JKS和PKCS#12

今天来点实际工作中的硬通货！
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：

1. 通过keytool密钥库导入命令importkeystore，将密钥库格式由PKCS#12转换为JKS。
2. 检索新生成的密钥库文件，提取别名信息。
3. 由密钥库文件导出数字证书（这里将用到别名）。
4. 通过代码提取公钥/私钥、签名算法等

先看格式转换：

Cmd代码  

1. echo 格式转换  
2. 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代码  

1. echo 查看证书  
2. 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！

Cmd代码  

1. echo 导出证书  
2. 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！

Java代码  

1. /** 
2.  * 2010-8-11 
3.  */  
4.   
5. import java.io.FileInputStream;  
6. import java.security.KeyStore;  
7. import java.security.PrivateKey;  
8. import java.security.PublicKey;  
9. import java.security.Signature;  
10. import java.security.cert.Certificate;  
11. import java.security.cert.CertificateFactory;  
12. import java.security.cert.X509Certificate;  
13. import java.util.Date;  
14.   
15. import javax.crypto.Cipher;  
16.   
17. /** 
18.  * 证书操作类 
19.  *  
20.  * @author <a href="mailto:zlex.dongliang@gmail.com">梁栋</a> 
21.  * @since 1.0 
22.  */  
23. public class CertificateCoder {  
24.     /** 
25.      * Java密钥库(Java Key Store，JKS)KEY_STORE 
26.      */  
27.     public static final String KEY_STORE = "JKS";  
28.   
29.     public static final String X509 = "X.509";  
30.   
31.     /** 
32.      * 由 KeyStore获得私钥 
33.      *  
34.      * @param keyStorePath 
35.      * @param keyStorePassword 
36.      * @param alias 
37.      * @param aliasPassword 
38.      * @return 
39.      * @throws Exception 
40.      */  
41.     private static PrivateKey getPrivateKey(String keyStorePath,  
42.             String keyStorePassword, String alias, String aliasPassword)  
43.             throws Exception {  
44.         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, keyStorePassword);  
45.         PrivateKey key = (PrivateKey) ks.getKey(alias,  
46.                 aliasPassword.toCharArray());  
47.         return key;  
48.     }  
49.   
50.     /** 
51.      * 由 Certificate获得公钥 
52.      *  
53.      * @param certificatePath 
54.      * @return 
55.      * @throws Exception 
56.      */  
57.     private static PublicKey getPublicKey(String certificatePath)  
58.             throws Exception {  
59.         Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);  
60.         PublicKey key = certificate.getPublicKey();  
61.         return key;  
62.     }  
63.   
64.     /** 
65.      * 获得Certificate 
66.      *  
67.      * @param certificatePath 
68.      * @return 
69.      * @throws Exception 
70.      */  
71.     private static Certificate getCertificate(String certificatePath)  
72.             throws Exception {  
73.         CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory  
74.                 .getInstance(X509);  
75.         FileInputStream in = new FileInputStream(certificatePath);  
76.   
77.         Certificate certificate = certificateFactory.generateCertificate(in);  
78.         in.close();  
79.   
80.         return certificate;  
81.     }  
82.   
83.     /** 
84.      * 获得Certificate 
85.      *  
86.      * @param keyStorePath 
87.      * @param keyStorePassword 
88.      * @param alias 
89.      * @return 
90.      * @throws Exception 
91.      */  
92.     private static Certificate getCertificate(String keyStorePath,  
93.             String keyStorePassword, String alias) throws Exception {  
94.         KeyStore ks = getKeyStore(keyStorePath, keyStorePassword);  
95.         Certificate certificate = ks.getCertificate(alias);  
96.   
97.         return certificate;  
98.     }  
99.   
100.     /** 
101.      * 获得KeyStore 
102.      *  
103.      * @param keyStorePath 
104.      * @param password 
105.      * @return 
106.      * @throws Exception 
107.      */  
108.     private static KeyStore getKeyStore(String keyStorePath, String password)  
109.             throws Exception {  
110.         FileInputStream is = new FileInputStream(keyStorePath);  
111.         KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KEY_STORE);  
112.         ks.load(is, password.toCharArray());  
113.         is.close();  
114.         return ks;  
115.     }  
116.   
117.     /** 
118.      * 私钥加密 
119.      *  
120.      * @param data 
121.      * @param keyStorePath 
122.      * @param keyStorePassword 
123.      * @param alias 
124.      * @param aliasPassword 
125.      * @return 
126.      * @throws Exception 
127.      */  
128.     public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,  
129.             String keyStorePassword, String alias, String aliasPassword)  
130.             throws Exception {  
131.         // 取得私钥  
132.         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword,  
133.                 alias, aliasPassword);  
134.   
135.         // 对数据加密  
136.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());  
137.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);  
138.   
139.         return cipher.doFinal(data);  
140.   
141.     }  
142.   
143.     /** 
144.      * 私钥解密 
145.      *  
146.      * @param data 
147.      * @param keyStorePath 
148.      * @param alias 
149.      * @param keyStorePassword 
150.      * @param aliasPassword 
151.      * @return 
152.      * @throws Exception 
153.      */  
154.     public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String keyStorePath,  
155.             String alias, String keyStorePassword, String aliasPassword)  
156.             throws Exception {  
157.         // 取得私钥  
158.         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword,  
159.                 alias, aliasPassword);  
160.   
161.         // 对数据加密  
162.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());  
163.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);  
164.   
165.         return cipher.doFinal(data);  
166.   
167.     }  
168.   
169.     /** 
170.      * 公钥加密 
171.      *  
172.      * @param data 
173.      * @param certificatePath 
174.      * @return 
175.      * @throws Exception 
176.      */  
177.     public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)  
178.             throws Exception {  
179.   
180.         // 取得公钥  
181.         PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);  
182.         // 对数据加密  
183.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());  
184.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);  
185.   
186.         return cipher.doFinal(data);  
187.   
188.     }  
189.   
190.     /** 
191.      * 公钥解密 
192.      *  
193.      * @param data 
194.      * @param certificatePath 
195.      * @return 
196.      * @throws Exception 
197.      */  
198.     public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String certificatePath)  
199.             throws Exception {  
200.         // 取得公钥  
201.         PublicKey publicKey = getPublicKey(certificatePath);  
202.   
203.         // 对数据加密  
204.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(publicKey.getAlgorithm());  
205.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);  
206.   
207.         return cipher.doFinal(data);  
208.   
209.     }  
210.   
211.     /** 
212.      * 验证Certificate 
213.      *  
214.      * @param certificatePath 
215.      * @return 
216.      */  
217.     public static boolean verifyCertificate(String certificatePath) {  
218.         return verifyCertificate(new Date(), certificatePath);  
219.     }  
220.   
221.     /** 
222.      * 验证Certificate是否过期或无效 
223.      *  
224.      * @param date 
225.      * @param certificatePath 
226.      * @return 
227.      */  
228.     public static boolean verifyCertificate(Date date, String certificatePath) {  
229.         boolean status = true;  
230.         try {  
231.             // 取得证书  
232.             Certificate certificate = getCertificate(certificatePath);  
233.             // 验证证书是否过期或无效  
234.             status = verifyCertificate(date, certificate);  
235.         } catch (Exception e) {  
236.             status = false;  
237.         }  
238.         return status;  
239.     }  
240.   
241.     /** 
242.      * 验证证书是否过期或无效 
243.      *  
244.      * @param date 
245.      * @param certificate 
246.      * @return 
247.      */  
248.     private static boolean verifyCertificate(Date date, Certificate certificate) {  
249.         boolean status = true;  
250.         try {  
251.             X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) certificate;  
252.             x509Certificate.checkValidity(date);  
253.         } catch (Exception e) {  
254.             status = false;  
255.         }  
256.         return status;  
257.     }  
258.   
259.     /** 
260.      * 签名 
261.      *  
262.      * @param keyStorePath 
263.      * @param alias 
264.      * @param keyStorePassword 
265.      * @param aliasPassword 
266.      * @return 
267.      * @throws Exception 
268.      */  
269.     public static byte[] sign(byte[] sign, String keyStorePath, String alias,  
270.             String keyStorePassword, String aliasPassword) throws Exception {  
271.         // 获得证书  
272.         X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(  
273.                 keyStorePath, keyStorePassword, alias);  
274.   
275.         // 取得私钥  
276.         PrivateKey privateKey = getPrivateKey(keyStorePath, keyStorePassword,  
277.                 alias, aliasPassword);  
278.   
279.         // 构建签名  
280.         Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate  
281.                 .getSigAlgName());  
282.         signature.initSign(privateKey);  
283.         signature.update(sign);  
284.         return signature.sign();  
285.     }  
286.   
287.     /** 
288.      * 验证签名 
289.      *  
290.      * @param data 
291.      * @param sign 
292.      * @param certificatePath 
293.      * @return 
294.      * @throws Exception 
295.      */  
296.     public static boolean verify(byte[] data, byte[] sign,  
297.             String certificatePath) throws Exception {  
298.         // 获得证书  
299.         X509Certificate x509Certificate = (X509Certificate) getCertificate(certificatePath);  
300.         // 获得公钥  
301.         PublicKey publicKey = x509Certificate.getPublicKey();  
302.         // 构建签名  
303.         Signature signature = Signature.getInstance(x509Certificate  
304.                 .getSigAlgName());  
305.         signature.initVerify(publicKey);  
306.         signature.update(data);  
307.   
308.         return signature.verify(sign);  
309.   
310.     }  
311.   
312.     /** 
313.      * 验证Certificate 
314.      *  
315.      * @param keyStorePath 
316.      * @param keyStorePassword 
317.      * @param alias 
318.      * @return 
319.      */  
320.     public static boolean verifyCertificate(Date date, String keyStorePath,  
321.             String keyStorePassword, String alias) {  
322.         boolean status = true;  
323.         try {  
324.             Certificate certificate = getCertificate(keyStorePath,  
325.                     keyStorePassword, alias);  
326.             status = verifyCertificate(date, certificate);  
327.         } catch (Exception e) {  
328.             status = false;  
329.         }  
330.         return status;  
331.     }  
332.   
333.     /** 
334.      * 验证Certificate 
335.      *  
336.      * @param keyStorePath 
337.      * @param keyStorePassword 
338.      * @param alias 
339.      * @return 
340.      */  
341.     public static boolean verifyCertificate(String keyStorePath,  
342.             String keyStorePassword, String alias) {  
343.         return verifyCertificate(new Date(), keyStorePath, keyStorePassword,  
344.                 alias);  
345.     }  
346. }  

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：

Java代码  

1. import static org.junit.Assert.*;  
2.   
3. import java.util.Date;  
4.   
5. import org.apache.commons.codec.binary.Hex;  
6. import org.junit.Test;  
7.   
8. /** 
9.  * 证书操作验证类 
10.  *  
11.  * @author <a href="mailto:zlex.dongliang@gmail.com">梁栋</a> 
12.  * @version 1.0 
13.  * @since 1.0 
14.  */  
15. public class CertificateCoderTest {  
16.     private String certificatePath = "zlex.crt";  
17.     private String keyStorePath = "zlex.keystore";  
18.     private String keyStorePassword = "123456";  
19.     private String aliasPassword = "123456";  
20.     private String alias = "1";  
21.   
22.     @Test  
23.     public void test() throws Exception {  
24.         System.err.println("公钥加密——私钥解密");  
25.         String inputStr = "Ceritifcate";  
26.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
27.   
28.         byte[] encrypt = CertificateCoder.encryptByPublicKey(data,  
29.                 certificatePath);  
30.   
31.         byte[] decrypt = CertificateCoder.decryptByPrivateKey(encrypt,  
32.                 keyStorePath, alias, keyStorePassword, aliasPassword);  
33.         String outputStr = new String(decrypt);  
34.   
35.         System.err.println("加密前: " + inputStr + " " + "解密后: " + outputStr);  
36.   
37.         // 验证数据一致  
38.         assertArrayEquals(data, decrypt);  
39.   
40.         // 验证证书有效  
41.         assertTrue(CertificateCoder.verifyCertificate(certificatePath));  
42.   
43.     }  
44.   
45.     @Test  
46.     public void testSign() throws Exception {  
47.         System.err.println("私钥加密——公钥解密");  
48.   
49.         String inputStr = "sign";  
50.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
51.   
52.         byte[] encodedData = CertificateCoder.encryptByPrivateKey(data,  
53.                 keyStorePath, keyStorePassword, alias, aliasPassword);  
54.   
55.         byte[] decodedData = CertificateCoder.decryptByPublicKey(encodedData,  
56.                 certificatePath);  
57.   
58.         String outputStr = new String(decodedData);  
59.         System.err.println("加密前: " + inputStr + " " + "解密后: " + outputStr);  
60.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
61.   
62.         System.err.println("私钥签名——公钥验证签名");  
63.         // 产生签名  
64.         byte[] sign = CertificateCoder.sign(encodedData, keyStorePath, alias,  
65.                 keyStorePassword, aliasPassword);  
66.         System.err.println("签名: " + Hex.encodeHexString(sign));  
67.   
68.         // 验证签名  
69.         boolean status = CertificateCoder.verify(encodedData, sign,  
70.                 certificatePath);  
71.         System.err.println("状态: " + status);  
72.         assertTrue(status);  
73.     }  
74.   
75.     @Test  
76.     public void testVerify() throws Exception {  
77.         System.err.println("密钥库证书有效期验证");  
78.         boolean status = CertificateCoder.verifyCertificate(new Date(),  
79.                 keyStorePath, keyStorePassword, alias);  
80.         System.err.println("证书状态: " + status);  
81.         assertTrue(status);  
82.     }  
83. }  

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！