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基于java语言的数字签名

Java加密和数字签名编程快速入门

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本文主要谈一下密码学中的加密和数字签名，以及其在java中如何进行使用。对密码学有兴趣的伙伴，推荐看Bruce Schneier的著作：Applied Crypotography。在jdk1.5的发行版本中安全性方面有了很大的改进，也提供了对RSA算法的直接支持，现在我们从实例入手解决问题（本文仅是作为简单介绍）：

一、密码学上常用的概念

1）消息摘要：

这是一种与消息认证码结合使用以确保消息完整性的技术。主要使用单向散列函数算法，可用于检验消息的完整性，和通过散列密码直接以文本形式保存等，目前广泛使用的算法有MD4、MD5、SHA-1，jdk1.5对上面都提供了支持，在java中进行消息摘要很简单， java.security.MessageDigest提供了一个简易的操作方法：

/**

*MessageDigestExample.java

*Copyright 2005-2-16

*/

import java.security.MessageDigest;

/**

*单一的消息摘要算法，不使用密码.可以用来对明文消息（如：密码）隐藏保存

*/

public class MessageDigestExample{

public static void main(String[] args) throws Exception{

if(args.length!=1){

System.err.println("Usage:java MessageDigestExample text");

System.exit(1);

}

byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

//使用getInstance("算法")来获得消息摘要,这里使用SHA-1的160位算法

MessageDigest messageDigest=MessageDigest.getInstance("SHA-1");

System.out.println("\n"+messageDigest.getProvider().getInfo());

//开始使用算法

messageDigest.update(plainText);

System.out.println("\nDigest:");

//输出算法运算结果

System.out.println(new String(messageDigest.digest(),"UTF8"));

}

}

还可以通过消息认证码来进行加密实现，javax.crypto.Mac提供了一个解决方案，有兴趣者可以参考相关API文档，本文只是简单介绍什么是摘要算法。

2）私钥加密：

消息摘要只能检查消息的完整性，但是单向的，对明文消息并不能加密，要加密明文的消息的话，就要使用其他的算法，要确保机密性，我们需要使用私钥密码术来交换私有消息。

这种最好理解，使用对称算法。比如：A用一个密钥对一个文件加密，而B读取这个文件的话，则需要和A一样的密钥，双方共享一个私钥（而在web环境下，私钥在传递时容易被侦听）：

使用私钥加密的话，首先需要一个密钥，可用javax.crypto.KeyGenerator产生一个密钥(java.security.Key),然后传递给一个加密工具(javax.crypto.Cipher),该工具再使用相应的算法来进行加密，主要对称算法有：DES（实际密钥只用到56位），AES（支持三种密钥长度：128、192、256位），通常首先128位，其他的还有DESede等，jdk1.5种也提供了对对称算法的支持，以下例子使用AES算法来加密：

/**

*PrivateExmaple.java

*Copyright 2005-2-16

*/

import javax.crypto.Cipher;

import javax.crypto.KeyGenerator;

import java.security.Key;

/**

*私鈅加密，保证消息机密性

*/

public class PrivateExample{

public static void main(String[] args) throws Exception{

if(args.length!=1){

System.err.println("Usage:java PrivateExample text");

System.exit(1);

}

byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

//通过KeyGenerator形成一个key

System.out.println("\nStart generate AES key");

KeyGenerator keyGen=KeyGenerator.getInstance("AES");

keyGen.init(128);

Key key=keyGen.generateKey();

System.out.println("Finish generating DES key");

//获得一个私鈅加密类Cipher，ECB是加密方式，PKCS5Padding是填充方法

Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");

System.out.println("\n"+cipher.getProvider().getInfo());

//使用私鈅加密

System.out.println("\nStart encryption:");

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);

byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText);

System.out.println("Finish encryption:");

System.out.println(new String(cipherText,"UTF8"));

System.out.println("\nStart decryption:");

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);

byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText);

System.out.println("Finish decryption:");

System.out.println(new String(newPlainText,"UTF8"));

}

}

3）公钥加密：

上面提到，私钥加密需要一个共享的密钥，那么如何传递密钥呢？web环境下，直接传递的话很容易被侦听到，幸好有了公钥加密的出现。公钥加密也叫不对称加密，不对称算法使用一对密钥对，一个公钥，一个私钥，使用公钥加密的数据，只有私钥能解开（可用于加密）；同时，使用私钥加密的数据，只有公钥能解开（签名）。但是速度很慢（比私钥加密慢100到1000倍），公钥的主要算法有RSA，还包括Blowfish,Diffie-Helman等，jdk1.5种提供了对RSA的支持，是一个改进的地方：

/**

*PublicExample.java

*Copyright 2005-2-16

*/

import java.security.Key;

import javax.crypto.Cipher;

import java.security.KeyPairGenerator;

import java.security.KeyPair;

/**

*一个简单的公鈅加密例子,Cipher类使用KeyPairGenerator生成的公鈅和私鈅

*/

public class PublicExample{

public static void main(String[] args) throws Exception{

if(args.length!=1){

System.err.println("Usage:java PublicExample text");

System.exit(1);

}

byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

//构成一个RSA密钥

System.out.println("\nStart generating RSA key");

KeyPairGenerator keyGen=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");

keyGen.initialize(1024);

KeyPair key=keyGen.generateKeyPair();

System.out.println("Finish generating RSA key");

//获得一个RSA的Cipher类，使用公鈅加密

Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");

System.out.println("\n"+cipher.getProvider().getInfo());

System.out.println("\nStart encryption");

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key.getPublic());

byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText);

System.out.println("Finish encryption:");

System.out.println(new String(cipherText,"UTF8"));

//使用私鈅解密

System.out.println("\nStart decryption");

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key.getPrivate());

byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText);

System.out.println("Finish decryption:");

System.out.println(new String(newPlainText,"UTF8"));

}

}

4）数字签名：

数字签名，它是确定交换消息的通信方身份的第一个级别。上面A通过使用公钥加密数据后发给B，B利用私钥解密就得到了需要的数据，问题来了，由于都是使用公钥加密，那么如何检验是A发过来的消息呢？上面也提到了一点，私钥是唯一的，那么A就可以利用A自己的私钥进行加密，然后B再利用A的公钥来解密，就可以了；数字签名的原理就基于此，而通常为了证明发送数据的真实性，通过利用消息摘要获得简短的消息内容，然后再利用私钥进行加密散列数据和消息一起发送。java中为数字签名提供了良好的支持，java.security.Signature类提供了消息签名：

/**

*DigitalSignature2Example.java

*Copyright 2005-2-16

*/

import java.security.Signature;

import java.security.KeyPairGenerator;

import java.security.KeyPair;

import java.security.SignatureException;

/**

*数字签名，使用RSA私钥对对消息摘要签名，然后使用公鈅验证 测试

*/

public class DigitalSignature2Example{

public static void main(String[] args) throws Exception{

if(args.length!=1){

System.err.println("Usage:java DigitalSignature2Example text");

System.exit(1);

}

byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

//形成RSA公钥对

System.out.println("\nStart generating RSA key");

KeyPairGenerator keyGen=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");

keyGen.initialize(1024);

KeyPair key=keyGen.generateKeyPair();

System.out.println("Finish generating RSA key");

//使用私鈅签名

Signature sig=Signature.getInstance("SHA1WithRSA");

sig.initSign(key.getPrivate());

sig.update(plainText);

byte[] signature=sig.sign();

System.out.println(sig.getProvider().getInfo());

System.out.println("\nSignature:");

System.out.println(new String(signature,"UTF8"));

//使用公鈅验证

System.out.println("\nStart signature verification");

sig.initVerify(key.getPublic());

sig.update(plainText);

try{

if(sig.verify(signature)){

System.out.println("Signature verified");

}else System.out.println("Signature failed");

}catch(SignatureException e){

System.out.println("Signature failed");

}

}

}

5)数字证书。

还有个问题，就是公钥问题，A用私钥加密了，那么B接受到消息后，用A提供的公钥解密；那么现在有个讨厌的C，他把消息拦截了，然后用自己的私钥加密，同时把自己的公钥发给B，并告诉B，那是A的公钥，结果....，这时候就需要一个中间机构出来说话了（相信权威，我是正确的），就出现了Certificate Authority(也即CA），有名的CA机构有Verisign等，目前数字认证的工业标准是：CCITT的X.509：

数字证书：它将一个身份标识连同公钥一起进行封装，并由称为认证中心或 CA 的第三方进行数字签名。

密钥库：java平台为你提供了密钥库，用作密钥和证书的资源库。从物理上讲，密钥库是缺省名称为 .keystore 的文件（有一个选项使它成为加密文件）。密钥和证书可以拥有名称（称为别名），每个别名都由唯一的密码保护。密钥库本身也受密码保护；您可以选择让每个别名密码与主密钥库密码匹配。

使用工具keytool，我们来做一件自我认证的事情吧（相信我的认证）：

1、创建密钥库keytool -genkey -v -alias feiUserKey -keyalg RSA 默认在自己的home目录下（windows系统是c:\documents and settings\你的用户名 目录下的.keystore文件），创建我们用 RSA 算法生成别名为 feiUserKey 的自签名的证书,如果使用了-keystore mm 就在当前目录下创建一个密钥库mm文件来保存密钥和证书。

2、查看证书：keytool -list 列举了密钥库的所有的证书

也可以在dos下输入keytool -help查看帮助。

java如何对pdf文件实现数字签名

用Spire.Doc  for Java 可以添加及验证数字签名，参考代码：

import com.spire.pdf.*;

import com.spire.pdf.graphics.PdfImage;

import com.spire.pdf.graphics.PdfTrueTypeFont;

import com.spire.pdf.security.GraphicMode;

import com.spire.pdf.security.PdfCertificate;

import com.spire.pdf.security.PdfCertificationFlags;

import com.spire.pdf.security.PdfSignature;

import java.awt.*;

import java.awt.geom.Point2D;

import java.awt.geom.Rectangle2D;

public class AddCertificate {

public static void main(String[]args){

//加载PDF文档

PdfDocument doc = new PdfDocument();

doc.loadFromFile("test.pdf");

//加载pfx证书，及证书秘钥

PdfCertificate cert = new PdfCertificate("Cermia.pfx","123654yes!");

//添加数字签名到指定页面，并设置其位置和大小

PdfSignature signature = new PdfSignature(doc, doc.getPages().get(2), cert, "MySignature");

Rectangle2D rect = new Rectangle2D.Float();

rect.setFrame(new Point2D.Float((float) doc.getPages().get(0).getActualSize().getWidth() - 340, (float) doc.getPages().get(0).getActualSize().getHeight() - 230), new Dimension(280, 150));

signature.setBounds(rect);

//设置签名为图片加文本模式

signature.setGraphicMode(GraphicMode.Sign_Image_And_Sign_Detail);

//设置签名的内容

signature.setNameLabel("签字者：");

signature.setName("Mia");

signature.setContactInfoLabel("联系电话：");

signature.setContactInfo("02881705109");

signature.setDateLabel("日期：");

signature.setDate(new java.util.Date());

signature.setLocationInfoLabel("地点：");

signature.setLocationInfo("成都");

signature.setReasonLabel("原因：");

signature.setReason("文档所有者");

signature.setDistinguishedNameLabel("DN: ");

signature.setDistinguishedName(signature.getCertificate().get_IssuerName().getName());

signature.setSignImageSource(PdfImage.fromFile("sign.png"));

//设置签名的字体

signature.setSignDetailsFont(new PdfTrueTypeFont(new Font("Arial Unicode MS", Font.PLAIN, 9)));

//设置文档权限为禁止更改

signature.setDocumentPermissions(PdfCertificationFlags.Forbid_Changes);

signature.setCertificated(true);

//保存文档

doc.saveToFile("AddSignature.pdf");

doc.close();

}

}

数字签名添加效果：

数字签名效果

参考原文

如何从java生成签名在AWS问题，怎么解决

Java2下Applet数字签名实现过程如下：

在代码的分发端：

（1）开发Java源程序并对其进行编译。

（2）用JAR工具对类文件和资源文件进行封装。

（3）用keytool创建公钥和密钥，生成X。509V1签名证书，输出证书。

（4）通过jarsigner工具用生成的密钥对JAR文件进行数字签名。

在代码的接收端：

（1）用keytool输入证书视其为可信任。

（2）用policytool创建和修改安全性策略配置文件，授权请求的访问权限。

（3）从网络取得字节码，用公钥验证数字签名证书和文档代码的完整性。

（4）验证字节码的合法性，根据策略文件分配相应权限。

（5）执行代码，完成后被垃圾回收器回收内存。

在用公钥验证数字签名证书之前，接收方需要确认公钥自身的可靠性，因此通常情况是提供一个包含公钥的证书而不是公钥自身。1个证书包括：

（1）1个公钥。

（2）1个唯一的名字实体（个人或公司），它是证书的所有者，包含用户名字、公司、组织、城市、地址、国家代码、省份等信息。

（3）数字签名：1个证书被1个分发者的实体签名，保证证书确实包含另1个实体（所有者）的公钥。


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