c++ 服務端 java 客戶端 tcp ssl 雙向認證

JavaWeb的應用程序，會接受頁面參數組裝成自定義的XML協議格式發送給後端服務程序。C++服務端解析XML並執行命令。傳送XML過程中可能會包含一些隱私數據，需要用SSL加密。我負責Java客戶端。

準備：
在網上找了若干資料，大多是Java服務器C++客戶端的，無奈只有用英文搜索些國外站點的資料。
1.下載openssl，做測試（Linux版本的安裝）。
安裝openssl
下載：openssl-0.9.7m.tar.gz
解壓：tar xzvf openssl-0.9.7m.tar.gz
cd openssl-0.9.7m/
默認配置：./config
重新建立依賴關係：make depend
測試：make test
安裝：make install
安裝完成後就可以用openssl自帶的s_server和s_client做測試了，很方便。

2.下載bcprov-jdk15-143.jar，早知道有這個東西就省事了。（BouncyCastle.org出品的Java開源SSL工具包）

步驟：
一、跑通Java客戶端與C++ openssl雙向通訊。
1.建立證書(注：需要輸入信息的時候需要與CA生成時統一,但不能完全一致,姓名可以不一)
新建目錄:mkdir openssl_demo2
拷貝 openssl-0.9.7m/apps/ 下的CA.sh、openssl.cnf 到 openssl_demo2 下
cd openssl_demo2

2.新建CA公私鑰
./CA.sh -newca

該命令的工作：
創建目錄：demoCA/ 、 demoCA/private/ 、 demoCA/certs/ 、demoCA/private/ 、demoCA/newcerts/
文件：demoCA/serial(寫入“01”) 、demoCA/index.txt
創建CA公私鑰:demoCA/cacert.pem、demoCA/private/cakey.pem

3.新建服務器端私鑰+公鑰簽名請求
openssl req -newkey rsa:1024 -out serverreq.pem -keyout sslserverkey.pem

4.用CA私鑰爲服務端請求籤名生成服務端證書
openssl ca -in serverreq.pem -out sslservercert.pem -config ./openssl.cnf

下面的步驟注意版本,java版本過低可能keytool做證書有問題。
OpenSSL 0.9.6m 17 Mar 2004
java -version -- Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0_03-b05)

5.生成客戶端私鑰並存入sslclient.keystore
keytool -genkey -alias sslclient -validity 365 -keyalg RSA -keysize 1024 -keystore sslclient.keystore -keypass 123456 -storepass 123456

6.從sslclient.keystore中提取客戶端簽名請求
keytool -certreq -alias sslclient -sigalg SHA1withRSA -file sslclient.csr -keypass 123456 -storepass 123456 -keystore sslclient.keystore

7.用CA私鑰爲服務端請求籤名生成客戶端證書
openssl ca -in sslclient.csr -out sslclient.crt -cert demoCA/cacert.pem -keyfile demoCA/private/cakey.pem -notext -config openssl.cnf

8.轉換客戶端證書格式
openssl x509 -in sslclient.crt -out sslclient.der -outform DER

9.sslclient.keystore導入根證書
keytool -import -v -trustcacerts -alias ca_root -file demoCA/cacert.pem -storepass 123456 -keystore sslclient.keystore

10.sslclient.keystore導入客戶端證書
keytool -import -v -alias sslclient -file sslclient.der -keypass 123456 -storepass 123456 -keystore sslclient.keystore

11.運行程序
運行openssl自帶測試服務端：openssl s_server -cert sslservercert.pem -key sslserverkey.pem -CAfile demoCA/cacert.pem -state -Verify 1 -ssl3
運行Java客戶端（略）。

（上面的步驟參考了這篇文章：http://www.blogjava.net/alwayscy/archive/2009/02/03/85161.html
由於下面的問題，不能完全採用上面的方案。）

二、問題：由於證書的生產和頒發是由另外一個VC程序統一管理的，所以不可能爲了我的Java程序而做一個額外的功能。證書頒發程序是將CA根證書、客戶端證書和客戶端私鑰下發到系統某個目錄下然後我去取用的。麻煩在程序生成的證書都是PEM格式的，不能直接導入Java的JKS庫，需要做個轉換。
1.在網上的幾篇文章分別搜到些 PEM證書+私鑰合併爲pkcs12格式密鑰庫、pkcs12格式密鑰庫導入JKS密鑰庫、CA證書導入JKS密鑰庫的文章，於是整理了一下做了個小例子。

package change_format;

import java.security.KeyStore;
import java.security.Key;
import java.security.cert.Certificate;
import java.security.cert.CertificateFactory;
import java.security.cert.X509Certificate;
import java.io.*;
import java.util.*;

public class ConvertPEMToJKS {
    // certificate store format
    public static final String PKCS12 = "PKCS12";

    public static final String JKS = "JKS";

    // PKCS12 keystore properties
    public static final String INPUT_KEYSTORE_FILE = "src/change_format/keystore.pkcs12";

    public static final String KEYSTORE_PASSWORD = "123456";

    // JKS output file
    public static final String OUTPUT_KEYSTORE_FILE = "src/change_format/keystore.jks";

    public static final String CACERT_FILE = "src/change_format/ca2.crt";

    public static final String PEMPRIKEY_FILE = "src/change_format/clientssl.pri";

    public static final String PEMPUBKEY_FILE = "src/change_format/clientssl.crt";

    public static void pktojks() {
        try {
            KeyStore inputKeyStore = KeyStore.getInstance("PKCS12");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(INPUT_KEYSTORE_FILE);

            // If the keystore password is empty(""), then we have to set
            // to null, otherwise it won't work!!!
            char[] nPassword = null;
            if ((KEYSTORE_PASSWORD == null)
                    || KEYSTORE_PASSWORD.trim().equals("")) {
                nPassword = null;
            } else {
                nPassword = KEYSTORE_PASSWORD.toCharArray();
            }
            inputKeyStore.load(fis, nPassword);
            fis.close();

            // System.out.println("keystore type=" + inputKeyStore.getType());

            // ----------------------------------------------------------------------
            // get a JKS keystore and initialize it.
            KeyStore outputKeyStore = KeyStore.getInstance("JKS");
            outputKeyStore.load(null, "123456".toCharArray());
            // Now we loop all the aliases, we need the alias to get keys.
            // It seems that this value is the "Friendly name" field in the
            // detals tab <-- Certificate window <-- view <-- Certificate
            // Button <-- Content tab <-- Internet Options <-- Tools menu
            // In MS IE 6.

            Enumeration enume = inputKeyStore.aliases();
            while (enume.hasMoreElements()) // we are readin just one
            // certificate.
            {
                String keyAlias = (String) enume.nextElement();
                // System.out.println("alias=[" + keyAlias + "]");
                if (inputKeyStore.isKeyEntry(keyAlias)) {
                    Key key = inputKeyStore.getKey(keyAlias, nPassword);
                    Certificate[] certChain = inputKeyStore
                            .getCertificateChain(keyAlias);
                    outputKeyStore.setKeyEntry(keyAlias, key, "123456"
                            .toCharArray(), certChain);
                }
            }
            FileOutputStream out = new FileOutputStream(OUTPUT_KEYSTORE_FILE);
            outputKeyStore.store(out, nPassword);
            out.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void jksaddcacert() {
        try {
            FileInputStream cacertfile = new FileInputStream(CACERT_FILE);
            FileInputStream oldjks = new FileInputStream(OUTPUT_KEYSTORE_FILE);

            CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
            X509Certificate cert = (X509Certificate) cf
                    .generateCertificate(cacertfile);
            cacertfile.close();

            KeyStore.TrustedCertificateEntry trustedEntry = new KeyStore.TrustedCertificateEntry(
                    cert);

            KeyStore outputKeyStore = KeyStore.getInstance("JKS");
            outputKeyStore.load(oldjks, "123456".toCharArray());
            oldjks.close();

            outputKeyStore.setEntry("ca_root", trustedEntry, null);
            FileOutputStream out = new FileOutputStream(OUTPUT_KEYSTORE_FILE);
            outputKeyStore.store(out, KEYSTORE_PASSWORD.toCharArray());
            out.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static final String localDir = "src\\change_format\\";

    public static void pemaddpk() {
        try {
            Runtime rt = Runtime.getRuntime();
            Process ps = null;
            String exeStr = "openssl pkcs12 -export -in " + localDir
                    + "clientssl.crt -inkey " + localDir
                    + "clientssl.pri -out " + localDir
                    + "keystore.pkcs12 -passout pass:123456";
            System.out.println(exeStr);

            ps = rt.exec(exeStr);
            ps.waitFor();

            int i = ps.exitValue();
            if (i == 0) {
                System.out.println("Convert PKCS12 Sucess!");
            } else {
                System.out.println("Convert PKCS12 Error!");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ConvertPEMToJKS.pemaddpk();
        ConvertPEMToJKS.pktojks();
        ConvertPEMToJKS.jksaddcacert();
    }
}

2.如上例子中遇到一個問題，就是我程序所在的部署機將來需要安裝openssl才能執行pemaddpk()方法中的openssl腳本；或者需要部署 人員額外對證書頒發程序頒發的證書做個轉化。這兩種方法都是比較繁瑣的，終於找到BouncyCastle的開源SSL工具包可以直接讀入PEM格式並導入JKS，真是Java做OpenSSL的福音啊。

將bcprov-jdk15-143.jar導入工作路徑，我抽出了一小段代碼，以後要用到SSL的話可以方便的調用。

SSLContextBuild.java :
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyStore;
import java.security.Security;
import java.security.cert.Certificate;
import java.security.cert.CertificateFactory;
import java.security.cert.X509Certificate;
import java.util.Properties;
import javax.net.ssl.KeyManagerFactory;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.TrustManagerFactory;
import org.bouncycastle.openssl.PEMReader;
import org.bouncycastle.openssl.PasswordFinder;

public class SSLContextBuild {
    public static SSLContext getSSLContext() {
        // 獲取證書路徑
        Properties prop = new Properties();
        try {
            //這裏的路徑是放在javaweb應用程序的web-inf/class下的
            prop.load(SSLContextBuild.class.getClassLoader()
            .getResourceAsStream("SSLCertPath.properties"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        SSLContext sslContext = null;
        try {
            // 設定Security的Provider提供程序
            Security
            .addProvider(new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider());

            // 讀入客戶端證書
            PEMReader pr = new PEMReader(new FileReader(prop.get("client_cert")
            .toString()));
            X509Certificate cert = (X509Certificate) pr.readObject();
            pr.close();

            // 讀入客戶端私鑰
            PEMReader kr = new PEMReader(new FileReader(prop.get(
            "client_privatekey").toString()), new PasswordFinder() {
                public char[] getPassword() {
                    return "".toCharArray();
                }
            });
            KeyPair key = (KeyPair) kr.readObject();
            kr.close();

            // 建立空JKS
            KeyStore ksKeys = KeyStore.getInstance("JKS");
            ksKeys.load(null, "123456".toCharArray());

            // 導入客戶端私鑰和證書
            ksKeys.setKeyEntry("clientkey", key.getPrivate(), "123456"
            .toCharArray(), new Certificate[] { cert });
            ksKeys.setCertificateEntry("clientcert", cert);

            // 導入根證書作爲trustedEntry,待改進代碼,此處沒用bouncycastle的API,用了應該能簡化點
            FileInputStream cacertfile = new FileInputStream(prop.get("cacert")
            .toString());

            CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509");
            X509Certificate cacert = (X509Certificate) cf
            .generateCertificate(cacertfile);
            cacertfile.close();

            KeyStore.TrustedCertificateEntry trustedEntry = new KeyStore.TrustedCertificateEntry(
            cacert);
            ksKeys.setEntry("ca_root", trustedEntry, null);

            // 構建KeyManager、TrustManager
            KeyManagerFactory kmf = KeyManagerFactory
            .getInstance(KeyManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
            kmf.init(ksKeys, "123456".toCharArray());
            TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory
            .getInstance(TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
            tmf.init(ksKeys);

            // 構建SSLContext
            sslContext = SSLContext.getInstance("SSL");
            sslContext.init(kmf.getKeyManagers(), tmf.getTrustManagers(), null);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return sslContext;
    }
}

SSLCertPath.properties :
cacert=E:\\Ben\\ca2.crt
client_cert=E:\\Ben\\clientcert.crt
client_privatekey=E:\\Ben\\clientkey.pri

調用的時候：
        try {
            sslSocket = (SSLSocket) SSLContextBuild.getSSLContext()
                    .getSocketFactory()
                    .createSocket(HOST, PORT); //HOST like "192.168.1.X";PORT like 8888

            sslSocket.setEnabledProtocols(new String[] { "SSLv3" }); //注意此處要與你服務器端的程序設定一致。現在比較常用的協議是SSLv3/TLSv1。
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();

        }

文章比較老了，特別是pem 的讀取，沒有什麼借鑑意義。不過思路可以考慮，所以轉載下來。