SSL介绍与Java实例
有關SSL的原理和介紹在網(wǎng)上已經(jīng)有不少，對于Java下使用keytool生成證書，配置SSL通信的教程也非常多。但如果我們不能夠親自動手做一個SSL Sever和SSL Client，可能就永遠也不能深入地理解Java環(huán)境下，SSL的通信是如何實現(xiàn)的。對SSL中的各種概念的認識也可能會僅限于可以使用的程度。本文通過構造一個簡單的SSL Server和SSL Client來講解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下寫一個Socket服務器和客戶端的例子還是比較簡單的。
服務端很簡單：偵聽8080端口，并把客戶端發(fā)來的字符串返回去。以下是服務端的代碼：?
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();}} }客戶端也非常簡單：向服務端發(fā)起請求，發(fā)送一個"hello"字串，然后獲得服務端的返回。下面是客戶端的代碼：
把服務端運行起來后，執(zhí)行客戶端，我們將得到"hello"的返回。
就是這樣一套簡單的網(wǎng)絡通信的代碼，我們來把它改造成使用SSL通信。在SSL通信協(xié)議中，我們都知道首先服務端必須有一個數(shù)字證書，當客戶端連接到服務端時，會得到這個證書，然后客戶端會判斷這個證書是否是可信的，如果是，則交換信道加密密鑰，進行通信。如果不信任這個證書，則連接失敗。
因此，我們首先要為服務端生成一個數(shù)字證書。Java環(huán)境下，數(shù)字證書是用keytool生成的，這些證書被存儲在store的概念中，就是證書倉庫。我們來調(diào)用keytool命令為服務端生成數(shù)字證書和保存它使用的證書倉庫：?
這樣，我們就將服務端證書bluedash-ssl-demo-server保存在了server_ksy這個store文件當中。有關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，改造我們的服務端代碼，讓服務端使用這個證書，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，服務端的Socket準備設置工作大大增加了，增加的代碼的作用主要是將證書導入并進行使用。此外，所使用的Socket變成了SSLServerSocket，另外端口改到了8443（這個不是強制的，僅僅是為了遵守習慣）。另外，最重要的一點，服務端證書里面的CN一定和服務端的域名統(tǒng)一，我們的證書服務的域名是localhost，那么我們的客戶端在連接服務端時一定也要用localhost來連接，否則根據(jù)SSL協(xié)議標準，域名與證書的CN不匹配，說明這個證書是不安全的，通信將無法正常運行。
有了服務端，我們原來的客戶端就不能使用了，必須要走SSL協(xié)議。由于服務端的證書是我們自己生成的，沒有任何受信任機構的簽名，所以客戶端是無法驗證服務端證書的有效性的，通信必然會失敗。所以我們需要為客戶端創(chuàng)建一個保存所有信任證書的倉庫，然后把服務端證書導進這個倉庫。這樣，當客戶端連接服務端時，會發(fā)現(xiàn)服務端的證書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客戶端的證書倉庫，因為keytool不能僅生成一個空白倉庫，所以和服務端一樣，我們還是生成一個證書加一個倉庫（客戶端證書加倉庫）：?
結果如下：
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，我們要把服務端的證書導出來，并導入到客戶端的倉庫。第一步是導出服務端的證書：?
keytool -export -alias bluedash-ssl-demo-server -keystore ./server_ks -file server_key.cer執(zhí)行結果如下：?
Enter keystore password: server Certificate stored in file <server_key.cer>然后是把導出的證書導入到客戶端證書倉庫：?
keytool -import -trustcacerts -alias bluedash-ssl-demo-server -file ./server_key.cer -keystore ./client_ks結果如下：?
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，準備工作做完了，我們來撰寫客戶端的代碼：?
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，除了把一些類變成SSL通信類以外，客戶端也多出了使用信任證書倉庫的代碼。以上，我們便完成了SSL單向握手通信。即：客戶端驗證服務端的證書，服務端不認證客戶端的證書。
以上便是Java環(huán)境下SSL單向握手的全過程。因為我們在客戶端設置了日志輸出級別為DEBUG：?
因此我們可以看到SSL通信的全過程，這些日志可以幫助我們更具體地了解通過SSL協(xié)議建立網(wǎng)絡連接時的全過程。
結合日志，我們來看一下SSL雙向認證的全過程：
第一步: 客戶端發(fā)送ClientHello消息，發(fā)起SSL連接請求，告訴服務器自己支持的SSL選項（加密方式等）。?
第二步: 服務器響應請求，回復ServerHello消息，和客戶端確認SSL加密方式：?
*** ServerHello, TLSv1第三步: 服務端向客戶端發(fā)布自己的公鑰。
第四步: 客戶端與服務端的協(xié)通溝通完畢，服務端發(fā)送ServerHelloDone消息：?
第五步: 客戶端使用服務端給予的公鑰，創(chuàng)建會話用密鑰（SSL證書認證完成后，為了提高性能，所有的信息交互就可能會使用對稱加密算法），并通過ClientKeyExchange消息發(fā)給服務器：
第六步： 客戶端通知服務器改變加密算法，通過ChangeCipherSpec消息發(fā)給服務端：
第七步： 客戶端發(fā)送Finished消息，告知服務器請檢查加密算法的變更請求：
第八步：服務端確認算法變更，返回ChangeCipherSpec消息
第九步：服務端發(fā)送Finished消息，加密算法生效：
那么如何讓服務端也認證客戶端的身份，即雙向握手呢？其實很簡單，在服務端代碼中，把這一行：
改成：
就可以了。但是，同樣的道理，現(xiàn)在服務端并沒有信任客戶端的證書，因為客戶端的證書也是自己生成的。所以，對于服務端，需要做同樣的工作：把客戶端的證書導出來，并導入到服務端的證書倉庫：
完成了證書的導入，還要在客戶端需要加入一段代碼，用于在連接時，客戶端向服務端出示自己的證書：
通過比對單向認證的日志輸出，我們可以發(fā)現(xiàn)雙向認證時，多出了服務端認證客戶端證書的步驟：
在 @*** ServerHelloDone@ 之前，服務端向客戶端發(fā)起了需要證書的請求 @*** CertificateRequest@ 。
在客戶端向服務端發(fā)出 @Change Cipher Spec@ 請求之前，多了一步客戶端證書認證的過程 @*** CertificateVerify@ 。
客戶端與服務端互相認證證書的情景，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
以上是生活随笔為你收集整理的SSL介绍与Java实例的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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