java-信息安全（十七）-*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件
一、PKCS的简单介绍
PKCS：The Public-Key Cryptography Standards (简称PKCS)是由美国RSA数据安全公司及其合作伙伴制定的一组公钥密码学标准，其中包括证书申请、证书更新、证书作废表发布、扩展证书内容以及数字签名、数字信封的格式等方面的一系列相关协议。
到1999年底，PKCS已经公布了以下标准：
- PKCS#1：定义RSA公开密钥算法加密和签名机制，主要用于组织PKCS#7中所描述的数字签名和数字信封[22]。
- PKCS#3：定义Diffie-Hellman密钥交换协议[23]。
- PKCS#5：描述一种利用从口令派生出来的安全密钥加密字符串的方法。使用MD2或MD5 从口令中派生密钥，并采用DES-CBC模式加密。主要用于加密从一个计算机传送到另一个计算机的私人密钥，不能用于加密消息[24]。
- PKCS#6：描述了公钥证书的标准语法，主要描述X.509证书的扩展格式[25]。
- PKCS#7：定义一种通用的消息语法，包括数字签名和加密等用于增强的加密机制，PKCS#7与PEM兼容，所以不需其他密码操作，就可以将加密的消息转换成PEM消息[26]。
- PKCS#8：描述私有密钥信息格式，该信息包括公开密钥算法的私有密钥以及可选的属性集等[27]。
- PKCS#9：定义一些用于PKCS#6证书扩展、PKCS#7数字签名和PKCS#8私钥加密信息的属性类型[28]。
- PKCS#10：描述证书请求语法[29]。
- PKCS#11：称为Cyptoki，定义了一套独立于技术的程序设计接口，用于智能卡和PCMCIA卡之类的加密设备[30]。
- PKCS#12：描述个人信息交换语法标准。描述了将用户公钥、私钥、证书和其他相关信息打包的语法[31]。
- PKCS#13：椭圆曲线密码体制标准[32]。
- PKCS#14：伪随机数生成标准。
- PKCS#15：密码令牌信息格式标准[33]。
二、
与计费系统打交道，少不了用到加密/解密实现。为了安全起见，通过非对称加密交换对称加密密钥更是不可或缺。那么需要通过什么载体传递非对称算法公钥/私钥信息？数字证书是公钥的载体，而密钥库可以包含公钥、私钥信息。
JKS和PKCS#12都是比较常用的两种密钥库格式/标准。对于前者，搞Java开发，尤其是接触过HTTPS平台的朋友，并不陌生。JKS文件（通常为*.jks或*.keystore，扩展名无关）可以通过Java原生工具——KeyTool生成；而后者PKCS#12文件（通常为*.p12或*.pfx，意味个人信息交换文件），则是通过更为常用的OpenSSL工具产生。
当然，这两者之间是可以通过导入/导出的方式进行转换的！当然，这种转换需要通过KeyTool工具进行！
回归正题，计费同事遇到一个难题：合作方交给他们一个*.pfx文件，需要他们从中提取密钥，然后进行加密交互。其实，通过Java直接操作密钥库文件（或个人信息交换文件）对于一般Java开发人员来说，这都是个冷门。不接触数字安全，根本不知所云。况且，Java原生的密钥库文件格式为JKS，如何操作*.pfx文件？密钥库操作需要获知密钥库别名，*.pfx别名是什么？！接下来就解决这些问题！
方案：
- 通过keytool密钥库导入命令importkeystore，将密钥库格式由PKCS#12转换为JKS。
- 检索新生成的密钥库文件，提取别名信息。
- 由密钥库文件导出数字证书（这里将用到别名）。
- 通过代码提取公钥/私钥、签名算法等
先看格式转换：
cmd：
echo 格式转换
keytool -importkeystore -v -srckeystore zlex.pfx -srcstoretype pkcs12 -srcstorepass 123456 -destkeystore zlex.keystore -deststoretype jks -deststorepass 123456
-importkeystore导入密钥库，通过格式设定，我们可以将PKCS#12文件转换为JKS格式。
-v显示详情
-srckeystore源密钥库，这里是zlex.pfx
-srcstoretype源密钥库格式，这里为pkcs12
-srcstorepass源密钥库密码，这里为123456
-destkeystore目标密钥库，这里为zlex.keystore
-deststoretype目标密钥库格式，这里为jks，默认值也如此
-deststorepass目标密钥库密码，这里为123456
通过这个操作，我们能够获得所需的密钥库文件zlex.keystore。 
这时，我们已经获得了密钥库文件，只要确定对应的别名信息，就可以提取公钥/私钥，以及数字证书，进行加密交互了！
cmd:
echo 查看证书
keytool -list -keystore zlex.keystore -storepass 123456 -v
-list列举密钥库
-keystore密钥库，这里是zlex.keystore
-storepass密钥库密码，这里是123456
-v显示详情
这里需要细致观察一下别名信息！！！就是红框中的数字1！！！
现在，我们把证书导出！
echo 导出证书
keytool -exportcert -alias 1 -keystore zlex.keystore -file zlex.crt -storepass 123456
-exportcert导出证书
-alias别名，这里是1
-keystore密钥库，这里是zlex.keystore
-file证书文件，这里是zlex.crt
-storepass密钥库密码，这里是123456
现在证书也导出了，我们可以提取公钥/私钥，进行加密/解密，签名/验证操作了！当然，即便没有证书，我们也能够通过密钥库（JKS格式）文件获得证书，以及公钥/私钥、签名算法等。
补充代码， 其实就是对Java加密技术（八）的修改
/** * 2010-8-11 */ import java.io.FileInputStream; import java.security.KeyStore; import java.security.PrivateKey; import java.security.PublicKey; import java.security.Signature; import java.security.cert.Certificate; import java.security.cert.CertificateFactory; import java.security.cert.X509Certificate; import java.util.Date; import javax.crypto.Cipher; /** * 证书操作类 * * @author <a href="mailto:zlex.dongliang@gmail.com">梁栋</a> * @since 1.0 */ public class CertificateCoder { /** * Java密钥库(Java Key Store，JKS)KEY_STORE */ public static final String KEY_STORE = "JKS"; public static final String X509 = "X.509"; /** * 由 KeyStore获得私钥 * * @param keyStorePath * @param keyStorePassword * @param alias * @param aliasPassword * @return * @throws Exception */ private static PrivateKey getPrivateKey(String keyStorePath, String keyStorePassword, String alias, String aliasPassword) throws Exception { KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, keyStorePassword); PrivateKey key = (PrivateKey) ks.getKey(alias, aliasPassword.toCharArray()); return key; } /** * 由 Certificate获得公钥 * * @param certificatePath * @return * @throws Exception */ private static PublicKey getPublicKey(String certificatePath) throws Exception { Certificate certificate = getCertificate(certificatePath); PublicKey key = certificate.getPublicKey(); return key; } /** * 获得Certificate * * @param certificatePath * @return * @throws Exception */ private static Certificate getCertificate(String certificatePath) throws Exception { CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory .getInstance(X509); FileInputStream in = new FileInputStream(certificatePath); Certificate certificate = certificateFactory.generateCertificate(in); in.close(); return certificate; } /** * 获得Certificate * * @param keyStorePath * @param keyStorePassword * @param alias * @return * @throws Exception */ private static Certificate getCertificate(String keyStorePath, String keyStorePassword, String alias) throws Exception { KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, keyStorePassword); Certificate certificate = ks.getCertificate(alias); return certificate; } /** * 获得KeyStore * * @param keyStorePath * @param password * @return * @throws Exception */ private static KeyStore getKeyStore(String keyStorePath, String password) throws Exception { FileInputStream is = new FileInputStream(keyStorePath); KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KEY_STORE); ks.load(is, password.toCharArray()); is.close(); return ks; } /** * 私钥加密 * * @param data * @param keyStorePath * @param keyStorePassword * @param alias * @param aliasPassword * @return * @throws Exception */ public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath, String keyStorePassword, String alias, String aliasPassword) throws Exception { // 取得私钥 PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword, alias, aliasPassword); // 对数据加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey); return cipher.doFinal(data); } /** * 私钥解密 * * @param data * @param keyStorePath * @param alias * @param keyStorePassword * @param aliasPassword * @return * @throws Exception */ public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath, String alias, String keyStorePassword, String aliasPassword) throws Exception { // 取得私钥 PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword, alias, aliasPassword); // 对数据加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey); return cipher.doFinal(data); } /** * 公钥加密 * * @param data * @param certificatePath * @return * @throws Exception */ public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath) throws Exception { // 取得公钥 PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath); // 对数据加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey); return cipher.doFinal(data); } /** * 公钥解密 * * @param data * @param certificatePath * @return * @throws Exception */ public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath) throws Exception { // 取得公钥 PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath); // 对数据加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey); return cipher.doFinal(data); } /** * 验证Certificate * * @param certificatePath * @return */ public static boolean verifyCertificate(String certificatePath) { return verifyCertificate(new Date(), certificatePath); } /** * 验证Certificate是否过期或无效 * * @param date * @param certificatePath * @return */ public static boolean verifyCertificate(Date date, String certificatePath) { boolean status = true; try { // 取得证书 Certificate certificate = getCertificate(certificatePath); // 验证证书是否过期或无效 status = verifyCertificate(date, certificate); } catch (Exception e) { status = false; } return status; } /** * 验证证书是否过期或无效 * * @param date * @param certificate * @return */ private static boolean verifyCertificate(Date date, Certificate certificate) { boolean status = true; try { X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) certificate; x509Certificate.checkValidity(date); } catch (Exception e) { status = false; } return status; } /** * 签名 * * @param keyStorePath * @param alias * @param keyStorePassword * @param aliasPassword * @return * @throws Exception */ public static byte[] sign(byte[] sign, String keyStorePath, String alias, String keyStorePassword, String aliasPassword) throws Exception { // 获得证书 X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate( keyStorePath, keyStorePassword, alias); // 取得私钥 PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword, alias, aliasPassword); // 构建签名 Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate .getSigAlgName()); signature.initSign(privateKey); signature.update(sign); return signature.sign(); } /** * 验证签名 * * @param data * @param sign * @param certificatePath * @return * @throws Exception */ public static boolean verify(byte[] data, byte[] sign, String certificatePath) throws Exception { // 获得证书 X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(certificatePath); // 获得公钥 PublicKey publicKey = x509Certificate.getPublicKey(); // 构建签名 Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate .getSigAlgName()); signature.initVerify(publicKey); signature.update(data); return signature.verify(sign); } /** * 验证Certificate * * @param keyStorePath * @param keyStorePassword * @param alias * @return */ public static boolean verifyCertificate(Date date, String keyStorePath, String keyStorePassword, String alias) { boolean status = true; try { Certificate certificate = getCertificate(keyStorePath, keyStorePassword, alias); status = verifyCertificate(date, certificate); } catch (Exception e) { status = false; } return status; } /** * 验证Certificate * * @param keyStorePath * @param keyStorePassword * @param alias * @return */ public static boolean verifyCertificate(String keyStorePath, String keyStorePassword, String alias) { return verifyCertificate(new Date(), keyStorePath, keyStorePassword, alias); } }
相信上述代码已经帮朋友们解决了相当多的问题！
给出测试类：
import static org.junit.Assert.*; import java.util.Date; import org.apache.commons.codec.binary.Hex; import org.junit.Test; /** * 证书操作验证类 * * @author <a href="mailto:zlex.dongliang@gmail.com">梁栋</a> * @version 1.0 * @since 1.0 */ public class CertificateCoderTest { private String certificatePath = "zlex.crt"; private String keyStorePath = "zlex.keystore"; private String keyStorePassword = "123456"; private String aliasPassword = "123456"; private String alias = "1"; @Test public void test() throws Exception { System.err.println("公钥加密——私钥解密"); String inputStr = "Ceritifcate"; byte[] data = inputStr.getBytes(); byte[] encrypt = CertificateCoder.encryptByPublicKey(data, certificatePath); byte[] decrypt = CertificateCoder.decryptByPrivateKey(encrypt, keyStorePath, alias, keyStorePassword, aliasPassword); String outputStr = new String(decrypt); System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr); // 验证数据一致 assertArrayEquals(data, decrypt); // 验证证书有效 assertTrue(CertificateCoder.verifyCertificate(certificatePath)); } @Test public void testSign() throws Exception { System.err.println("私钥加密——公钥解密"); String inputStr = "sign"; byte[] data = inputStr.getBytes(); byte[] encodedData = CertificateCoder.encryptByPrivateKey(data, keyStorePath, keyStorePassword, alias, aliasPassword); byte[] decodedData = CertificateCoder.decryptByPublicKey(encodedData, certificatePath); String outputStr = new String(decodedData); System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr); assertEquals(inputStr, outputStr); System.err.println("私钥签名——公钥验证签名"); // 产生签名 byte[] sign = CertificateCoder.sign(encodedData, keyStorePath, alias, keyStorePassword, aliasPassword); System.err.println("签名:\r" + Hex.encodeHexString(sign)); // 验证签名 boolean status = CertificateCoder.verify(encodedData, sign, certificatePath); System.err.println("状态:\r" + status); assertTrue(status); } @Test public void testVerify() throws Exception { System.err.println("密钥库证书有效期验证"); boolean status = CertificateCoder.verifyCertificate(new Date(), keyStorePath, keyStorePassword, alias); System.err.println("证书状态:\r" + status); assertTrue(status); } }
第一个测试方法，用于提取公钥/私钥进行加密/解密操作。
第二个测试方法，用于提取签名算法进行签名/验证操作。
第三个测试方法，用于测试密钥库该别名对应的证书，当前日期下，是否有效。
OK，任务完成，密钥成功提取，剩下的都是代码基本功了！
参看地址：
http://snowolf.iteye.com/blog/735294
