Java Security：Java加密框架(JCA)简要说明

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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：

/**
 * @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());
    }
}

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：

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：

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：

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。

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。

 

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。

 

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());
 }

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：

 

到此，JCA部分的engine class已经大体上有个了解了。接下来就是要学习如何应用它们了。

作者: 房继诺
出处：http://www.cnblogs.com/f1194361820
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