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JSSE应用

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数据在网络的传输是无所不在的，但是如果数据中包含了一些私有的信息，如：密码或信用卡号码，那么就要使数据对于那些未被授权的用户保密。同样，也要确信数据在传输过程中有没有被故意或无意更改。Secure Sockets Layer(SSL) 和Transport Layer Security(TLS)协议被用来保护数据在网络传输过程中的秘密性和完整性。
Java Secure Socket Extension(JSSE)能够保证网络的通信安全。它提供了一套框架和java版本的SSL和TLS协议的实现，也包括了广泛的功能，如：数据加密，服务器证明，消息完整性，以及可选的客户证明。使用JSSE，开发者能够提供一个基于任何协议之上(如： Hypertext Transfer Protocol(Http) ， Telnet， or FTP， over TCP/IP)的客户和服务器的安全数据通道。
JSSE是基于安全算法和握手机制之上的合成体。JSSE将危险的安全弱点降到最低点，并且它减轻了开发者的负担，使得开发者可以很轻松的整合到程序中。
SSL(Secure Sockets Layer)是JSSE中的重要的部分。SSL是用的最广泛的实现网络的加密协议。SSL用一个密码处理来提供网络安全通信。SSL是基于标准的TCP/IP socket协议的安全增加用于网络通信，所以SSL是位于传输层和应用程序层之间。最普通的使用SSL的是HTTP(Hypertext Transfer Protocol)，用于网络页面。其他的如： Net News Transfer Protocol (NNTP)， Telnet， Lightweight Directory Access Protocol (LDAP)， Interactive Message Access Protocol (IMAP)， and File Transfer Protocol (FTP)，也能够使用SSL。

TCP/IP Protocol Stack With SSL

TCP/IP Layer

Protocol

应用程序层

HTTP， NNTP， Telnet， FTP， etc.

Secure Sockets Layer

SSL

传输层

TCP

网络层

IP

SSL 是Netscape公司于1994年开发的。后来应用到因特网成了一个标准。
SSL提供一个高标准的在客户和服务器发送加密消息之前的SSL握手描述，如下图：

<shapetype id="_x0000_t75" coordsize="21600,21600" o:spt="75" o:preferrelative="t" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" filled="f" stroked="f"><stroke joinstyle="miter"></stroke><formulas><f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></f><f eqn="sum @0 1 0"></f><f eqn="sum 0 0 @1"></f><f eqn="prod @2 1 2"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0 1"></f><f eqn="prod @6 1 2"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600 0"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600 0"></f></formulas><path o:extrusionok="f" gradientshapeok="t" o:connecttype="rect"></path><lock v:ext="edit" aspectratio="t"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" style="WIDTH: 363pt; HEIGHT: 294.75pt" type="#_x0000_t75" alt="Sequence of messages exchanged in SSL handshake."><imagedata src="02_6_26_2a.gif" o:href="file:///D:/j2sdk14/j2sdk-1_4_0-doc/docs/guide/security/jsse/sslmessages.gif"></imagedata></shape>

SSL消息按如下顺序发送：
1.Client Hello： 客户发送服务器信息，包括它所支持的密码组。密码组中有密码算法和钥匙大小；
2.Server Hello：服务器选择客户和服务器都支持的密码组到客户。
3.Certificate： 服务器发送一个证书或一个证书链到客户端，一个证书链开始于服务器公共钥匙证书并结束于证明权威的根证书。这个消息是可选的，但服务器证书需要时，必须使用它。
4.Certificate request：当服务器需要鉴别客户时，它发送一个证书请求到客户端。在网络程序中，这个消息很少发送。
5.Server key exchange：服务器当发送来的公共钥匙对钥匙交换不是很充分时，发送一个服务器钥匙交换消息。
6.Server hello done：服务器告诉客户完成它的初始化流通消息。
7.Certificate：假如服务器需要一个客户证书时，客户端发送一个证书链。(只有在服务器需要客户证书时)
8.Client key exchange：客户产生用于对称算法的一个钥匙。对RSA客户用服务器公共钥匙加密这个钥匙信息并把它送到服务器。
9.Certificate verify：在网络程序中，这个消息很少发送，它主要是用来允许服务器结束对客户的鉴别处理。当用这个消息时，客户发送用密码函数的数字签名的信息到服务端，当服务端用公共钥匙解密这个消息时，服务器能够鉴别客户。
10.Change cipher spec：客户发送一个消息告诉服务器改变加密模式。
11.Finished：客户告诉服务器它已准备安全数据通信。
12.Change cipher spec：服务器发送一个消息到客户端并告诉客户修改加密模式。
13.Finished：服务器告诉客户端它已准备好安全数据通信。这是client-server握手协议最后一步。
14.Encrypted data：客户同服务器用对称加密算法和密码函数，并用客户发送到服务器的秘密钥匙加密通信。
下面有一个例子可以简单的实现JSSE：
服务器端程序：
import java.io.*;
import java.net.*;
import java.security.KeyStore;
import javax.net.*;
import javax.net.ssl.*;
import javax.security.cert.X509Certificate;
//for a simple server
public class ClassFileServer extends ClassServer {
private String docroot;
private static int DefaultServerPort = 2001;
public ClassFileServer(ServerSocket ss, String docroot) throws IOException
{
super(ss);
this.docroot = docroot;
}
public byte[] getBytes(String path)
throws IOException
{
System.out.println("reading: " + path);
File f = new File(docroot + File.separator + path);
int length = (int)(f.length());
if (length == 0) {
throw new IOException("File length is zero: " + path);
} else {
FileInputStream fin = new FileInputStream(f);
DataInputStream in = new DataInputStream(fin);
byte[] bytecodes = new byte[length];
in.readFully(bytecodes);
return bytecodes;
}
}
public static void main(String args[])
{
System.out.println(
"USAGE: java ClassFileServer port docroot [TLS [true]]");
System.out.println("");
System.out.println(
"If the third argument is TLS, it will start as/n" +
"a TLS/SSL file server, otherwise, it will be/n" +
"an ordinary file server. /n" +
"If the fourth argument is true,it will require/n" +
"client authentication as well.");
int port = DefaultServerPort;
String docroot = "";
if (args.length >= 1) {
port = Integer.parseInt(args[0]);
}
if (args.length >= 2) {
docroot = args[1];
}
String type = "PlainSocket";
if (args.length >= 3) {
type = args[2];
}
try {
ServerSocketFactory ssf =
ClassFileServer.getServerSocketFactory(type);
ServerSocket ss = ssf.createServerSocket(port);
if (args.length >= 4 && args[3].equals("true")) {
((SSLServerSocket)ss).setNeedClientAuth(true);
}
new ClassFileServer(ss, docroot);
} catch (IOException e) {
System.out.println("Unable to start ClassServer: " +
e.getMessage());
e.printStackTrace();
}
}
private static ServerSocketFactory getServerSocketFactory(String type) {
if (type.equals("TLS")) {
SSLServerSocketFactory ssf = null;
try {
// set up key manager to do server authentication
SSLContext ctx;
KeyManagerFactory kmf;
KeyStore ks;
char[] passphrase = "passphrase".toCharArray();
ctx = SSLContext.getInstance("TLS");
kmf = KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");//加密算法.
ks = KeyStore.getInstance("JKS");//钥匙存储名字.可以用keytool工具产生.
ks.load(new FileInputStream("testkeys"), passphrase);//存储钥匙文件.
kmf.init(ks, passphrase);
ctx.init(kmf.getKeyManagers(), null, null);
ssf = ctx.getServerSocketFactory();
return ssf;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
} else {
return ServerSocketFactory.getDefault();
}
return null;
}
}
以及：
import java.io.*;
import java.net.*;
import javax.net.*;
public abstract class ClassServer implements Runnable {
private ServerSocket server = null;
protected ClassServer(ServerSocket ss)
{
server = ss;
newListener();
}
public abstract byte[] getBytes(String path)
throws IOException, FileNotFoundException;
public void run()
{
Socket socket;
// accept a connection
try {
socket = server.accept();
} catch (IOException e) {
System.out.println("Class Server died: " + e.getMessage());
e.printStackTrace();
return;
}
// create a new thread to accept the next connection
newListener();
try {
DataOutputStream out =
new DataOutputStream(socket.getOutputStream());
try {
// get path to class file from header
BufferedReader in =
new BufferedReader(
new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
String path = getPath(in);
// retrieve bytecodes
byte[] bytecodes = getBytes(path);
// send bytecodes in response (assumes HTTP/1.0 or later)
try {
out.writeBytes("HTTP/1.0 200 OK/r/n");
out.writeBytes("Content-Length: " + bytecodes.length +
"/r/n");
out.writeBytes("Content-Type: text/html/r/n/r/n");
out.write(bytecodes);
out.flush();
} catch (IOException ie) {
ie.printStackTrace();
return;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
// write out error response
out.writeBytes("HTTP/1.0 400 " + e.getMessage() + "/r/n");
out.writeBytes("Content-Type: text/html/r/n/r/n");
out.flush();
}
} catch (IOException ex) {
// eat exception (could log error to log file, but
// write out to stdout for now).
System.out.println("error writing response: " + ex.getMessage());
ex.printStackTrace();
} finally {
try {
socket.close();
}catch (IOException e) {
}
}
}
private void newListener()
{
(new Thread(this)).start();
}
private static String getPath(BufferedReader in)
throws IOException
{
String line = in.readLine();
System.out.println("line ==============="+line);
String path = "";
// extract class from GET line
if (line.startsWith("GET /")) {
line = line.substring(5, line.length()-1).trim();
int index = line.indexOf(' ');
if (index != -1) {
path = line.substring(0, index);
}
}
// eat the rest of header
do {
line = in.readLine();
} while ((line.length() != 0) &&
(line.charAt(0) != '/r') && (line.charAt(0) != '/n'));
if (path.length() != 0) {
return path;
} else {
throw new IOException("Malformed Header");
}
}
}
这个服务器程序默认的端口号是：2001，你可以将服务器根目录设在任何目录，如启动服务器用： java ClassFileServer 2001(端口号) D:/j2sdk14/j2sdk-1_4_0-doc/docs/guide/security/jsse/samples(根目录) tls(安全通信)
为了证明client –server的安全通信，可以写一个client 程序，如下：
import java.net.*;
import java.io.*;
import javax.net.ssl.*;
public class SSLSocketClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
try {
SSLSocketFactory factory =
(SSLSocketFactory)SSLSocketFactory.getDefault();
SSLSocket socket =
(SSLSocket)factory.createSocket("localhost", 2001);
socket.startHandshake();
PrintWriter out = new PrintWriter(
new BufferedWriter(
new OutputStreamWriter(
socket.getOutputStream())));
out.println("GET http://localhost:2001/index.html HTTP/1.1");
out.println();
out.flush();
/*
* Make sure there were no surprises
*/
if (out.checkError())
System.out.println(
"SSLSocketClient: java.io.PrintWriter error");
/* read response */
BufferedReader in = new BufferedReader(
new InputStreamReader(
socket.getInputStream()));
String inputLine;
while ((inputLine = in.readLine()) != null)
System.out.println(inputLine);
in.close();
out.close();
socket.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
我们可以运行： java SSLSocketClient ，由于加密跟解密是非常耗时的，也许比较慢一点。
在这个测试程序中，我们用的算法是： SunX509，钥匙是JKS(可以用 keytool工具添加及修改)，储存钥匙的文件是：testkeys(可以从jdk14 文档资料中找到)。运行这个文件还必须要有一个证书文件samplecacerts(也可以在jdk14 文档资料中找到)，并替换
<java-home>/lib/security/cacerts，或者加上一个参数： Djavax.net.ssl.trustStore=path_to_samplecacerts_file.</java-home>
Java的安全性是非常完善的，微软的。net安全性都或多或少借鉴了java的功能。而JSSE在网络上安全传输秘密信息是非常有用的。


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