java SSLContext

1. 什么是SSLSocket

JDK文档指出，SSLSocket扩展Socket并提供使用SSL或TLS协议的安全套接字。

这种套接字是正常的流套接字，但是它们在基础网络传输协议(如TCP)上添加了安全保护层。

具体安全方面的讨论见下一篇。本篇重点关注SSLSocket及相关几个类的使用。

2. SSLSocket和相关类

SSLSocket来自jsse(JavaSecure Socket Extension)。

(1)SSLContext: 此类的实例表示安全套接字协议的实现，它是SSLSocketFactory、SSLServerSocketFactory和SSLEngine的工厂。

(2)SSLSocket: 扩展自Socket

(3)SSLServerSocket: 扩展自ServerSocket

(4)SSLSocketFactory: 抽象类，扩展自SocketFactory, SSLSocket的工厂

(5)SSLServerSocketFactory: 抽象类，扩展自ServerSocketFactory, SSLServerSocket的工厂

(6)KeyStore: 表示密钥和证书的存储设施

(7)KeyManager: 接口，JSSE密钥管理器

(8)TrustManager: 接口，信任管理器(?翻译得很拗口)

(9)X590TrustedManager: TrustManager的子接口，管理X509证书，验证远程安全套接字

3. SSLContext的使用

Java代码

public static void main(String[] args) throws Exception {
X509TrustManager x509m = new X509TrustManager() {
@Override
public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() {
return null;
}
@Override
public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain,
String authType) throws CertificateException {
}
@Override
public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain,
String authType) throws CertificateException {
}
};
// 获取一个SSLContext实例
SSLContext s = SSLContext.getInstance("SSL");
// 初始化SSLContext实例
s.init(null, new TrustManager[] { x509m },
new java.security.SecureRandom());
// 打印这个SSLContext实例使用的协议
System.out.println("缺省安全套接字使用的协议: " + s.getProtocol());
// 获取SSLContext实例相关的SSLEngine
SSLEngine e = s.createSSLEngine();
System.out
.println("支持的协议: " + Arrays.asList(e.getSupportedProtocols()));
System.out.println("启用的协议: " + Arrays.asList(e.getEnabledProtocols()));
System.out.println("支持的加密套件: "
+ Arrays.asList(e.getSupportedCipherSuites()));
System.out.println("启用的加密套件: "
+ Arrays.asList(e.getEnabledCipherSuites()));
}

运行结果如下:

SSLContext.getProtocol(): 返回当前SSLContext对象的协议名称

SSLContext.init(): 初始化当前SSLContext对象。三个参数均可以为null。详见JDK文档。

SSLEngine.getSupportedProtocols()等几个方法可以返回些 Engine上支持/已启用的协议、支持/已启用的加密套件

4. SSLSocket和SSLServerSocket的使用

这两个类的用法跟Socket/ServerSocket的用法比较类似。看下面的例子(主要为了验证SSLSocket的用法，I/O和多线程处理比较随意)

4.1 SSLServerSocket

(1)新建一个SSLServerSocket，并开始监听来自客户端的连接

Java代码

// 抛出异常
// javax.net.ssl.SSLException: No available certificate or key corresponds
// to the SSL cipher suites which are enabled.
public static void notOk() throws IOException {
SSLServerSocketFactory factory = (SSLServerSocketFactory) SSLServerSocketFactory
.getDefault();
SSLServerSocket server = (SSLServerSocket) factory
.createServerSocket(10000);
System.out.println("ok");
server.accept();
}

server.accept()处抛出异常，提示缺少证书。与ServerSocket不同， SSLServerSocket需要证书来进行安全验证。

使用keytool工具生成一个证书。步骤如下，得到一个名为cmkey的证书文件

(2)重新完善上面的代码。主要增加两个功能：使用名为cmkey的证书初始化SSLContext, echo客户端的消息。代码如下

Java代码

// 启动一个ssl server socket
// 配置了证书, 所以不会抛出异常
public static void sslSocketServer() throws Exception {
// key store相关信息
String keyName = "cmkey";
char[] keyStorePwd = "123456".toCharArray();
char[] keyPwd = "123456".toCharArray();
KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
// 装载当前目录下的key store. 可用jdk中的keytool工具生成keystore
InputStream in = null;
keyStore.load(in = Test2.class.getClassLoader().getResourceAsStream(
keyName), keyPwd);
in.close();
// 初始化key manager factory
KeyManagerFactory kmf = KeyManagerFactory.getInstance(KeyManagerFactory
.getDefaultAlgorithm());
kmf.init(keyStore, keyPwd);
// 初始化ssl context
SSLContext context = SSLContext.getInstance("SSL");
context.init(kmf.getKeyManagers(),
new TrustManager[] { new MyX509TrustManager() },
new SecureRandom());
// 监听和接收客户端连接
SSLServerSocketFactory factory = context.getServerSocketFactory();
SSLServerSocket server = (SSLServerSocket) factory
.createServerSocket(10002);
System.out.println("ok");
Socket client = server.accept();
System.out.println(client.getRemoteSocketAddress());
// 向客户端发送接收到的字节序列
OutputStream output = client.getOutputStream();
// 当一个普通 socket 连接上来, 这里会抛出异常
// Exception in thread "main" javax.net.ssl.SSLException: Unrecognized
// SSL message, plaintext connection?
InputStream input = client.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int len = input.read(buf);
System.out.println("received: " + new String(buf, 0, len));
output.write(buf, 0, len);
output.flush();
output.close();
input.close();
// 关闭socket连接
client.close();
server.close();
}

4.2 SSLSocket

(1)我们先使用一个普通的Socket尝试连接服务器端

Java代码

// 通过socket连接服务器
public static void socket() throws UnknownHostException, IOException {
Socket s = new Socket("localhost", 10002);
System.out.println(s);
System.out.println("ok");
OutputStream output = s.getOutputStream();
InputStream input = s.getInputStream();
output.write("alert".getBytes());
System.out.println("sent: alert");
output.flush();
byte[] buf = new byte[1024];
int len = input.read(buf);
System.out.println("received:" + new String(buf, 0, len));
}

结果客户端和服务器端都出错。客户端的错误是接收到乱码。

服务器则抛出异常

javax.NET.ssl.SSLException: Unrecognized SSL message, plaintext connection?

(2)改成SSLSocket，但是不使用证书。客户端抛出sun.security.provider.certpath.SunCertPathBuilderException: unable to find valid certification path to requested target

Java代码

// 不使用证书, 通过ssl socket连接服务器
// 抛出异常, 提示找不到证书
public static void sslSocket() throws UnknownHostException, IOException {
SSLSocketFactory factory = (SSLSocketFactory) SSLSocketFactory
.getDefault();
SSLSocket s = (SSLSocket) factory.createSocket("localhost", 10002);
System.out.println("ok");
OutputStream output = s.getOutputStream();
InputStream input = s.getInputStream();
output.write("alert".getBytes());
System.out.println("sent: alert");
output.flush();
byte[] buf = new byte[1024];
int len = input.read(buf);
System.out.println("received:" + new String(buf, 0, len));
}

程序客户在不持有证书的情况下直接进行连接，服务器端会产生运行时异常javax.Net.ssl.SSLHandshakeException: Received fatal alert: certificate_unknown，不允许进行连接。我们可以指定像下面这样执行客户端，服务器端可以成功echo客户端的发出的字符串"alert"

Java -Djavax.net.ssl.trustStore=cmkey Client

这里的cmkey即前面生成的证书文件。

(3)改成SSLSocket，对SSLContext进行如下初始化。

Java代码