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java结合keytool实现非对称签名和验证的方法

这篇文章主要介绍java结合keytool实现非对称签名和验证的方法，文中介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们一定要看完！

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keytool的使用

keytool是JDK自带的一个密钥库管理工具。这里只用到了keytool的部分功能，包括生成密钥对，导出公钥等。keytool生成的公钥/私钥对存放到一个到了一个文件中，这个文件有密码保护，通称为keystore。

生成密钥对

$ keytool -genkey -alias signLegal -keystore examplestanstore -validity 1800

生成别名为signLegal的密钥对，存放在密钥库examplestanstore中，证书的有效期是1800天(默认是90天)。

输入一系列的参数。输入的参数遵循了LDAP的风格和标准。可以想象，生成的密钥对可以看成LDAP的一个条目。

命令执行成功后会在当前目录下创建一个叫examplestanstore的文件。

查看密钥对

$ keytool -list -keystore examplestanstore -v

列出了examplestanstore密钥库的中所有密钥对。-v参数表示详细信息，详细信息中有证书的失效时间。

导出公钥证书

$ keytool -export -keystore examplestanstore -alias signLegal -file StanSmith.cer

导出的公钥存放在当前目录的StanSmith.cer文件中，是个二进制文件。

java签名和验证

参考了java安全官方教程。

在该官方教程中，GenSig.java类生成密钥对，对输入的文件进行签名，输出了一个签名结果文件sig和公钥suepk。

VerSig.java类接受三个参数：公钥文件名(suepk)、签名文件(sig)、被签名的源文件名(hello.txt)。

该教程解释了两个类的原理，并附加有源码。将源码下载并编译。创建一个hello.txt的文件作为被签名的目标文件，里面随便放点字符串。然后执行：

$ java GenSig hello.txt   (生成文件sig和suepk)
$ java VerSig suepk sig hello.txt
signature verifies: true

在实际使用时，密钥对不可能每次在程序中重新生成。而keytool恰好可以生成并相对安全保存密钥对。所以下面结合了keytool和java实现的功能。

结合keytool与java签名/验证

参考

密钥对由keytool生成并保存到keystore中保护起来(keystore有密码)。公钥也从keystore中导出。GenSig.java类只需要从keystore中取得私钥进行签名即可。

VerSig.java也要做适当的修改。貌似因为从keystore中导出的是证书而不是公钥，两者的封装格式估计有差异。

具体步骤

  • 利用keytool -genkey生成密钥对保存在keystore中(库文件是examplestanstore)

  • 利用`keytool -export'从keystore中导出公钥证书(StanSmith.cer)

  • 利用新类GenSig2.java生成签名(文件名是sig)，GenSig2.java会从keystore中取私钥

  • 将公钥(StanSmith.cer)、签名(sig)、被签名文件(hello.txt)发给验证方

  • 验证方利用VerSig2.java进行验证

下面是GenSig2.java和VerSig2.java的源码和执行方式。

GenSig2.java

import java.io.*;
import java.security.*;

class GenSig2 {

 public static void main(String[] args) {

 if (args.length != 1) {
  System.out.println("Usage: java GenSig2 ");
  }
 else try{

  /*create key paire use keytool:
  $ keytool -genkey -alias signLegal -keystore examplestanstore -validity 1800*/
  // read keystore file
  KeyStore ks = KeyStore.getInstance("JKS");
  FileInputStream ksfis = new FileInputStream("examplestanstore");
  BufferedInputStream ksbufin = new BufferedInputStream(ksfis);

  // open keystore and get private key
  // alias is 'signLeal', kpasswd/spasswd is 'vagrant'
  ks.load(ksbufin, "vagrant".toCharArray());
  PrivateKey priv = (PrivateKey) ks.getKey("signLegal", "vagrant".toCharArray());

  /* Create a Signature object and initialize it with the private key */

  Signature dsa = Signature.getInstance("SHA1withDSA", "SUN");

  dsa.initSign(priv);
  /* Update and sign the data */

  FileInputStream fis = new FileInputStream(args[0]);
  BufferedInputStream bufin = new BufferedInputStream(fis);
  byte[] buffer = new byte[1024];
  int len;
  while (bufin.available() != 0) {
  len = bufin.read(buffer);
  dsa.update(buffer, 0, len);
  };

  bufin.close();

  /* Now that all the data to be signed has been read in,
   generate a signature for it */
  byte[] realSig = dsa.sign();

  /* Save the signature in a file */
  FileOutputStream sigfos = new FileOutputStream("sig");
  sigfos.write(realSig);

  sigfos.close();

  /* public key file can export from keystore use keytool:
  $ keytool -export -keystore examplestanstore -alias signLegal -file StanSmith.cer */

 } catch (Exception e) {
  System.err.println("Caught exception " + e.toString());
 }
 };

编译后，这样运行：

$ java GenSig2 hello.txt

会生成签名文件sig。

VerSig2.java

import java.io.*;
import java.security.*;
import java.security.spec.*;

class VerSig2 {

 public static void main(String[] args) {

 /* Verify a DSA signature */

 if (args.length != 3) {
  System.out.println("Usage: VerSig publickeyfile signaturefile datafile");
  }
 else try{

  /* import encoded public cert */
  FileInputStream certfis = new FileInputStream(args[0]);
  java.security.cert.CertificateFactory cf =
  java.security.cert.CertificateFactory.getInstance("X.509");
  java.security.cert.Certificate cert = cf.generateCertificate(certfis);
  PublicKey pubKey = cert.getPublicKey();

  /* input the signature bytes */
  FileInputStream sigfis = new FileInputStream(args[1]);
  byte[] sigToVerify = new byte[sigfis.available()];
  sigfis.read(sigToVerify );

  sigfis.close();

  /* create a Signature object and initialize it with the public key */
  Signature sig = Signature.getInstance("SHA1withDSA", "SUN");
  sig.initVerify(pubKey);

  /* Update and verify the data */

  FileInputStream datafis = new FileInputStream(args[2]);
  BufferedInputStream bufin = new BufferedInputStream(datafis);
  byte[] buffer = new byte[1024];
  int len;
  while (bufin.available() != 0) {
  len = bufin.read(buffer);
  sig.update(buffer, 0, len);
  };

  bufin.close();

  boolean verifies = sig.verify(sigToVerify);

  System.out.println("signature verifies: " + verifies);

 } catch (Exception e) {
  System.err.println("Caught exception " + e.toString());
 };
 }
}

编译后，这样运行(StanSmith.cer是利用keytool导出的公钥证书，见前文)：

$ java VerSig2 StanSmith.cer sig hello.txt
signature verifies: true

openssl

虽然也研究了一下openssl，但发现与java难以结合，难度也很大。例如它的教程中采用的是RSA，而上面的java使用的是DSA。所以只是贴在这里备忘，可以忽略。

参考

生成私钥

$ openssl genrsa -out key.pem 1024
$ cat key.pem
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----

导出公钥

$ openssl rsa -in key.pem -pubout -out pub-key.pem
$ cat pub-key.pem
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCzVDmu6Cf2QF7cERCGYU3B8Epm
6pkkpMZFgotphXMgAmBBNJbhSi7qPH4R5JlEm1ZXPr5DZH/pyJBWQhiiHGeUAOve
+GOgvt9Rk25r7OEWYvn/GCr/JBfLBGqwtlzn/t2s2x04IooshsGkOd6YpZoztkED
tu2gKHedFczF607IvwIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----

摘要计算

创建一个内容是1234的文本文件hello.txt。用openssl计算它的SHA256摘要（SHA256是jarsigner的默认摘要算法）：

$ cat hello.txt
1234
$ openssl dgst -SHA256 -out hello.sha256 hello.txt
$ cat hello.sha256
SHA256(hello.txt)= a883dafc480d466ee04e0d6da986bd78eb1fdd2178d04693723da3a8f95d42f4

签名和验证

对摘要文件hello.sha256进行签名：

$ openssl rsautl -sign -in hello.sha256 -out hello.sign -inkey key.pem

用公钥对签名进行验证：

$ openssl rsautl -verify -in hello.sign -inkey pub-key.pem -pubin
SHA256(hello.txt)= a883dafc480d466ee04e0d6da986bd78eb1fdd2178d04693723da3a8f95d42f4

用公钥验证必须加上-pubin参数。 用私钥对签名进行验证：

$ openssl rsautl -verify -in hello.sign -inkey key.pem
SHA256(hello.txt)= a883dafc480d466ee04e0d6da986bd78eb1fdd2178d04693723da3a8f95d42f4

验证的STD输出与摘要文件hello.sha256的内容一样，说明验证可以通过。

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