用java数字签名提供xml安全
众所周知，xml在产品和项目开发中起着非常重要的作用。通过xml文档可以获取很多信息，还可以使用xml文件进行crud（增加、查询、更新和 删除）操作。然而值得注意的是，我们如何确保xml中的数据是来自经过认证的可信和可靠的来源。关于xml文件数据的可靠性和真实性存在很多问题。通常的 情况是，开发者直接处理xml文件而不去考虑数据的可靠性。有一些情况提出了上面的所有问题。现实生活中，每当我们从邮局收到一封信件时我们如何确定这封 信是来自我们的朋友？依据可能是他/她的习惯用语、用词或者邮件详细地址。也可能是他/她的个性签名。如今，我们收到的信件可能被某人进行了篡改，添加了 其他内容。基于上述原因，通常我们会验证朋友的手写签名。当然这些是关于来自邮局的普通邮件。电子消息又该如何？我们如何验证电子消息的真实性？这种情况 我们会采用数字签名。本文会对保证数据完整性的xml数字签名技术进行简要介绍，并且展示如何为xml文件附加电子签名及其验证过程。
使用的技术
过去几年里，xml数字签名取得了快速发展，在金融领域尤其如此。在开始讨论之前，让我们考虑一个典型场景：想象一下，某个组织将所有雇员的薪资内 容用xml文件发送给所得税部门。那么现在的问题是：所得税部门如何验证这份xml文件？这就是说，it部门需要验证该组织的敏感信息。it部门需要确保 xml文件的来源可信，并且在it部门收到之前没有经过篡改——也就是说文档的内容没有在传递中被修改。首先，我们需要理解数字签名的概念。数字签名是一 种用来验证文档发自可信方的电子签名。它确保了文档的原始内容在传输中没有受到修改。数字签名可以用于任何加密和非加密消息，因此接收方可以识别发送者的 身份，并确认消息没有被其他人修改。根据维基百科的定义：“数字签名是一种验证数字信息或文档的数学方法”。一个有效的数字签名可以让接收者确认收到的消 息来自已知发送方，发送者不能否认自己发送了此消息（提供认证和不可否认性）并且此消息在传输中未经修改（提供完整性）。数字签名通常被用在软件发布、金 融事务和其他需要检测伪造或篡改的重要场合。
下面让我们来看完整的一个带有数字签名的xml文件：
我要评论
<?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="no"?><salarydeposit>
<organisation>
<name>ddlab inc</name>
<accountno>sbc-12345789</accountno>
</organisation>
<employees>
<emp>
<name>john abraham</name>
<accountno>sb-001</accountno>
<amount>1234</amount>
</emp>
<emp>
<name>bipasha basu</name>
<accountno>sb-002</accountno>
<amount>2334</amount>
</emp>
<emp>
<name>vidya balan</name>
<accountno>sb-003</accountno>
<amount>3465</amount>
</emp>
<emp>
<name>debadatta mishra</name>
<accountno>sb-007</accountno>
<amount>5789</amount>
</emp>
<emp>
<name>priti zinta</name>
<accountno>sb-009</accountno>
<amount>1234</amount>
</emp>
</employees>
<signature xmlns="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#">
<signedinfo>
<canonicalizationmethod algorithm="http://www.w3.org/tr/2001/rec-xml-c14n-20010315"/>
<signaturemethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#rsa-sha1"/>
<reference uri="">
<transforms>
<transform algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature"/>
</transforms>
<digestmethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#sha1"/>
<digestvalue>bhs+6uf8kbjv4agzohnhlfnxvkm=</digestvalue>
</reference>
</signedinfo>
<signaturevalue>
auemrct5dzeofsnaznzot0if8wz8kqcmnxdqtoeseonvk3nqok9ctcxrf3qvx3wp6810ddrpdi6l
e8ccg64ge0hjko+ayc5+c2l/qkbzwtsbl/oljeufu2dvxbqo+k29ttujfxpvzc9zf2pvt+1nrj0f
2/ofhujyz01d6+yqi8c=
</signaturevalue>
<keyinfo>
<keyvalue>
<rsakeyvalue>
<modulus>
jfad5uv38l36+ldzjrqfh9oln86vjezxyfaeu+lrfohlkaxvjlai9hkvbhqrer4tpfdez6isbksl
6ihkpnvrakt0xu99uxi5qpymswax3qnbqhlw9z70pwyz+xysfw4q2tk2htsguohmuaucif9sbhvf
gbvcrpgxdzzqfizdmdu=</modulus>
<exponent>aqab</exponent>
</rsakeyvalue>
</keyvalue>
</keyinfo>
</signature>
</salarydeposit>
上面是一个带有签名的xml文件，该文件可以随时进行验证。文件中包了含雇员名称、帐号和薪资信息。然而，实际的数字签名通 过<signature></signature>标记进行附加。<signature> 标记中的信息提供了文档的真实性。正如你看到的那样，虽然你可以随意修改其中的数据，但是这种修改会在随后的签名验证中被查到。
基本上数字签名有三种类型：
封内签名
这种签名是将签名作为xml对象的子信息，也就是说 <signature>是邮件中xml文件的子标签。封内数字签名的结构如下：
<rootelement> <signature> …… </signature> </ rootelement>
本文会介绍如何创建xml封内数字签名。
封外签名
这种签名将xml文档包含到signature对象，也就是说<signature>标签是签名xml文件的根元素。封外签名结构如下：
<signature > < myxmldocument > …… </ myxmldocument > </signature>
分离签名
这种情况下，签名是独立生成的不作为xml的一部分。也就是说你会拥有两个xml文件：一个待签名的xml文件，另一个是xml签名。下面是分离签名的xml结构：
<signature> …… </signature>
xml数字签名文件结构如下：
<signature xmlns="">
<signedinfo>
<canonicalizationmethod algorithm="" />
<signaturemethod algorithm="" />
<reference uri="">
<transforms>
<transform algorithm="" />
</transforms>
<digestmethod algorithm="" />
<digestvalue></digestvalue>
</reference>
</signedinfo>
<signaturevalue></signaturevalue>
<keyinfo>
<keyvalue>
<rsakeyvalue>
<modulus></modulus>
<exponent></exponent>
</rsakeyvalue>
</keyvalue>
</keyinfo>
</signature>
xml中<signature>有3个子标签，结构如下：
<signature> <signedinfo></signedinfo> <signaturevalue></signaturevalue> <keyinfo></keyinfo> </signature>
这里<signature>是xml数字签名的根元素，这一点由w3c建议并且必须遵守。<signedinfo>元素是你的签名信息；<signaturevalue>包含了实际的签名以及使用base64加密的内容；最后<keyinfo>表示公钥。让我们再看一下<signedinfo>标签，结构如下：
<signedinfo>
<canonicalizationmethod algorithm="http://www.w3.org/tr/2001/rec-xml-c14n-20010315"/>
<signaturemethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#rsa-sha1"/>
<reference uri="">
<transforms>
<transform algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature"/>
</transforms>
<digestmethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#sha1"/>
<digestvalue>bhs+6uf8kbjv4agzohnhlfnxvkm=</digestvalue>
</reference>
</signedinfo>
当使用java创建xml数字签名时，signedinfo对象被用来在数字签名的signature标签内创建元素。这也是w3c建议的xml签名标准中的一部分。
xml标签<keyinfo>的结构如下：
<keyinfo>
<keyvalue>
<rsakeyvalue>
<modulus></modulus>
<exponent></exponent>
</rsakeyvalue>
</keyvalue>
</keyinfo>
keyinfo>标记包含了需要数学计算的相关信息，主要有公钥的系数和指数。
要创建xml数字签名可以遵循下列步骤：
让我们看看使用java生成xml签名的相关代码：
public void generatexmldigitalsignature(string originalxmlfilepath,
string destnsignedxmlfilepath, string privatekeyfilepath, string publickeyfilepath) {
// 获取xml文档对象
document doc = getxmldocument(originalxmlfilepath);
// 创建xml签名工厂
xmlsignaturefactory xmlsigfactory = xmlsignaturefactory.getinstance("dom");
privatekey privatekey = new kryptoutil().getstoredprivatekey(privatekeyfilepath);
domsigncontext domsignctx = new domsigncontext(privatekey, doc.getdocumentelement());
reference ref = null;
signedinfo signedinfo = null;
try {
ref = xmlsigfactory.newreference("", xmlsigfactory.newdigestmethod(digestmethod.sha1, null),
collections.singletonlist(xmlsigfactory.newtransform(transform.enveloped,
(transformparameterspec) null)), null, null);
signedinfo = xmlsigfactory.newsignedinfo(
xmlsigfactory.newcanonicalizationmethod(canonicalizationmethod.inclusive,
(c14nmethodparameterspec) null),
xmlsigfactory.newsignaturemethod(signaturemethod.rsa_sha1, null),
collections.singletonlist(ref));
} catch (nosuchalgorithmexception ex) {
ex.printstacktrace();
} catch (invalidalgorithmparameterexception ex) {
ex.printstacktrace();
}
// 传入公钥路径
keyinfo keyinfo = getkeyinfo(xmlsigfactory, publickeyfilepath);
// 创建新的xml签名
xmlsignature xmlsignature = xmlsigfactory.newxmlsignature(signedinfo, keyinfo);
try {
// 对文档签名
xmlsignature.sign(domsignctx);
} catch (marshalexception ex) {
ex.printstacktrace();
} catch (xmlsignatureexception ex) {
ex.printstacktrace();
}
// 存储签名过的文档
storesigneddoc(doc, destnsignedxmlfilepath);
}
xml签名验证
数字签名的验证包含以下操作：
验证数字签名
为了验证xml签名文档，需要完成下列步骤
让我们看看下面这段xml数字签名示例代码：
public static boolean isxmldigitalsignaturevalid(string signedxmlfilepath, string pubickeyfilepath) throws exception {
boolean validflag = false;
document doc = getxmldocument(signedxmlfilepath);
nodelist nl = doc.getelementsbytagnamens(xmlsignature.xmlns, "signature");
if (nl.getlength() == 0) {
throw new exception("no xml digital signature found, document is discarded");
}
publickey publickey = new kryptoutil().getstoredpublickey(pubickeyfilepath);
domvalidatecontext valcontext = new domvalidatecontext(publickey, nl.item(0));
xmlsignaturefactory fac = xmlsignaturefactory.getinstance("dom");
xmlsignature signature = fac.unmarshalxmlsignature(valcontext);
validflag = signature.validate(valcontext);
return validflag;
}
如上面示例代码所示，xml签名可以通过重新计算<signedinfo>的摘要值进行验证，验证算法由 <signaturemethod>元素指定；使用公钥可以验证<signedinfo>摘要中 的<signaturevalue>值是否正确。 引用摘要会在<signedinfo>元素中重新计算，并与<reference> 元素中对应的<digestvalue> 进行比对。接下来，让我们熟悉一下xml数字签名相关的java组件。
xmlsignaturefactory
xmlsignaturefactory是生成xml文档数字签名的工厂对象。对象的创建如下列代码所示：
xmlsignaturefactory factory = xmlsignaturefactory.getinstance("dom");
domsigncontext
domsigncontext对象用来生成dom树。在创建数字签名的过程中，dom树会被附上xml数字签名。domsigncontext对象要求输入私钥和xml文档的根元素。
reference
reference对象用来在signature 标记的signedinfo内部创建xml数字签名。对象创建的遵循“w3c xml签名文法和处理”规则。reference的基本结构如下：
<reference uri=""> <transforms> <transform algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature"/> </transforms> <digestmethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#sha1"/> <digestvalue>bhs+6uf8kbjv4agzohnhlfnxvkm=</digestvalue> </reference>
signedinfo
类似的，signedinfo对象可以在数字签名的signature标记内部创建元素。创建的规则同样遵循“w3c xml数字签名协议”。signedinfo的基本结构如下：
<signedinfo>
<canonicalizationmethod algorithm="http://www.w3.org/tr/2001/rec-xml-c14n-20010315"/>
<signaturemethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#rsa-sha1"/>
<reference uri="">
<transforms>
<transform algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature"/>
</transforms>
<digestmethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#sha1"/>
<digestvalue>bhs+6uf8kbjv4agzohnhlfnxvkm=</digestvalue>
</reference>
</signedinfo>
xmlsignature
最后，xmlsignature对象用来创建xml文档的封面签名。按照w3c的建议，签名对象应该作为xml数字签名的根元素。
完整的结构如下：
<signature xmlns="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#">
<signedinfo>
<canonicalizationmethod algorithm="http://www.w3.org/tr/2001/rec-xml-c14n-20010315"/>
<signaturemethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#rsa-sha1"/>
<reference uri="">
<transforms>
<transform algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature"/>
</transforms>
<digestmethod algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#sha1"/>
<digestvalue>bhs+6uf8kbjv4agzohnhlfnxvkm=</digestvalue>
</reference>
</signedinfo>
<signaturevalue>auemrct5dzeofsnaznzot0if8wz8kqcmnxdqtoeseonvk3nqok9ctcxrf3qvx3wp6810ddrpdi6l
e8ccg64ge0hjko+ayc5+c2l/qkbzwtsbl/oljeufu2dvxbqo+k29ttujfxpvzc9zf2pvt+1nrj0f
2/ofhujyz01d6+yqi8c=</signaturevalue>
<keyinfo>
<keyvalue>
<rsakeyvalue>
<modulus>jfad5uv38l36+ldzjrqfh9oln86vjezxyfaeu+lrfohlkaxvjlai9hkvbhqrer4tpfdez6isbksl
6ihkpnvrakt0xu99uxi5qpymswax3qnbqhlw9z70pwyz+xysfw4q2tk2htsguohmuaucif9sbhvf
gbvcrpgxdzzqfizdmdu=</modulus>
<exponent>aqab</exponent>
</rsakeyvalue>
</keyvalue>
</keyinfo>
</signature>
为了有一个完成的理解，可以从这里下载完整的netbeans项目代码。
可以用你最喜欢的java ide对项目进行配置；也可以在source文件夹下运行程序。这个项目已经包含了公钥和私钥。如果想要自己生成，可以运行 “testgeneratekeys”类生成一对公钥和私钥。通过指定自己的xmi文件，还可以查看xml签名的生成过程。
以上就是本次我们给大家整理的内容的全部，感谢大家对移动技术网的支持，如果大家还有不明白的可以在下方留言区讨论。
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