使用的KeyStoree.我们通过一个文件加载
  // KeyStore.
  FileInputStream fis=new FileInputStream(keyStore);
  KeyStore ks=KeyStore.getInstance("jks");
  ks.load(fis, keyStorePassword.toCharArray());
  fis.close();
  // 使用获得的KeyStore初始化KeyManagerFactory对象
  kmFact.init(ks, keyStorePassword.toCharArray());
  // 获得KeyManagers对象
  KeyManager[] kms=kmFact.getKeyManagers();
  return kms;
}

首先的任务是获得一个KeyManagerFactory对象,但是你必须知道应该使用哪种算法。JSSE中提供了一个缺省的KeyManagerFactory算法(程序员也可以通过指定ssl.KeyManagerFacotory.algorithm属性指定缺省算法)。获得KeyManagerFactory对象后就可以加载KeyStore文件了,程序中通过一个InputStream对象将信息从文件送入KeyStore对象中。在这个过程之前,KeyStore对象需要知道输入流的格式(例子中我使用的是jks)和密钥。当我们完成了KeyStore的加载后,我们就可以用它来初始化KeyManagerFactory对象了。通常在JSSE中,在KeyStore中的所有证书使用和KeyStore相同的密码,但是通过创建KeyManagerFactory对象你可以突破这个限制。在初始化了KeyManagerFactory对象后,通常使用getKeyManager()方法来获得KeyManager对象数组。程序员通过使用和getKeyMangers()方法类似的流程来初始化TrustManager数组,这里我就不再重复了。

 

实现一个KeyManager类

到目前为止,我们已经知道如何在程序中动态生成KeyStore和TrustStore了。最后一个例子将告诉你如何实现一个KeyManager类。

当运行前几个例子的时候,不知道大家是否注意到服务器端显示的授权的标识名称。在前面我们授权给了两个人:Alice和Bob,在运行程序时JSSE会从中任选一个。在我的计算机上JSSE选择的总是Bob,或许在你的计算机上情况会有所不同。下面让我们来看一看最后一个例子程序:SelectAliasClient。这个例子使你能够在运行客户端时使用指定的授权。例如你需要指定使用Alice的授权,由于Alice的别名是alice,你需要在命令窗口中键入下面的命令:

																								
																								java SelectAliasClient -alias alice

当客户端和服务器端成功连接后,客户器端会出现下面的信息:

																								
																								1: New connection request
1: Request from CN=Alice, OU= Development, O=DCQ, L=ChongQing,
ST=ChongQing, C=CH

为了使程序使用指定的授权,我们需要实现X509KeyManager接口(X509KeyManager是JSSE中最常用的KeyManager)。X509KeyManager接口在SSL握手阶段使用了几个方法来获得授权。下面是X509KeyManager接口获得授权的过程:

1.JSSE调用chooseClientAlias()方法获得指定的授权。

2.chooseClientAlias()方法调用X509KeyManager接口的getClientAlaises()方法获得SSLSocket对象使用的所有授权的别名,然后检查指定的授权别名是否有效。

3.JSSE将别名作为参数调用X509KeyManager接口的getCertificateChain()和getPrivateKey()方法,这样就获得了指定授权的相关信息。

在例子程序中,X509KeyManager接口的实现类是AliasForcingKeyManager。在该类中最重要的方法就是就是chooseClientAlias()方法。下面是该方法的源代码:

																								
																								public String chooseClientAlias(String[] keyType, Principal[] issuers,
                            Socket socket)
{
  //对于每一种类型的授权,都需要调用一次getClientAliases()方法来验
 // 证别名是否有效.
  boolean aliasFound=false;
  for (int i=0; i<keyType.length && !aliasFound; i++) {
        String[] validAliases=baseKM.getClientAliases(keyType[i], issuers);
    if (validAliases!=null) {
          for (int j=0; j<validAliases.length && !aliasFound; j++) {
        if (validAliases[j].equals(alias)) aliasFound=true;
          }
    }
      }
  if (aliasFound) return alias;
  else return null;
}

我们可以看到在程序中,chooserClientAlias()方法实际上多次调用了getClientAliases()方法,每次都针对不同的授权类型。AliasForingKeyManager还实现了X509KeyManager接口的其他五个方法,在这里就不再一一赘述了。

然后我们就可以在程序中用AliasForingKeyManager对象来替代KeyManager对象了。在getSSLSocketFactory()方法中,我们只需要将通过调用getKeyManagers()方法获得KeyManager对象数组,然后将其强制转化为AliasForcingKeyManager对象就可以了。下面是新的getSSLSocketFactory()方法的代码:

																								
																								protected SSLSocketFactory getSSLSocketFactory() 
    throws IOException, GeneralSecurityException
    {
      // 调用父类中的方法获得TrustManager和KeyManager
      KeyManager[] kms=getKeyManagers();
      TrustManager[] tms=getTrustManagers();
       // 如果指定了别名,将KeyManagers包装在AliasForcingKeyManager对象中.
      if (alias!=null) {
        for (int i=0; i<kms.length; i++) {
          // 这里只处理了X509KeyManager接口
          if (kms[i] instanceof X509KeyManager)
            kms[i]=new AliasForcingKeyManager((X509KeyManager)kms[i],    alias);
        }
      }
      // 利用TrustManagers和已经被包装的KeyManagers创建一个SSLContext对象.
      SSLContext context=SSLContext.getInstance("SSL");
      context.init(kms, tms, null);
      // 获得SocketFactory对象.
      SSLSocketFactory ssf=context.getSocketFactory();
      return ssf;
    }

我们可以使用同样的方法来替换TrustManager对象,这样我们就可以控制JSSE验证授权的机制。具体的实现就留给读者朋友去解决了。

 

小结

在这篇文章中,我们讲述了使用JSSE的一些小技巧。读完这篇文章后,我相信大家因该知道如何通过编程实现下面的任务:

· 使用HandshagCompletedListerner对象来获得关于连接的信息。

· 从SSLContext对象中获得一个SLLSocketFactory对象。

· 使用动态的TrustStroe或KeyStore。

· 突破在JSSE中KeySotre的密钥的每个授权的密钥必须相同的限制。

· 通过实现自己的KeyManager类来指定JSSE使用的授权。

如果大家有兴趣的话,还可以进一步将这些技术进行扩展。例如你可以在JSSE的其他类中使用X509KeyManager接口,也可以在TrustStore和KeyStore的实现类中从数据库中读取授权信息。但是在使用自己编写的TrustStore,KeyStore,TrustManager和KeyManager的时候,需要非常小心,因为任何一个细微的错误都可能导致SSL连接不再是安全的了。

作者简介:冯睿毕业于美国北伊利诺大学计算机和电气工程系,获工程硕士学位。曾就职于NewMonics公司,进行Java虚拟机部分包的设计和开发和Java底层的性能优化工作。目前负责一些政府和企业级GIS系统的设计和实现。

SimpleSSLServer
-------------------------
SimpleSSLClient
CustomKeyStoreClient
CustomTrustStoreClient
SelectAliasClient

posted on 2007-03-15 22:31 黑马_2046 阅读(491) 评论(0)  编辑  收藏


只有注册用户登录后才能发表评论。


网站导航: