Jar 包签名

朱雀 2020-11-07 19:12 939阅读 0赞

# 1，加密、摘要和数字签名 #

## （1）公钥加密算法 ##

公钥加密算法又称为非对称密钥加密算法，因为它包含一个公钥-私钥对，称为key pair。即 key pair = private key + public key。

从功能上说，两个key作用相同，用一个key加密的消息，只能用另一个key解密，反之亦然。两个 key 的区别只在于谁拥有/知道它：private key 只有 key pair 的生成者知道，public key 则公开。key pair 的另一个特性是无法从一个 key 推算出另一个 key。

常用公钥加密算法是RSA和DSA。（TODO: 区别？）

## （2）数字签名 ##

数字签名算法是基于公钥加密算法的，其过程是：

*  生成 key pair
 *  签名：对消息进行摘要获得其Hash值；用 private key 加密消息Hash获得数字签名（Signature）
 *  验证：对消息进行摘要获得其Hash值；用 public key 解开数字签名获得消息Hash；对两个Hash进行比对

由于 private key 无法伪造或从 public key 推算出，因此，消息发送者必为 private key 拥有者，由此确保了消息来源的真实性（Authentication）和不可否认性（Non-repudiation）。如果消息在发送过程中损坏或被篡改，进行摘要后Hash值必定不一致，数字签名验证无法通过，由此确保了消息内容的完备性（Integrity）。

## （3）消息摘要 ##

消息摘要算法是使用一个Hash函数对任意长度的输入数据进行处理，输出固定长度的数据。输出数据称为消息摘要。无法从消息摘要倒推出消息内容。常用的消息摘要算法是 MD5 和 SHA-1。（TODO: 区别？）

# 2，Jar 包签名和验证 #

对Jar包的数字签名和验证过程和前面描述的数字签名原理和过程一致。Jar包是待发送的消息，经过签名后，Jar包内置入了数字签名和public key，验证者可以使用这两项数据进行验证。

实际上，经签名的Jar包内包含了以下内容：

*  原Jar包内的class文件和资源文件
 *  签名文件 META-INF/\*.SF：这是一个文本文件，包含原Jar包内的class文件和资源文件的Hash
 *  签名block文件 META-INF/\*.DSA：这是一个数据文件，包含签名者的 certificate 和数字签名。其中 certificate 包含了签名者的有关信息和 public key；数字签名是对 \*.SF 文件内的 Hash 值使用 private key 加密得来

## （1）使用 keytool 和 jarsigner 工具进行 Jar 包签名和验证 ##

JDK 提供了 keytool 和 jarsigner 两个工具用来进行 Jar 包签名和验证。

keytool 用来生成和管理 keystore。keystore 是一个数据文件，存储了 key pair 有关的2种数据：private key 和 certificate，而 certificate 包含了 public key。整个 keystore 用一个密码进行保护，keystore 里面的每一对 key pair 单独用一个密码进行保护。每对 key pair 用一个 alias 进行指定，alias 不区分大小写。

keytool 支持的算法是：

*  如果公钥算法为 DSA，则摘要算法使用 SHA-1。这是默认的
 *  如果公钥算法为 RSA，则摘要算法采用 MD5

jarsigner 读取 keystore，为 Jar 包进行数字签名。jarsigner 也可以对签名的 Jar 包进行验证。

下面以 JDK 中的 tools.jar 包为例，使用 keytool 和 jarsigner 对它进行签名和验证。

**第1步：用 keytool 生成 keystore**

执行以下命令，生成文件名为 test.ks 的 keystore，并生成 alias 为 testkey 的 key pair

keytool -keystore test.ks -genkey -alias testkey

根据屏幕提示输入各项信息

输入keystore密码：
    再次输入新密码:
    您的名字与姓氏是什么？
      [Unknown]：
    您的组织单位名称是什么？
      [Unknown]：
    您的组织名称是什么？
      [Unknown]：
    您所在的城市或区域名称是什么？
      [Unknown]：
    您所在的州或省份名称是什么？
      [Unknown]：
    该单位的两字母国家代码是什么
      [Unknown]：
    CN=Unknown, OU=Unknown, O=Unknown, L=Unknown, ST=Unknown, C=Unknown 正确吗？
      [否]：  y
    
    输入<testkey>的主密码
            （如果和 keystore 密码相同，按回车）：
    再次输入新密码:

**第2步：用 jarsigner 对 Jar 包进行签名**

执行命令并按提示输入 keystore 和 testkey 的密码后，即可对 tools.jar 进行签名并输出为 tools\_signed.jar

jarsigner -keystore test.ks -signedjar tools_signed.jar tools.jar testkey
    输入密钥库的口令短语：
    输入 testkey 的密钥口令：
    
    警告：
    签名者证书将在六个月内过期。

**第3步：用 jarsigner 对 Jar 包进行验证**

执行以下命令，验证Jar 包签名是否有效

jarsigner -verify tools_signed.jar

输出

jar 已验证。
    
    警告：
    此 jar 包含签名者证书将在六个月内过期的条目。
    
    要了解详细信息，请使用 -verbose 和 -certs 选项重新运行。

注意，以上命令只是使用 Jar 包内的签名文件，验证 public key 与生成签名的 private key 是否是有效 key pair，以及 Jar 包内容是否完整，并没有和 keystore 进行比对。如果需要验证 Jar 包是否是使用某一 keystore 内的密钥进行的签名，可以指定如下的命令和选项：

jarsigner -verify -verbose -keystore test.ks tools_signed.j
    ar

输出如下，注意对每一个class或资源文件，前面状态标记中包含k，表明在 keystore 中找到了匹配的 certificate，也就是找到了匹配的 public key。如果需要打印出每一个 class文件或资源文件的 certificate 详细信息，可以增加 -certs 选项

...
    smk     3384 Tue Jul 19 02:02:54 CST 2011 sun/tools/attach/HotSpotAttachProvider.class
    smk     4597 Tue Jul 19 01:52:50 CST 2011 sun/tools/attach/HotSpotVirtualMachine.class
    smk     3487 Tue Jul 19 02:02:54 CST 2011 sun/tools/attach/WindowsAttachProvider.class
    smk     1001 Tue Jul 19 02:02:54 CST 2011 sun/tools/attach/WindowsVirtualMachine$PipedInputStream.class
    smk     2796 Tue Jul 19 02:02:54 CST 2011 sun/tools/attach/WindowsVirtualMachine.class
               0 Tue Jul 19 01:52:50 CST 2011 sun/tools/jstack/
    smk     4113 Tue Jul 19 01:52:50 CST 2011 sun/tools/jstack/JStack.class
               0 Tue Jul 19 01:53:02 CST 2011 sun/tools/jinfo/
    smk     4325 Tue Jul 19 01:53:02 CST 2011 sun/tools/jinfo/JInfo.class
               0 Tue Jul 19 01:52:56 CST 2011 sun/tools/jmap/
    smk     8177 Tue Jul 19 01:52:56 CST 2011 sun/tools/jmap/JMap.class
    
      s = 已验证签名
      m = 在清单中列出条目
      k = 在密钥库中至少找到了一个证书
      i = 在身份作用域内至少找到了一个证书
    
    jar 已验证。
    
    警告：
    此 jar 包含签名者证书将在六个月内过期的条目。
    
    要了解详细信息，请使用 -verbose 和 -certs 选项重新运行。

## （2）编程进行 Jar 包签名的验证 ##

可以使用以下API在运行时对 Jar 包进行签名验证：

*  java.util.jar.JarFile
 *  java.util.jar.JarEntry
 *  java.security.KeyStore
 *  java.security.cert.Certificate

读取 keystore 内的 certificate：

final String ksPath = ...
    final String ksPass = ...
    
    final HashMap<String, Certificate> certMap = new HashMap<String, Certificate>();
    
    InputStream in = new FileInputStream(ksPath);
    KeyStore ks = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
    ks.load(in, ksPass.toCharArray());
    Enumeration<String> aliases = ks.aliases();
    while (aliases.hasMoreElements()) {
        String alias = aliases.nextElement();
        Certificate cert =  s.getCertificate(alias); 
        certMap.put(alias, cert);
    }// while

验证 Jar 包：

final String jarPath = "G:\\tmp\\jar_sign_test\\tools_signed.jar";
    
    JarFile jar = new JarFile(jarPath, true);
    Enumeration<JarEntry> entries = jar.entries();
    while (entries.hasMoreElements()) {
        JarEntry entry = entries.nextElement();
    
        // Verify the entry
        InputStream in = jar.getInputStream(entry);
        try {
            drain(in);
        } finally {
            try {
                in.close();
            } catch (Exception e) {
            }
        }
    
        Certificate[] certs = entry.getCertificates();
        if (null != certs && certs.length > 0) {
             for (Certificate cert : certs) {
    
                   String alias = verify(cert, certMap);
                   if (null == alias) {
                       ...
                   } else {
                       ...
                   }
    
               }// for
          }
    } // while

根据 JarEntry.getCertificates() 方法 Java doc，在调用之前，必须首先将此 JarEntry 数据完全读取，因此上面的代码段中调用了一个 drain() 方法：

private static void drain(InputStream in) throws IOException {
            byte[] buf = new byte[512];
            while (-1 != in.read(buf))
                ;
        }

verify() 方法用来检查 certificate 是否与 keystore 内的某个 certificate 匹配，主要用到了 Certificate.verify(PublicKey ) 方法：

private static String verify(Certificate cert, HashMap<String, Certificate> map) {
            Iterator<String> it = map.keySet().iterator();
            while (it.hasNext()) {
                String alias = it.next();
                try {
                    cert.verify(map.get(alias).getPublicKey());
                    return alias;
                } catch (Exception e) {
                    continue;
                }
            }// while
    
            return null;
        }