数字证书

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我们知道，摘要算法用来确保数据没有被篡改，非对称加密算法可以对数据进行加解密，签名算法可以确保数据完整性和抗否认性，把这些算法集合到一起，并搞一套完善的标准，这就是数字证书。

因此，数字证书就是集合了多种密码学算法，用于实现数据加解密、身份认证、签名等多种功能的一种安全标准。

数字证书可以防止中间人攻击，因为它采用链式签名认证，即通过根证书（Root CA）去签名下一级证书，这样层层签名，直到最终的用户证书。而 Root CA 证书内置于操作系统中，所以，任何经过 CA 认证的数字证书都可以对其本身进行校验，确保证书本身不是伪造的。

我们在上网时常用的 HTTPS 协议就是数字证书的应用。浏览器会自动验证证书的有效性：

数字证书

要使用数字证书，首先需要创建证书。正常情况下，一个合法的数字证书需要经过 CA 签名，这需要认证域名并支付一定的费用。开发的时候，我们可以使用自签名的证书，这种证书可以正常开发调试，但不能对外作为服务使用，因为其他客户端并不认可未经 CA 签名的证书。

注：腾讯云可申请有效期 1 年的免费 SSL 证书，Let’s Encrypt 可申请有效期 90 天的免费 SSL 证书。

在 Java 程序中，数字证书存储在一种 Java 专用的 key store 文件中，JDK 提供了一系列命令来创建和管理 key store。我们用下面的命令创建一个 key store，并设定口令 123456：

keytool -storepass 123456 -genkeypair -keyalg RSA -keysize 1024 -sigalg SHA1withRSA -validity 3650 -alias mycert -keystore my.keystore -dname "CN=www.sample.com, OU=sample, O=sample, L=BJ, ST=BJ, C=CN"

几个主要的参数是：

keyalg：指定 RSA 加密算法；
sigalg：指定 SHA1withRSA 签名算法；
validity：指定证书有效期 3650 天；
alias：指定证书在程序中引用的名称；
dname：最重要的 CN=www.sample.com 指定了Common Name，如果证书用在 HTTPS 中，这个名称必须与域名完全一致。

执行上述命令，JDK 会在当前目录创建一个 my.keystore 文件，并存储创建成功的一个私钥和一个证书，它的别名是mycert。

有了 key store 存储的证书，我们就可以通过数字证书进行加解密和签名：

import java.io.InputStream;
import java.security.*;
import java.security.cert.*;
import javax.crypto.Cipher;
import java.util.HexFormat;

public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {byte[] message = "Hello, use X.509 cert!".getBytes("UTF-8");
        // 读取 KeyStore:
        KeyStore ks = loadKeyStore("/my.keystore", "123456");
        // 读取私钥:
        PrivateKey privateKey = (PrivateKey) ks.getKey("mycert", "123456".toCharArray());
        // 读取证书:
        X509Certificate certificate = (X509Certificate) ks.getCertificate("mycert");
        // 加密:
        byte[] encrypted = encrypt(certificate, message);
        System.out.println("encrypted:" + HexFormat.of().formatHex(encrypted));
        // 解密:
        byte[] decrypted = decrypt(privateKey, encrypted);
        System.out.println("decrypted:" + new String(decrypted, "UTF-8"));
        // 签名:
        byte[] sign = sign(privateKey, certificate, message);
        System.out.println("signature:" + HexFormat.of().formatHex(sign));
        // 验证签名:
        boolean verified = verify(certificate, message, sign);
        System.out.println("verify:" + verified);
    }

    static KeyStore loadKeyStore(String keyStoreFile, String password) {try (InputStream input = Main.class.getResourceAsStream(keyStoreFile)) {if (input == null) {throw new RuntimeException("file not found in classpath:" + keyStoreFile);
            }
            KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
            ks.load(input, password.toCharArray());
            return ks;
        } catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    static byte[] encrypt(X509Certificate certificate, byte[] message) throws GeneralSecurityException {Cipher cipher = Cipher.getInstance(certificate.getPublicKey().getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, certificate.getPublicKey());
        return cipher.doFinal(message);
    }

    static byte[] decrypt(PrivateKey privateKey, byte[] data) throws GeneralSecurityException {Cipher cipher = Cipher.getInstance(privateKey.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    static byte[] sign(PrivateKey privateKey, X509Certificate certificate, byte[] message)
            throws GeneralSecurityException {Signature signature = Signature.getInstance(certificate.getSigAlgName());
        signature.initSign(privateKey);
        signature.update(message);
        return signature.sign();}

    static boolean verify(X509Certificate certificate, byte[] message, byte[] sig) throws GeneralSecurityException {Signature signature = Signature.getInstance(certificate.getSigAlgName());
        signature.initVerify(certificate);
        signature.update(message);
        return signature.verify(sig);
    }
}

在上述代码中，我们从 key store 直接读取了私钥 - 公钥对，私钥以 PrivateKey 实例表示，公钥以 X509Certificate 表示，实际上数字证书只包含公钥，因此，读取证书并不需要口令，只有读取私钥才需要。如果部署到 Web 服务器上，例如 Nginx，需要把私钥导出为 Private Key 格式，把证书导出为 X509Certificate 格式。

以 HTTPS 协议为例，浏览器和服务器建立安全连接的步骤如下：