有關(guān)SSL的原理和介紹在網(wǎng)上已經(jīng)有不少，對(duì)于Java下使用keytool生成證書(shū)，配置SSL通信的教程也非常多。但如果我們不能夠親自動(dòng)手做一個(gè)SSL Sever和SSL Client，可能就永遠(yuǎn)也不能深入地理解Java環(huán)境下，SSL的通信是如何實(shí)現(xiàn)的。對(duì)SSL中的各種概念的認(rèn)識(shí)也可能會(huì)僅限于可以使用的程度。本文通過(guò)構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單的SSL Server和SSL Client來(lái)講解Java環(huán)境下SSL的通信原理。

首先我們先回顧一下常規(guī)的Java Socket編程。在Java下寫(xiě)一個(gè)Socket服務(wù)器和客戶(hù)端的例子還是比較簡(jiǎn)單的。

服務(wù)端很簡(jiǎn)單：偵聽(tīng)8080端口，并把客戶(hù)端發(fā)來(lái)的字符串返回去。以下是服務(wù)端的代碼：?

package org.bluedash.tryssl;import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; public class Server extends Thread {private Socket socket;public Server(Socket socket) {this.socket = socket;}public void run() {try {BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream());String data = reader.readLine();writer.println(data);writer.close();socket.close();} catch (IOException e) {}}public static void main(String[] args) throws Exception {while (true) {new Server((new ServerSocket(8080)).accept()).start();}} }

客戶(hù)端也非常簡(jiǎn)單：向服務(wù)端發(fā)起請(qǐng)求，發(fā)送一個(gè)"hello"字串，然后獲得服務(wù)端的返回。下面是客戶(hù)端的代碼：

package org.bluedash.tryssl;import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket; public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {Socket s = new Socket("localhost", 8080);PrintWriter writer = new PrintWriter(s.getOutputStream());BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));writer.println("hello");writer.flush();System.out.println(reader.readLine());s.close();} }

把服務(wù)端運(yùn)行起來(lái)后，執(zhí)行客戶(hù)端，我們將得到"hello"的返回。
就是這樣一套簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)通信的代碼，我們來(lái)把它改造成使用SSL通信。在SSL通信協(xié)議中，我們都知道首先服務(wù)端必須有一個(gè)數(shù)字證書(shū)，當(dāng)客戶(hù)端連接到服務(wù)端時(shí)，會(huì)得到這個(gè)證書(shū)，然后客戶(hù)端會(huì)判斷這個(gè)證書(shū)是否是可信的，如果是，則交換信道加密密鑰，進(jìn)行通信。如果不信任這個(gè)證書(shū)，則連接失敗。
因此，我們首先要為服務(wù)端生成一個(gè)數(shù)字證書(shū)。Java環(huán)境下，數(shù)字證書(shū)是用keytool生成的，這些證書(shū)被存儲(chǔ)在store的概念中，就是證書(shū)倉(cāng)庫(kù)。我們來(lái)調(diào)用keytool命令為服務(wù)端生成數(shù)字證書(shū)和保存它使用的證書(shū)倉(cāng)庫(kù)：?

keytool -genkey -v -alias bluedash-ssl-demo-server -keyalg RSA -keystore ./server_ks -dname "CN=localhost,OU=cn,O=cn,L=cn,ST=cn,C=cn" -storepass server -keypass 123123

這樣，我們就將服務(wù)端證書(shū)bluedash-ssl-demo-server保存在了server_ksy這個(gè)store文件當(dāng)中。有關(guān)keytool的用法在本文中就不再多贅述。執(zhí)行上面的命令得到如下結(jié)果：?

Generating 1,024 bit RSA key pair and self-signed certificate (SHA1withRSA) with a validity of 90 daysfor: CN=localhost, OU=cn, O=cn, L=cn, ST=cn, C=cn [Storing ./server_ks]

然后，改造我們的服務(wù)端代碼，讓服務(wù)端使用這個(gè)證書(shū)，并提供SSL通信：?

package org.bluedash.tryssl;import java.io.BufferedReader; import java.io.FileInputStream; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.security.KeyStore;import javax.net.ServerSocketFactory; import javax.net.ssl.KeyManagerFactory; import javax.net.ssl.SSLContext; import javax.net.ssl.SSLServerSocket;public class SSLServer extends Thread {private Socket socket;public SSLServer(Socket socket) {this.socket = socket;}public void run() {try {BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream());String data = reader.readLine();writer.println(data);writer.close();socket.close();} catch (IOException e) {}}private static String SERVER_KEY_STORE = "/Users/liweinan/projs/ssl/src/main/resources/META-INF/server_ks";private static String SERVER_KEY_STORE_PASSWORD = "123123";public static void main(String[] args) throws Exception {System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore", SERVER_KEY_STORE);SSLContext context = SSLContext.getInstance("TLS");KeyStore ks = KeyStore.getInstance("jceks");ks.load(new FileInputStream(SERVER_KEY_STORE), null);KeyManagerFactory kf = KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");kf.init(ks, SERVER_KEY_STORE_PASSWORD.toCharArray());context.init(kf.getKeyManagers(), null, null);ServerSocketFactory factory = context.getServerSocketFactory();ServerSocket _socket = factory.createServerSocket(8443);((SSLServerSocket) _socket).setNeedClientAuth(false);while (true) {new SSLServer(_socket.accept()).start();}} }

可以看到，服務(wù)端的Socket準(zhǔn)備設(shè)置工作大大增加了，增加的代碼的作用主要是將證書(shū)導(dǎo)入并進(jìn)行使用。此外，所使用的Socket變成了SSLServerSocket，另外端口改到了8443（這個(gè)不是強(qiáng)制的，僅僅是為了遵守習(xí)慣）。另外，最重要的一點(diǎn)，服務(wù)端證書(shū)里面的CN一定和服務(wù)端的域名統(tǒng)一，我們的證書(shū)服務(wù)的域名是localhost，那么我們的客戶(hù)端在連接服務(wù)端時(shí)一定也要用localhost來(lái)連接，否則根據(jù)SSL協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，域名與證書(shū)的CN不匹配，說(shuō)明這個(gè)證書(shū)是不安全的，通信將無(wú)法正常運(yùn)行。

有了服務(wù)端，我們?cè)瓉?lái)的客戶(hù)端就不能使用了，必須要走SSL協(xié)議。由于服務(wù)端的證書(shū)是我們自己生成的，沒(méi)有任何受信任機(jī)構(gòu)的簽名，所以客戶(hù)端是無(wú)法驗(yàn)證服務(wù)端證書(shū)的有效性的，通信必然會(huì)失敗。所以我們需要為客戶(hù)端創(chuàng)建一個(gè)保存所有信任證書(shū)的倉(cāng)庫(kù)，然后把服務(wù)端證書(shū)導(dǎo)進(jìn)這個(gè)倉(cāng)庫(kù)。這樣，當(dāng)客戶(hù)端連接服務(wù)端時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)服務(wù)端的證書(shū)在自己的信任列表中，就可以正常通信了。

因此現(xiàn)在我們要做的是生成一個(gè)客戶(hù)端的證書(shū)倉(cāng)庫(kù)，因?yàn)閗eytool不能僅生成一個(gè)空白倉(cāng)庫(kù)，所以和服務(wù)端一樣，我們還是生成一個(gè)證書(shū)加一個(gè)倉(cāng)庫(kù)（客戶(hù)端證書(shū)加倉(cāng)庫(kù)）：?

keytool -genkey -v -alias bluedash-ssl-demo-client -keyalg RSA -keystore ./client_ks -dname "CN=localhost,OU=cn,O=cn,L=cn,ST=cn,C=cn" -storepass client -keypass 456456

結(jié)果如下：

Generating 1,024 bit RSA key pair and self-signed certificate (SHA1withRSA) with a validity of 90 daysfor: CN=localhost, OU=cn, O=cn, L=cn, ST=cn, C=cn [Storing ./client_ks]

接下來(lái)，我們要把服務(wù)端的證書(shū)導(dǎo)出來(lái)，并導(dǎo)入到客戶(hù)端的倉(cāng)庫(kù)。第一步是導(dǎo)出服務(wù)端的證書(shū)：?

keytool -export -alias bluedash-ssl-demo-server -keystore ./server_ks -file server_key.cer

執(zhí)行結(jié)果如下：?

Enter keystore password: server Certificate stored in file <server_key.cer>

然后是把導(dǎo)出的證書(shū)導(dǎo)入到客戶(hù)端證書(shū)倉(cāng)庫(kù)：?

keytool -import -trustcacerts -alias bluedash-ssl-demo-server -file ./server_key.cer -keystore ./client_ks

結(jié)果如下：?

Enter keystore password: client Owner: CN=localhost, OU=cn, O=cn, L=cn, ST=cn, C=cn Issuer: CN=localhost, OU=cn, O=cn, L=cn, ST=cn, C=cn Serial number: 4c57c7de Valid from: Tue Aug 03 15:40:14 CST 2010 until: Mon Nov 01 15:40:14 CST 2010 Certificate fingerprints:MD5: FC:D4:8B:36:3F:1B:30:EA:6D:63:55:4F:C7:68:3B:0CSHA1: E1:54:2F:7C:1A:50:F5:74:AA:63:1E:F9:CC:B1:1C:73:AA:34:8A:C4Signature algorithm name: SHA1withRSAVersion: 3 Trust this certificate? [no]: yes Certificate was added to keystore

好，準(zhǔn)備工作做完了，我們來(lái)撰寫(xiě)客戶(hù)端的代碼：?

package org.bluedash.tryssl;import java.io.BufferedReader; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket;import javax.net.SocketFactory; import javax.net.ssl.SSLSocketFactory;public class SSLClient {private static String CLIENT_KEY_STORE = "/Users/liweinan/projs/ssl/src/main/resources/META-INF/client_ks";public static void main(String[] args) throws Exception {// Set the key store to use for validating the server cert.System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore", CLIENT_KEY_STORE);System.setProperty("javax.net.debug", "ssl,handshake");SSLClient client = new SSLClient();Socket s = client.clientWithoutCert();PrintWriter writer = new PrintWriter(s.getOutputStream());BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));writer.println("hello");writer.flush();System.out.println(reader.readLine());s.close();}private Socket clientWithoutCert() throws Exception {SocketFactory sf = SSLSocketFactory.getDefault();Socket s = sf.createSocket("localhost", 8443);return s;} }

可以看到，除了把一些類(lèi)變成SSL通信類(lèi)以外，客戶(hù)端也多出了使用信任證書(shū)倉(cāng)庫(kù)的代碼。以上，我們便完成了SSL單向握手通信。即：客戶(hù)端驗(yàn)證服務(wù)端的證書(shū)，服務(wù)端不認(rèn)證客戶(hù)端的證書(shū)。
以上便是Java環(huán)境下SSL單向握手的全過(guò)程。因?yàn)槲覀冊(cè)诳蛻?hù)端設(shè)置了日志輸出級(jí)別為DEBUG：?

System.setProperty("javax.net.debug", "ssl,handshake");

因此我們可以看到SSL通信的全過(guò)程，這些日志可以幫助我們更具體地了解通過(guò)SSL協(xié)議建立網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)的全過(guò)程。
結(jié)合日志，我們來(lái)看一下SSL雙向認(rèn)證的全過(guò)程：

第一步: 客戶(hù)端發(fā)送ClientHello消息，發(fā)起SSL連接請(qǐng)求，告訴服務(wù)器自己支持的SSL選項(xiàng)（加密方式等）。?

*** ClientHello, TLSv1

第二步: 服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求，回復(fù)ServerHello消息，和客戶(hù)端確認(rèn)SSL加密方式：?

*** ServerHello, TLSv1

第三步: 服務(wù)端向客戶(hù)端發(fā)布自己的公鑰。

第四步: 客戶(hù)端與服務(wù)端的協(xié)通溝通完畢，服務(wù)端發(fā)送ServerHelloDone消息：?

*** ServerHelloDone

第五步: 客戶(hù)端使用服務(wù)端給予的公鑰，創(chuàng)建會(huì)話用密鑰（SSL證書(shū)認(rèn)證完成后，為了提高性能，所有的信息交互就可能會(huì)使用對(duì)稱(chēng)加密算法），并通過(guò)ClientKeyExchange消息發(fā)給服務(wù)器：

*** ClientKeyExchange, RSA PreMasterSecret, TLSv1

第六步： 客戶(hù)端通知服務(wù)器改變加密算法，通過(guò)ChangeCipherSpec消息發(fā)給服務(wù)端：

main, WRITE: TLSv1 Change Cipher Spec, length = 1

第七步： 客戶(hù)端發(fā)送Finished消息，告知服務(wù)器請(qǐng)檢查加密算法的變更請(qǐng)求：

*** Finished

第八步：服務(wù)端確認(rèn)算法變更，返回ChangeCipherSpec消息

main, READ: TLSv1 Change Cipher Spec, length = 1

第九步：服務(wù)端發(fā)送Finished消息，加密算法生效：

*** Finished

那么如何讓服務(wù)端也認(rèn)證客戶(hù)端的身份，即雙向握手呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單，在服務(wù)端代碼中，把這一行：

((SSLServerSocket) _socket).setNeedClientAuth(false);

改成：

((SSLServerSocket) _socket).setNeedClientAuth(true);

就可以了。但是，同樣的道理，現(xiàn)在服務(wù)端并沒(méi)有信任客戶(hù)端的證書(shū)，因?yàn)榭蛻?hù)端的證書(shū)也是自己生成的。所以，對(duì)于服務(wù)端，需要做同樣的工作：把客戶(hù)端的證書(shū)導(dǎo)出來(lái)，并導(dǎo)入到服務(wù)端的證書(shū)倉(cāng)庫(kù)：

keytool -export -alias bluedash-ssl-demo-client -keystore ./client_ks -file client_key.cer Enter keystore password: client Certificate stored in file <client_key.cer>keytool -import -trustcacerts -alias bluedash-ssl-demo-client -file ./client_key.cer -keystore ./server_ks Enter keystore password: server Owner: CN=localhost, OU=cn, O=cn, L=cn, ST=cn, C=cn Issuer: CN=localhost, OU=cn, O=cn, L=cn, ST=cn, C=cn Serial number: 4c57c80b Valid from: Tue Aug 03 15:40:59 CST 2010 until: Mon Nov 01 15:40:59 CST 2010 Certificate fingerprints:MD5: DB:91:F4:1E:65:D1:81:F2:1E:A6:A3:55:3F:E8:12:79SHA1: BF:77:56:61:04:DD:95:FC:E5:84:48:5C:BE:60:AF:02:96:A2:E1:E2Signature algorithm name: SHA1withRSAVersion: 3 Trust this certificate? [no]: yes Certificate was added to keystore

完成了證書(shū)的導(dǎo)入，還要在客戶(hù)端需要加入一段代碼，用于在連接時(shí)，客戶(hù)端向服務(wù)端出示自己的證書(shū)：

package org.bluedash.tryssl;import java.io.BufferedReader; import java.io.FileInputStream; import java.io.InputStreamReader; import java.io.PrintWriter; import java.net.Socket; import java.security.KeyStore; import javax.net.SocketFactory; import javax.net.ssl.KeyManagerFactory; import javax.net.ssl.SSLContext; import javax.net.ssl.SSLSocketFactory;public class SSLClient {private static String CLIENT_KEY_STORE = "/Users/liweinan/projs/ssl/src/main/resources/META-INF/client_ks";private static String CLIENT_KEY_STORE_PASSWORD = "456456";public static void main(String[] args) throws Exception {// Set the key store to use for validating the server cert.System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore", CLIENT_KEY_STORE);System.setProperty("javax.net.debug", "ssl,handshake");SSLClient client = new SSLClient();Socket s = client.clientWithCert();PrintWriter writer = new PrintWriter(s.getOutputStream());BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));writer.println("hello");writer.flush();System.out.println(reader.readLine());s.close();}private Socket clientWithoutCert() throws Exception {SocketFactory sf = SSLSocketFactory.getDefault();Socket s = sf.createSocket("localhost", 8443);return s;}private Socket clientWithCert() throws Exception {SSLContext context = SSLContext.getInstance("TLS");KeyStore ks = KeyStore.getInstance("jceks");ks.load(new FileInputStream(CLIENT_KEY_STORE), null);KeyManagerFactory kf = KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");kf.init(ks, CLIENT_KEY_STORE_PASSWORD.toCharArray());context.init(kf.getKeyManagers(), null, null);SocketFactory factory = context.getSocketFactory();Socket s = factory.createSocket("localhost", 8443);return s;} }

通過(guò)比對(duì)單向認(rèn)證的日志輸出，我們可以發(fā)現(xiàn)雙向認(rèn)證時(shí)，多出了服務(wù)端認(rèn)證客戶(hù)端證書(shū)的步驟：

*** CertificateRequest Cert Types: RSA, DSS Cert Authorities: <CN=localhost, OU=cn, O=cn, L=cn, ST=cn, C=cn> <CN=localhost, OU=cn, O=cn, L=cn, ST=cn, C=cn> *** ServerHelloDone*** CertificateVerify main, WRITE: TLSv1 Handshake, length = 134 main, WRITE: TLSv1 Change Cipher Spec, length = 1

在 @*** ServerHelloDone@ 之前，服務(wù)端向客戶(hù)端發(fā)起了需要證書(shū)的請(qǐng)求 @*** CertificateRequest@ 。
在客戶(hù)端向服務(wù)端發(fā)出 @Change Cipher Spec@ 請(qǐng)求之前，多了一步客戶(hù)端證書(shū)認(rèn)證的過(guò)程 @*** CertificateVerify@ 。
客戶(hù)端與服務(wù)端互相認(rèn)證證書(shū)的情景，可參考下圖：

?

參考資料
1. Change Cipher Spec Protocol?
2. SSL & TLS Essentials: Securing the Web

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/crazyacking/p/5648520.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的SSL介绍与Java实例的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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