java实现ssl单/双向认证通信[推荐]

Posted 2020-07-27 zbuger

有关SSL的原理和介绍在网上已经有不少，对于Java下使用keytool生成证书，配置SSL通信的教程也非常多。但如果我们不能够亲自动手做一个SSL Sever和SSL Client，可能就永远也不能深入地理解Java环境下，SSL的通信是如何实现的。对SSL中的各种概念的认识也可能会仅限于可以使用的程度。本文通过构造一个简单的SSL Server和SSL Client来讲解Java环境下SSL的通信原理。 

首先我们先回顾一下常规的Java Socket编程。在Java下写一个Socket服务器和客户端的例子还是比较简单的。以下是服务端的代码： 

Java代码  

1. package org.bluedash.tryssl;  
2.   
3. import java.io.BufferedReader;  
4. import java.io.IOException;  
5. import java.io.InputStreamReader;  
6. import java.io.PrintWriter;  
7. import java.net.ServerSocket;  
8. import java.net.Socket;  
9.   
10. public class Server extends Thread {  
11.     private Socket socket;  
12.   
13.     public Server(Socket socket) {  
14.         this.socket = socket;  
15.     }  
16.   
17.     public void run() {  
18.         try {  
19.             BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));  
20.             PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream());  
21.   
22.             String data = reader.readLine();  
23.             writer.println(data);  
24.             writer.close();  
25.             socket.close();  
26.         } catch (IOException e) {  
27.   
28.         }  
29.     }  
30.       
31.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
32.         while (true) {  
33.             new Server((new ServerSocket(8080)).accept()).start();  
34.         }  
35.     }  
36. }  

服务端很简单：侦听8080端口，并把客户端发来的字符串返回去。下面是客户端的代码： 

Java代码  

1. package org.bluedash.tryssl;  
2.   
3. import java.io.BufferedReader;  
4. import java.io.InputStreamReader;  
5. import java.io.PrintWriter;  
6. import java.net.Socket;  
7.   
8. public class Client {  
9.   
10.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
11.   
12.         Socket s = new Socket("localhost", 8080);  
13.   
14.         PrintWriter writer = new PrintWriter(s.getOutputStream());  
15.         BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));  
16.         writer.println("hello");  
17.         writer.flush();  
18.         System.out.println(reader.readLine());  
19.         s.close();  
20.     }  
21.   
22. }  

客户端也非常简单：向服务端发起请求，发送一个"hello"字串，然后获得服务端的返回。把服务端运行起来后，执行客户端，我们将得到"hello"的返回。 

就是这样一套简单的网络通信的代码，我们来把它改造成使用SSL通信。在SSL通信协议中，我们都知道首先服务端必须有一个数字证书，当客户端连接到服务端时，会得到这个证书，然后客户端会判断这个证书是否是可信的，如果是，则交换信道加密密钥，进行通信。如果不信任这个证书，则连接失败。 

因此，我们首先要为服务端生成一个数字证书。Java环境下，数字证书是用keytool生成的，这些证书被存储在store的概念中，就是证书仓库。我们来调用keytool命令为服务端生成数字证书和保存它使用的证书仓库： 

Bash代码  

1. 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  

这样，我们就将服务端证书bluedash-ssl-demo-server保存在了server_ksy这个store文件当中。有关keytool的用法在本文中就不再多赘述。执行上面的命令得到如下结果： 

Bash代码  

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

然后，改造我们的服务端代码，让服务端使用这个证书，并提供SSL通信： 

Java代码  

1. package org.bluedash.tryssl;  
2.   
3. import java.io.BufferedReader;  
4. import java.io.FileInputStream;  
5. import java.io.IOException;  
6. import java.io.InputStreamReader;  
7. import java.io.PrintWriter;  
8. import java.net.ServerSocket;  
9. import java.net.Socket;  
10. import java.security.KeyStore;  
11.   
12. import javax.net.ServerSocketFactory;  
13. import javax.net.ssl.KeyManagerFactory;  
14. import javax.net.ssl.SSLContext;  
15. import javax.net.ssl.SSLServerSocket;  
16.   
17. public class SSLServer extends Thread {  
18.     private Socket socket;  
19.   
20.     public SSLServer(Socket socket) {  
21.         this.socket = socket;  
22.     }  
23.   
24.     public void run() {  
25.         try {  
26.             BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));  
27.             PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream());  
28.   
29.             String data = reader.readLine();  
30.             writer.println(data);  
31.             writer.close();  
32.             socket.close();  
33.         } catch (IOException e) {  
34.   
35.         }  
36.     }  
37.   
38.     private static String SERVER_KEY_STORE = "/Users/liweinan/projs/ssl/src/main/resources/META-INF/server_ks";  
39.     private static String SERVER_KEY_STORE_PASSWORD = "123123";  
40.   
41.     public static void main(String[] args) throws Exception {  
42.         System.setProperty("javax.net.ssl.trustStore", SERVER_KEY_STORE);  
43.         SSLContext context = SSLContext.getInstance("TLS");  
44.           
45.         KeyStore ks = KeyStore.getInstance("jceks");  
46.         ks.load(new FileInputStream(SERVER_KEY_STORE), null);  
47.         KeyManagerFactory kf = KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");  
48.         kf.init(ks, SERVER_KEY_STORE_PASSWORD.toCharArray());  
49.           
50.         context.init(kf.getKeyManagers(), null, null);  
51.   
52.         ServerSocketFactory factory = context.getServerSocketFactory();  
53.         ServerSocket _socket = factory.createServerSocket(8443);  
54.         ((SSLServerSocket) _socket).setNeedClientAuth(false);  
55.   
56.         while (true) {  
57.             new SSLServer(_socket.accept()).start();  
58.         }  
59.     }  
60. }  

可以看到，服务端的Socket准备设置工作大大增加了，增加的代码的作用主要是将证书导入并进行使用。此外，所使用的Socket变成了SSLServerSocket，另外端口改到了8443（这个不是强制的，仅仅是为了遵守习惯）。另外，最重要的一点，服务端证书里面的CN一定和服务端的域名统一，我们的证书服务的域名是localhost，那么我们的客户端在连接服务端时一定也要用localhost来连接，否则根据SSL协议标准，域名与证书的CN不匹配，说明这个证书是不安全的，通信将无法正常运行。 

有了服务端，我们原来的客户端就不能使用了，必须要走SSL协议。由于服务端的证书是我们自己生成的，没有任何受信任机构的签名，所以客户端是无法验证服务端证书的有效性的，通信必然会失败。所以我们需要为客户端创建一个保存所有信任证书的仓库，然后把服务端证书导进这个仓库。这样，当客户端连接服务端时，会发现服务端的证书在自己的信任列表中，就可以正常通信了。 

因此现在我们要做的是生成一个客户端的证书仓库，因为keytool不能仅生成一个空白仓库，所以和服务端一样，我们还是生成一个证书加一个仓库（客户端证书加仓库）： 

Bash代码  

1. 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  

结果如下： 

Bash代码  

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

接下来，我们要把服务端的证书导出来，并导入到客户端的仓库。第一步是导出服务端的证书：