使用openssl生成及验证Java签名内容

Myth丶恋晨 2023-10-07 10:04 15阅读 0赞

## 1. 前言 ##

在与合作方进行通信时，为了保证数据完整性，通常会使用数字签名。

有时由于合作方的理解不一致，或使用方法不正确，可能导致合作方生成签名或验证签名时失败。

在遇到以上情况时，通常比较难快速定位问题，可以使用openssl对签名进行检查，确认导致验证签名失败的具体原因。

以下需要使用keytool与openssl命令，可查看[https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/keytool.html、https://www.openssl.org/docs/manmaster/man1/][https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_tools_unix_keytool.html_https_www.openssl.org_docs_manmaster_man1]。

以下假设应用程序使用Java开发，将密钥对内容保存keystore文件中，生成keystore文件时密钥算法为RSA，签名算法为SHA256withRSA。

keystore文件生成命令略。

## 2. 使用openssl验证Java签名结果 ##

使用openssl命令可以验证Java生成的签名结果是否正确。

首先需要将keystore文件中的公钥导出，再使用openssl命令根据公钥对签名进行验证。

### 2.1 导出公钥 ###

在将keystore文件中的公钥导出时，需要先从keystore文件导出X.509证书文件，再从X.509证书文件导出公钥。

l 导出X.509证书文件

使用Java的keytool命令从keystore文件导出X.509证书文件，命令如下。

当指定-rfc选项时，导出的证书文件为Base64格式；若不指定-rfc选项，导出的证书文件为二进制格式。

导出成功时，提示为“Certificate stored in file <...>”。

导出后的证书文件内容如下所示：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> -----BEGIN CERTIFICATE----- MIIDCTCCAfGgAwIBAgIEDt12JDANBgkqhkiG9w0BAQsFADA1MQ8wDQYDVQQKDAZvX3Rlc3QxEDAO ... E1phqmUG9Yz7jOuap4AxkTjsj1VH2Y7u9T5jhVCqrumKxLy9QwYbZQ== -----END CERTIFICATE----- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

l 导出公钥

使用openssl的x509命令从X.509证书文件导出公钥，命令如下。

使用-noout选项可以不显示证书文件内容，使用-pubkey选项可以以PEM格式输出证书的公钥信息。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> exportcert=[前一步导出的证书文件名/完整路径] publickey=[需要导出的公钥文件名/完整路径] &nbsp; openssl x509 -in $exportcert -noout -pubkey &gt; $publickey </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> 示例： exportcert=test.cer publickey=public.pem openssl x509 -in $exportcert -noout -pubkey &gt; $publickey </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

导出后的公钥文件内容如下所示：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> -----BEGIN PUBLIC KEY----- MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAwS18K4RE0BHIZ8a1h08w ... zwIDAQAB -----END PUBLIC KEY----- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 2.2 验证签名 ###

使用openssl的dgst命令的-verify选项对Java生成的签名结果进行验证，命令如下。

签名结果的生成算法：需要指定生成签名结果时使用的算法，dgst命令支持的算法包括“-md5|-md4|-md2|-sha1|-sha|-mdc2|-ripemd160|-dss1”等。当Java程序生成签名结果使用“MD5withRSA/Sha1withRSA/Sha256withRSA”算法时，该参数应指定为“md5/sha1/sha256”。

二进制的签名结果文件：需要指定Java生成的签名结果文件，该文件内容应为二进制，不能经过其他编码处理。

生成签名的原始数据文件：需要指定为Java生成签名结果时使用的原始数据保存的文件，文件内容应仅包含签名原始数据，不能包含多余的内容，如回车换行等。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> algorithm=[签名结果的生成算法] publickey=[前一步导出的公钥文件名/完整路径] sign_data=[二进制的签名结果文件名/完整路径] src_file=[生成签名的原始数据文件名/完整路径] openssl dgst -$algorithm -verify $publickey -signature $sign_data &lt; $src_file </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> 示例： algorithm=sha256 publickey=public.pem sign_data=Sha256withRSA.sign src_file=src.txt openssl dgst -$algorithm -verify $publickey -signature $sign_data &lt; $src_file </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

当验证签名通过时，提示“Verified OK”；当验证签名不通过时，提示“Verification Failure”；当指定的参数错误时，提示为其他。

## 3. 使用openssl生成签名 ##

使用openssl命令可以生成签名。

首先需要将keystore文件中的私钥导出，再使用openssl命令根据私钥对数据进行签名。

### 3.1 导出私钥 ###

在将keystore文件中的私钥导出时，需要先从keystore文件导出P12文件（包含私钥与证书），再从P12文件导出私钥。

l 导出P12文件

使用Java的keytool命令从keystore文件导出P12文件，命令如下。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> keystore=[需要导出的keystore文件名/完整路径] alias=[keystore文件需要导出证书文件的别名] storepass=[keystore文件的密码] keypass=[keystore文件中alias对应的密钥的密码] p12_file=[生成的p12文件名/完整路径] p12_pwd=[生成的p12文件的密码] &nbsp; keytool -importkeystore -srckeystore $keystore -destkeystore $p12_file -srcstoretype JKS -deststoretype PKCS12 -srcstorepass $storepass -deststorepass $p12_pwd -srcalias $alias -destalias $alias -srckeypass $keypass -destkeypass $p12_pwd </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> 示例： &nbsp; keystore=test.jks alias=test_alias storepass=test_pwd keypass=test_pwd p12_file=tmp.p12 p12_pwd=test_p12_pwd &nbsp; keytool -importkeystore -srckeystore $keystore -destkeystore $p12_file -srcstoretype JKS -deststoretype PKCS12 -srcstorepass $storepass -deststorepass $p12_pwd -srcalias $alias -destalias $alias -srckeypass $keypass -destkeypass $p12_pwd </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

导出成功时，无提示信息。

导出的P12文件为二进制形式。

l 导出私钥

使用openssl的pkcs12与rsa命令从P12文件导出私钥（生成keystore时选择的密钥算法为RSA，此时需要使用openssl的rsa命令），命令如下。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> p12_file=[生成的p12文件名/完整路径] p12_pwd=[生成的p12文件的密码] tmp_pem=[导出的包含私钥与证书的临时文件名/完整路径] final_pem=[导出的最终私钥文件名/完整路径] &nbsp; openssl pkcs12 -in $p12_file -nodes -out $tmp_pem -passin pass:$p12_pwd openssl rsa -in $tmp_pem &gt; $final_pem </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> 示例： p12_file=tmp.p12 p12_pwd=test_p12_pwd tmp_pem=tmp.pem final_pem=final.pem &nbsp; openssl pkcs12 -in $p12_file -nodes -out $tmp_pem -passin pass:$p12_pwd openssl rsa -in $tmp_pem &gt; $final_pem </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

首先使用openssl的pkcs12命令，将二进制形式的P12文件中的证书与私钥信息输出，指定-nodes选项，使输出私钥时不加密。pkcs12命令执行成功时，提示“MAC verified OK”。生成的包含证书与私钥信息的文件内容如下所示：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> Bag Attributes &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;friendlyName: test_alias &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;localKeyID: 54 69 6D 65 20 31 35 35 33 36 39 30 32 30 37 33 39 34 Key Attributes: &lt;No Attributes&gt; -----BEGIN PRIVATE KEY----- MIIEvgIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCBKgwggSkAgEAAoIBAQCSXEfNNyk+5FtY ... bqXK9vOoY4w+pCshUrDD7SFk -----END PRIVATE KEY----- Bag Attributes &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;friendlyName: test_alias &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;localKeyID: 54 69 6D 65 20 31 35 35 33 36 39 30 32 30 37 33 39 34 subject=/O=o_test/OU=ou_test/CN=cn.test issuer=/O=o_test/OU=ou_test/CN=cn.test -----BEGIN CERTIFICATE----- MIIDCTCCAfGgAwIBAgIER2IkjTANBgkqhkiG9w0BAQsFADA1MQ8wDQYDVQQKDAZv ... Sso9pt+lcXEhKw3zWw== -----END CERTIFICATE----- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

再使用openssl的rsa命令，将包含证书与私钥信息的文件内容导出为RSA私钥。rsa命令执行成功时，提示“writing RSA key”。

导出后的私钥文件内容如下所示：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> -----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- MIIEpAIBAAKCAQEAwS18K4RE0BHIZ8a1h08wu8rypMbYirOQxcsdWEIl6eRz4m6o ... t0p8ij9YNGzM5a8uDRZpIdOm3Z6X20d+PKj5Ucl+ns2SObSuSatSfw== -----END RSA PRIVATE KEY----- </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 3.2 生成签名 ###

使用openssl的dgst命令的-sign选项生成签名内容，命令如下。

签名结果的生成算法：略，见前文。

生成的签名内容的文件：指定签名内容需要保存到哪个文件。

生成签名的原始数据文件：指定生成签名内容时使用的原始数据的文件，文件内容应仅包含签名原始数据，不能包含多余的内容，如回车换行等。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> algorithm=[签名结果的生成算法] privatekey=[前一步导出的私钥文件名/完整路径] sign_file=[生成的签名内容的文件名/完整路径] src_file=[生成签名的原始数据文件名/完整路径] &nbsp; openssl dgst -$algorithm -sign $privatekey &lt;$src_file &gt; $sign_file </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:414.8pt;"> 示例： algorithm=sha256 privatekey=final.pem sign_file=sha256.sign src_file=src.txt &nbsp; openssl dgst -$algorithm -sign $privatekey &lt;$src_file &gt; $sign_file </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

生成的签名内容为二进制形式，可以与Java生成的签名内容比较是否一致。

[https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_tools_unix_keytool.html_https_www.openssl.org_docs_manmaster_man1]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/keytool.html%E3%80%81https:/www.openssl.org/docs/manmaster/man1/