雜談X509證書, Java Keystore與Jetty - zhukunrong－IT工程師數位筆記本

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很多人對JSSE組成部分的Key Tool 工具不太明白，希望本文能有幫助

科班出身的同學應該學過課程“密碼學”，這門課詳細解釋了現代對稱加密的算法原理，當時學的我云里霧里。直到現在使用過SSL加密才知道工程上用法是這樣的，老師講的時候就不能帶一點工程實踐嗎？簡單來說，對稱加密體系就是我有一段需要加密的字符，我用私鑰加密之后變成了無意義的密文，只有用配對的公鑰才能對這個密文進行解密還原回來。

下圖是個簡單的示意，注意由于公私鑰是配對的，一般給信息加密的人持有此密鑰對。

這套機制可以應用在網絡上電子商務常用的可信任站點的證書驗證上，因為電子商務站點經常涉及到交易，所以客戶需要知道這個電子商務網站是真的，可信任的，而不是一個一摸一樣的偽造網站，來釣魚騙你賬戶和密碼的。

簡單說一下這個證書驗證的過程：

點擊一個https的網站
瀏覽器開始建立ssl連接
瀏覽器請求該網站證書，該證書主要包含了公鑰，及網站用私鑰加密證書內容后的簽名數據
瀏覽器用公鑰解密簽名數據，驗證該證書完整性
瀏覽器根據簽名者的名字驗證證書鏈，反復進行直到匹配到了瀏覽器內自帶的可信任根CA機構

為了更直觀點, 以下是用java程序取出來的Google的證書，主要的內容包括：

版本(Version)，主題(Subject)，簽名算法(Signature Algorithm)，有效日期(Validity)，認證機構(Issuer)，序列號(SerialNumber),公鑰信息(Key)

[
[
  Version: V3
  Subject: CN=www.google.com, O=Google Inc, L=Mountain View, ST=California, C=US
  Signature Algorithm: SHA1withRSA, OID = 1.2.840.113549.1.1.5

  Key:  Sun RSA public key, 2048 bits
  modulus: 21234013066307499395457251007591480564049457586531682634102688105320414778844675214782297227108785101225473929899552731501456168053582903590770359069026387607503146650068399613049641154687616403518890644657095548686866113952705014503928651307072537712940705497213473591529858208623561782445051685850298532560404133534066309955969883121384862800482489711770827176592928627367189401567119209235611091403472756628910838905587679781334745044724147912894428457975079919303874339456674143408932927112368761924943362190459243823969871830702191962312600960355323190050761278795233954274164962425829947843114462063705745562381
  public exponent: 65537
  Validity: [From: Wed Jul 02 21:38:55 CST 2014,
               To: Tue Sep 30 08:00:00 CST 2014]
  Issuer: CN=Google Internet Authority G2, O=Google Inc, C=US
  SerialNumber: [    5b7fd907 7ce7148c]

Certificate Extensions: 8
[1]: ObjectId: 1.3.6.1.5.5.7.1.1 Criticality=false
AuthorityInfoAccess [
  [
   accessMethod: caIssuers
   accessLocation: URIName: http://pki.google.com/GIAG2.crt
, 
   accessMethod: ocsp
   accessLocation: URIName: http://clients1.google.com/ocsp
]
]

[2]: ObjectId: 2.5.29.35 Criticality=false
AuthorityKeyIdentifier [
KeyIdentifier [
0000: 4A DD 06 16 1B BC F6 68   B5 76 F5 81 B6 BB 62 1A  J......h.v....b.
0010: BA 5A 81 2F                                        .Z./
]
]

[3]: ObjectId: 2.5.29.19 Criticality=true
BasicConstraints:[
  CA:false
  PathLen: undefined
]

[4]: ObjectId: 2.5.29.31 Criticality=false
CRLDistributionPoints [
  [DistributionPoint:
     [URIName: http://pki.google.com/GIAG2.crl]
]]

[5]: ObjectId: 2.5.29.32 Criticality=false
CertificatePolicies [
  [CertificatePolicyId: [1.3.6.1.4.1.11129.2.5.1]
[]  ]
]

[6]: ObjectId: 2.5.29.37 Criticality=false
ExtendedKeyUsages [
  serverAuth
  clientAuth
]

[7]: ObjectId: 2.5.29.17 Criticality=false
SubjectAlternativeName [
  DNSName: www.google.com
]

[8]: ObjectId: 2.5.29.14 Criticality=false
SubjectKeyIdentifier [
KeyIdentifier [
0000: 79 DF 1E A5 4C 46 0D 45   EE 18 41 68 F0 83 CA 4F  y...LF.E..Ah...O
0010: C7 2C B4 C2                                        .,..
]
]

]
  Algorithm: [SHA1withRSA]
  Signature:
0000: 7E B3 33 11 DC 10 16 C2   99 A0 53 BD 24 03 4D 79  ..3.......S.$.My
0010: 92 A5 15 61 F1 4E C6 F6   C5 10 BB D0 8D 70 F6 53  ...a.N.......p.S
0020: AA FE 25 EA 33 39 2F 9C   DA C2 69 94 A4 34 1D 57  ..%.39/...i..4.W
0030: A7 E4 D5 75 94 03 8B 61   86 2A A6 82 FA C9 43 37  ...u...a.*....C7
0040: 28 28 F6 3F 0E DA 88 42   74 2E 79 0C 3E D1 4E 2A  ((.?...Bt.y.>.N*
0050: C7 25 D7 E1 44 1A 30 D1   C6 33 F4 E4 4E 5E B7 78  .%..D.0..3..N^.x
0060: C3 1D C2 BE 47 0E 3D D3   CF 09 74 5C 7F 84 C8 55  ....G.=...t\...U
0070: EA B0 00 A2 7B CA D2 7A   B3 03 1D 22 AB 64 D1 F6  .......z...".d..
0080: 78 5F 16 D2 54 7D 48 9A   6B 27 FD 2F BD 00 1F 0A  x_..T.H.k'./....
0090: A8 00 7B CF 7B B8 F0 32   7A 25 1E 6A 6B B2 A1 69  .......2z%.jk..i
00A0: 62 1B B6 C0 6D 52 6A D8   C6 C8 C3 68 C8 28 D5 75  b...mRj....h.(.u
00B0: 66 C9 66 12 CB A5 0F 68   39 3D D5 32 90 ED 13 5B  f.f....h9=.2...[
00C0: C8 5A 89 EB FA 74 B7 F7   EC FB AB A2 8C 84 BF 75  .Z...t.........u
00D0: 2A D0 23 36 DD 5B C3 1A   DB D9 06 94 C0 23 BC 44  *.#6.[.......#.D
00E0: F2 F3 9A B0 FB 85 1D F0   48 25 2A 3B B9 9B 02 DE  ........H%*;....
00F0: 4B 17 4F 63 7A 66 0F 7E   3B 03 31 81 86 AA 57 5D  K.Oczf..;.1...W]

]

　　關于這些信息的更詳細解釋可以看規范RFC3280 , http://www.ietf.org/rfc/rfc3280.txt ,這里就不扯得太遠了。上面的信息跟下面規范里的信息是一一對應的

Certificate  ::=  SEQUENCE  {
        tbsCertificate       TBSCertificate,
        signatureAlgorithm   AlgorithmIdentifier,
        signatureValue       BIT STRING  }

   TBSCertificate  ::=  SEQUENCE  {
        version         [0]  EXPLICIT Version DEFAULT v1,
        serialNumber         CertificateSerialNumber,
        signature            AlgorithmIdentifier,
        issuer               Name,
        validity             Validity,
        subject              Name,
        subjectPublicKeyInfo SubjectPublicKeyInfo,
        issuerUniqueID  [1]  IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
                             -- If present, version MUST be v2 or v3
        subjectUniqueID [2]  IMPLICIT UniqueIdentifier OPTIONAL,
                             -- If present, version MUST be v2 or v3
        extensions      [3]  EXPLICIT Extensions OPTIONAL
                             -- If present, version MUST be v3
        }

操作系統在出廠的時候已經預裝了CA的可信任證書，瀏覽器在通過證書拿到證書鏈后，最終都會追溯到一個根路徑與操作系統自帶的出廠CA可信證書進行比對，如果成功了證明是可信任的證書。Chrome在windows系統下直接用windows系統自帶root證書進行驗證，而Firefox則自己帶了一套可信證書，不與操作系統共用。

經過上面的解釋，大家直到JDK為什么要弄一個keytool工具了，這個工具就是用來生成key store文件的，這個文件保存了兩種entry，一種是公私鑰對(key entries)，一種是公鑰證書(trusted certificate entries)，前者由于涉及到私鑰，保密要求更高。 key store 文件保存了java版的可信任證書，Java 的SSL客戶端要進行SSL握手時需要從對方證書的簽名者追溯到自己的可信任機構，就是跟此文件中保存的CA證書進行比對。

下面語句可以建一個keystore 并且生成一個公私鑰對，并把公鑰生成為公鑰證書：

keytool -genkey -alias duke -keypass dukekeypasswd

導入證書語句如下：

keytool -import -alias abc -file ABCCA.cer

Java程序在SSL連接建立相關操作時都需要操作這個key store文件，來取得自己的私鑰或者拿自己信任的證書，簡單流程如下：

以上講的是客戶端的流程，下面看一下Java的web服務器Jetty的一些這方面的設置，同樣，Jetty也需要一個這個文件，就保存在Jetty目錄的/etc/keystore中。

再看下Jetty 9 的ssl配置文件Jetty-ssl.xml:

明確指明了keystore和truststore文件的路徑，其實就是同一個名為keystore的文件，并指明了密碼，下面我們用他的密碼看一下keystore中保存了什么，但Jetty的這個密碼如果是OBF開頭的則說明密碼被混淆過，運行

➜  target git:(master) java -cp jetty-util-9.2.2-SNAPSHOT.jar org.eclipse.jetty.util.security.Password OBF:1vny1zlo1x8e1vnw1vn61x8g1zlu1vn4
2014-07-17 21:08:19.241:INFO::main: Logging initialized @57ms
storepwd
OBF:1vny1zlo1x8e1vnw1vn61x8g1zlu1vn4
MD5:841aa4ca19e9fe3010369a60781c7630

得到這個keystore的實際明文密碼 storepwd，然后到jetty/etc目錄下查看Jetty的keystore文件中都存了什么證書：

keytool -list  -keystore keystore -storepass storepwd -v

etc git:(master) keytool -list  -keystore keystore -storepass storepwd -v

密鑰庫類型: JKS
密鑰庫提供方: SUN

您的密鑰庫包含 1 個條目

別名: jetty
創建日期: 2008-11-7
條目類型: PrivateKeyEntry
證書鏈長度: 1
證書[1]:
所有者: CN=jetty.mortbay.org, OU=Jetty, O=Mort Bay Consulting Pty Ltd, L=Unknown, ST=Unknown, C=Unknown
發布者: CN=jetty.mortbay.org, OU=Jetty, O=Mort Bay Consulting Pty Ltd, L=Unknown, ST=Unknown, C=Unknown
序列號: 4913c3f4
有效期開始日期: Fri Nov 07 12:28:36 CST 2008, 截止日期: Tue Mar 25 12:28:36 CST 2036
證書指紋:
     MD5: 59:80:DB:FA:2F:9D:5C:87:88:1B:9A:9F:BF:FA:DE:92
     SHA1: 66:62:5A:2B:2F:96:E1:88:E7:27:19:E0:0E:C6:60:B0:FC:86:B2:64
     SHA256: 3D:75:8E:56:77:42:01:C7:D3:C3:E9:DF:8C:1B:21:03:19:70:78:A9:27:9E:F1:E4:78:B9:73:F5:F6:CA:EF:C2
     簽名算法名稱: MD5withRSA
     版本: 1


*******************************************
*******************************************

Jetty 9的中，部分組裝SSLConext的代碼如下：

                KeyStore keyStore = loadKeyStore();
                KeyStore trustStore = loadTrustStore();

                KeyManager[] keyManagers = getKeyManagers(keyStore);
                TrustManager[] trustManagers = getTrustManagers(trustStore,crls);
                SecureRandom secureRandom = (_secureRandomAlgorithm == null)?null:SecureRandom.getInstance(_secureRandomAlgorithm);
                SSLContext context = _sslProvider == null ? SSLContext.getInstance(_sslProtocol) : SSLContext.getInstance(_sslProtocol,_sslProvider);
                context.init(keyManagers,trustManagers,secureRandom);
                _context = context; //組裝好context


//下面是用context組裝SSLServerSocketFactory
        SSLServerSocketFactory factory = _context.getServerSocketFactory();

        SSLServerSocket socket =
            (SSLServerSocket) (host==null ?
                        factory.createServerSocket(port,backlog):
                        factory.createServerSocket(port,backlog,InetAddress.getByName(host)));

        if (getWantClientAuth())
            socket.setWantClientAuth(getWantClientAuth());
        if (getNeedClientAuth())
            socket.setNeedClientAuth(getNeedClientAuth());

        socket.setEnabledCipherSuites(selectCipherSuites(
                                            socket.getEnabledCipherSuites(),
                                            socket.getSupportedCipherSuites()));
        socket.setEnabledProtocols(selectProtocols(socket.getEnabledProtocols(),socket.getSupportedProtocols()));
        return socket;