"Almost no one will remember what he had just not interested." - Nobody
“几乎没有人会记得他所丝毫不感兴趣的事情。” —— 佚名
0x00 大纲
目录- 0x00 大纲
- 0x01 前言
- 0x02 技术选型
-
0x03 需求分析
- 目标用户
- 用户故事
- 功能需求
- 安全需求
- 兼容需求
- 性能需求
-
0x04 原型设计
- 主窗体
- RSA根证书生成页面
- ECC根证书生成页面
- RSA证书生成页面
- ECC证书生成页面
- 0x05 架构设计
- 0x06 概要设计
- 0x07 详细设计
-
0x08 编码实现
- RSA根证书生成（节选关键部分）
- ECC根证书生成
-
0x09 小结
- 运行效果
0x01 前言
随着这些年人们对于信息安全的愈加重视，工作中经常用到各种数字证书，最主要的用途就是加密和签名。但是反复生成用于测试的数字证书是一件麻烦事，虽然感谢有强大的OpenSSL工具，但是问就是记不住命令，问就是不想看文档。为了提高工作效率，降低苦痛指数，遂决定开发一个证书生成小工具。
0x02 技术选型
我们需要一个简单的GUI，在Java的领域中，可以选择使用JavaFX或着Swing来实现，鉴于我们不需要太花哨的东西，只需要几个简单的布局和控件，这里选择了使用Swing来开发图形界面。小声BB：甲方是我，乙方也是我，能用就行，要啥自行车。
我们需要用到RSA或着国密的数字证书，凑巧BouncyCastle就是一个提供了很多哈希算法和加密算法的第三方库。老牌子，易使用。
初步估计工期为一周，太长容易从入门到放弃，太短则对心脏不友好。
0x03 需求分析
目标用户
- 给开发人员用
- 给业务人员用
- 给测试人员用
用户故事
作为使用者：
- 我需要工具同时支持生成RSA和国密的证书；
- 我想简单点几下按钮就能生成自己想要的证书，我不想记一大串又臭又长的命令行；
- 我不希望到处搜索一堆奇奇怪怪的参数，最好什么都不用我填，什么都不用我自己思考；
- 什么YES or NO统统不要，问就是YES......
- 我希望你界面尽量不要太花哨，时间长了看的我眼花；
- 最好支持批量操作，免得折了我鼠标的寿。
功能需求
- 使用GUI操作的小工具，包含四个功能菜单：
- RSA根证书生成
- RSA证书生成
- ECC根证书生成，支持批量操作；
- ECC证书生成，支持批量操作；
- 生成的同时通过文件选择对话框选择保存路径；
- RSA根证书签发：
- 可以根据选定的密钥算法和签名算法，生成RSA和国密的非对称密钥对，默认使用123456对私钥进行加密，可指定密码，也可一键生成随机密码；
- 证书
- 对于同一对密钥，需要同时导出：
- DER编码的PKCS#8加密私钥，文件后缀名为.key；
- PEM编码的PKCS#8加密私钥，文件后缀名为.pri.pem；
- PEM编码的X.509公钥，文件后缀名为.pub.pem；
- DER编码的X.509公钥，文件后缀名为.cer；
- 同时包含X.509公钥和PKCS#8加密私钥的PKCS#12证书，文件后缀名为.pfx；
- 包含私钥密码的文本文件，文件后缀为.txt；
以上文件在一个压缩包中打包导出，压缩文件后缀为.zip；
- RSA证书签发：
- 使用选定的根证书，签发中间证书或叶子证书；
- 导出要求同上；
- ECC证书签发：
- 同RSA根证书签发；
- ECC证书签发：
- 使用国密sm2p256v1曲线，其余同RSA证书签发；
- 对于RSA证书，拟支持2048（首选）、1024、4096密钥位数，支持SHA1withRSA、SHA256withRSA、MD5withRSA签名算法；
- 对于ECC证书，拟支持sm2p256v1曲线，支持SM3withSM2、SHA256withSM2签名算法；
- 证书颁发者信息至少包含：
- country code (C)
- locality name (L)
- state/province name (ST)
- organization (O)
- common name (CN)
- organizational unit name (OU)
最好都有默认值，能不填就尽量不要填，免得浪费我喝咖啡的时间；
- 证书使用者信息默认同颁发者信息；
- 证书有效期默认十年（部分系统不允许过长的证书有效期，第一个版本不考虑这么多）；
安全需求
略，见功能需求加密部分。
兼容需求
应与操作系统和其他软硬加密机生成的证书互相兼容。
性能需求
能用就行。
0x04 原型设计
有了大体上的功能需求分析，就可以进入设计阶段了，既然是GUI程序，那就先从界面入手，简单做一下原型。正好idea上带有Swing UI Designer，所见即所得，原型可以直接转化为后期工程。
主窗体
使用JTabbedPane作为容器，承载四个主要功能菜单，简化交互设计。再加上四个功能界面功能上高度相似，也意味着GUI元素的高度相似，只要设计出一个，其他几个直接Ctrl+C，Ctrl+V即可。
为了减少动态窗体大小带来的布局调整和元素Resize，直接使用固定大小窗体，初步定为 640*560 像素。
RSA根证书生成页面
大部分GUI元素都是按钮（JButton），下拉框（JComboBox）和输入框（JTextField or JPasswordField），因此可以考虑左边为标签（JLabel），右边为交互元素的表单结构，首选布局即为Grid Layout。剩下的就是往JPanel上扔控件了。经过一番努力，我们得到了这样的窗体设计：
于是通过复制粘贴，很快可以完成剩余的三个界面：
ECC根证书生成页面
RSA证书生成页面
ECC证书生成页面
0x05 架构设计
由于证书生成工具的定位是C端程序，区别于B/S模型的应用，它更适合使用传统老三层模型（USL、BLL、DAL），而不是Web应用上经常使用的MVC分层模式。
通过前面的原型设计，已经基本完成了USL表示层中的视图部分，接下来需要实现USL的控制部分和BLL层的业务逻辑（其实就是实现各个控件需要关注的事件监听以及对应的事件处理），由于我们的数据持久方式就是文件，所以数据访问层反而比较简单了。
DAL层虽然简单，但是我们保持开放修改的后路，万一哪天要用数据库呢？嘿嘿~
0x06 概要设计
通过需求分析和原型设计已经大致可以划分出功能模块了，核心部分就是几个按钮的事件监听和处理。
它们都可以统合到一个流程模型中：
参数录入->点击按钮->获取参数->验证参数->生成数据->更新UI
以生成RSA根证书处理流程为例：
- 参数录入：界面上选择密钥位数、签名算法、证书密码（可选）、证书颁发者信息（可选）；
- 点击按钮：监听按钮点击事件；
- 获取参数：获取UI和后台的相关参数；
- 验证参数：进行参数合法性检查，包括但不限于长度，格式，关联性等；
- 生成数据：根据参数，调用BouncyCastle库生成RSA密钥对；适配和打包输出压缩文件；
- 更新UI：提示生成结果，选择文件存储路径等；
异常处理：
- 界面弹出提示框；
- 后台记录日志等；
0x07 详细设计
将主业务流程的各个节点展开并详细描述其实现，必要时借助伪代码进行逻辑表示；这里就不写了，问就是懒……
0x08 编码实现
RSA根证书生成（节选关键部分）
public final class RSA {
public static final String MD5_WITH_RSA = "MD5withRSA";
public static final String SHA1_WITH_RSA = "SHA1withRSA";
public static final String SHA256_WITH_RSA = "SHA256withRSA";
public static final int KEY_SIZE_1024 = 1024;
public static final int KEY_SIZE_2048 = 2048;
public static final int KEY_SIZE_4096 = 4096;
private RSA() {
}
public static KeyPair generateKeyPair(int keySize) throws NoSuchAlgorithmException {
if ((keySize & keySize - 1) != 0) {
throw new InvalidParameterException("非法RSA密钥位数" + keySize);
}
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(Global.ALGO_NAME_RSA);
keyPairGenerator.initialize(keySize);
return keyPairGenerator.generateKeyPair();
}
}
private ActionListener rsaRootGenerateButtonListener() {
return e -> {
try {
checkRSARootCertificateConfig();
JFileChooser fileChooser = makeSaveFileChooser();
if (JFileChooser.APPROVE_OPTION == fileChooser.showSaveDialog(mainFrame)) {
String saveDir = fileChooser.getSelectedFile().getAbsolutePath();
char[] passwordChars = rsaRootPasswordField.getPassword();
X500Name issuer = obtainIssuerEntry(rsaIssuerCField, rsaIssuerLField, rsaIssuerSTField, rsaIssuerOField, rsaIssuerCNField, rsaIssuerOUField).getValue();
KeyPair caKeyPair = RSA.generateKeyPair(rsaRootKeySizeBox.getItemAt(rsaRootKeySizeBox.getSelectedIndex()));
X509Certificate caCertificate = CertificateUtil.generateCertificate(rsaRootSignAlgoBox.getItemAt(rsaRootSignAlgoBox.getSelectedIndex()), caKeyPair, issuer);
caCertificate.checkValidity(caCertificate.getNotBefore());
caCertificate.checkValidity(caCertificate.getNotAfter());
caCertificate.verify(caKeyPair.getPublic());
PKCS8EncryptedPrivateKeyInfo caPrivateKeyInfo = KeyUtil.makePKCS8EncryptedKey(caKeyPair.getPrivate(), passwordChars);
PKCS12PfxPdu caPfxPdu = KeyUtil.makePfx(caCertificate, caKeyPair.getPrivate(), passwordChars);
saveCertificateFiles(saveDir, rsaIssuerCNField.getText(), caPrivateKeyInfo, caCertificate, caPfxPdu, passwordChars);
}
} catch (RuntimeException | IOException | GeneralSecurityException | OperatorCreationException | PKCSException ex) {
JOptionPane.showMessageDialog(mainFrame, ex.getLocalizedMessage(), "错误提示", JOptionPane.ERROR_MESSAGE);
}
};
}
public static X509Certificate generateCertificate(String signatureAlgorithm, KeyPair keyPair, X500Name subject) throws OperatorCreationException, IOExcepti
return generateCertificate(signatureAlgorithm, keyPair, subject, Duration.ofDays(365L * 10));
}
public static X509Certificate generateCertificate(String signatureAlgorithm, KeyPair keyPair, X500Name subject, Duration duration) throws OperatorCreationE
ContentSigner contentSigner = makeContentSigner(signatureAlgorithm, keyPair.getPrivate());
PKCS10CertificationRequest csr = generateCsr(contentSigner, keyPair, subject, true);
BcX509ExtensionUtils extUtils = new BcX509ExtensionUtils();
final Date notBefore = new Date();
X509v3CertificateBuilder v3CertificateBuilder = new X509v3CertificateBuilder(
csr.getSubject(),
BigInteger.valueOf(UUID.randomUUID().getMostSignificantBits() & Long.MAX_VALUE),
notBefore,
new Date(notBefore.getTime() + duration.toMillis()),
Locale.CHINA,
csr.getSubject(),
csr.getSubjectPublicKeyInfo());
v3CertificateBuilder.addExtension(Extension.basicConstraints, true, new BasicConstraints(true));
v3CertificateBuilder.addExtension(Extension.keyUsage, true, new KeyUsage(KeyUsage.keyCertSign | KeyUsage.cRLSign));
v3CertificateBuilder.addExtension(Extension.subjectKeyIdentifier, false, extUtils.createSubjectKeyIdentifier(csr.getSubjectPublicKeyInfo()));
v3CertificateBuilder.addExtension(Extension.authorityKeyIdentifier, false, extUtils.createAuthorityKeyIdentifier(csr.getSubjectPublicKeyInfo()));
return new JcaX509CertificateConverter().setProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME).getCertificate(v3CertificateBuilder.build(contentSigner));
}
public static PKCS8EncryptedPrivateKeyInfo makePKCS8EncryptedKey(PrivateKey privateKey, char[] passwordChars) {
PKCS8EncryptedPrivateKeyInfoBuilder privateKeyInfoBuilder = new JcaPKCS8EncryptedPrivateKeyInfoBuilder(privateKey);
return privateKeyInfoBuilder.build(new BcPKCS12PBEOutputEncryptorBuilder(
PKCSObjectIdentifiers.pbeWithSHAAnd3_KeyTripleDES_CBC,
new CBCBlockCipher(new DESedeEngine())).build(passwordChars));
}
public static PKCS12PfxPdu makePfx(X509Certificate x509Certificate, PrivateKey privateKey, char[] passwordChars) throws IOException, PKCSException {
PKCS12SafeBagBuilder certBagBuilder = new JcaPKCS12SafeBagBuilder(x509Certificate);
certBagBuilder.addBagAttribute(PKCSObjectIdentifiers.pkcs_9_at_friendlyName, new DERBMPString("Forge CA Certification"));
certBagBuilder.addBagAttribute(PKCSObjectIdentifiers.pkcs_9_at_localKeyId, ASN1Primitive.fromByteArray(x509Certificate.getExtensionValue(Extension.subjectKeyIdentifier.getId())));
PKCS12SafeBagBuilder keyBagBuilder = new JcaPKCS12SafeBagBuilder(privateKey,
new BcPKCS12PBEOutputEncryptorBuilder(
PKCSObjectIdentifiers.pbeWithSHAAnd3_KeyTripleDES_CBC,
new CBCBlockCipher(new DESedeEngine())).build(passwordChars));
keyBagBuilder.addBagAttribute(PKCSObjectIdentifiers.pkcs_9_at_friendlyName, new DERBMPString("Forge CA Key"));
keyBagBuilder.addBagAttribute(PKCSObjectIdentifiers.pkcs_9_at_localKeyId, ASN1Primitive.fromByteArray(x509Certificate.getExtensionValue(Extension.subjectKeyIdentifier.getId())));
PKCS12PfxPduBuilder pfxPduBuilder = new PKCS12PfxPduBuilder();
PKCS12SafeBag[] certs = new PKCS12SafeBag[1];
certs[0] = certBagBuilder.build();
pfxPduBuilder.addEncryptedData(new BcPKCS12PBEOutputEncryptorBuilder(
PKCSObjectIdentifiers.pbeWithSHAAnd40BitRC2_CBC,
new CBCBlockCipher(new RC2Engine())).build(passwordChars),
certs);
pfxPduBuilder.addData(keyBagBuilder.build());
return pfxPduBuilder.build(new BcPKCS12MacCalculatorBuilder(), passwordChars);
}
ECC根证书生成
略，与RSA大同小异。
0x09 小结
运行效果
完成任务。
