9.5.2　实现

Java 6对数字签名算法的支持很有限，除了RSA算法就只有DSA算法了。作者曾寻觅椭圆曲线加密算法许久，但至今未果，在研究Bouncy Castle时意外发现了椭圆曲线数字签名算法ECDSA。

Bouncy Castle支持多种数字签名算法，单纯ECDSA算法系列包括NONEwithECDSA、RIPEMD160withECDSA、SHA1withECDSA、SHA224withECDSA、SHA256withECDSA、SHA384withECDSA和SHA512withECDSA共7种算法。除此之外，Bouncy Castle还支持其他RSA数字签名算法，如SHA224withRSA、SHA256withRSA、SHA384withRSA和SHA512withRSA等。

ECDSA数字签名算法的密钥算法同为“ECDSA”，实现方式与RSA和DSA算法产生密钥的方式相类似。

有关ECDSA算法的Bouncy Castle实现如表9-3所示。

figure_0325_0077

Bouncy Castle未给出ECDSA算法的密钥长度及默认值信息，ECDSA算法密钥生成仅能通过算法材料的方式产生。这也是ECDSA数字签名算法与RSA和DSA数字签名算法在实现方面的主要差异。ECDSA算法密钥构建实现如代码清单9-7所示。

代码清单9-7　ECDSA数字签名算法生成密钥

import java.security.Security；

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider；

//省略

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

BigInteger p=new BigInteger

（"883423532389192164791648750360308885314476597252960362792450860609699839"）；

ECFieldFp ecFieldFp=new ECFieldFp（p）；

BigInteger a=new BigInteger

（"7fffffffffffffffffffffff7fffffffffff8000000000007ffffffffffc"，16）；

BigInteger b=new BigInteger

（"6b016c3bdcf18941d0d654921475ca71a9db2fb27d1d37796185c2942c0a"，16）；

EllipticCurve ellipticCurve=new EllipticCurve（ecFieldFp, a，b）；

BigInteger x=new BigInteger

（"110282003749548856476348533541186204577905061504881242240149511594420911"）；

BigInteger y=new BigInteger

（"869078407435509378747351873793058868500210384946040694651368759217025454"）；

ECPoint g=new ECPoint（x, y）；

BigInteger n=new BigInteger

（"883423532389192164791648750360308884807550341691627752275345424702807307"）；

ECParameterSpec ecParameterSpec=new ECParameterSpec（ellipticCurve, g，n，1）；

//实例化密钥对生成器

KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//初始化密钥对生成器

kpg.initialize（ecParameterSpec, new SecureRandom（））；

作者按照Bouncy Castle提供的资料构建了上述密钥生成代码，该代码主要是为了产生算法参数ECParameterSpec实例ecParameterSpec对象，即构建ECC算法材料。

很遗憾，Bouncy Castle提供的ECDSA算法未能提供自动化密钥生成实现，这可能跟ECC算法自身的实现难度较高有关。

本书旨在介绍Bouncy Castle对于数字签名算法的支持，有关ECC算法的Java API请读者朋友阅读相关文档。完整代码实现如代码清单9-8所示。

代码清单9-8　ECDSA算法实现

import java.math.BigInteger；

import java.security.Key；

import java.security.KeyFactory；

import java.security.KeyPair；

import java.security.KeyPairGenerator；

import java.security.PrivateKey；

import java.security.PublicKey；

import java.security.SecureRandom；

import java.security.Security；

import java.security.Signature；

import java.security.interfaces.ECPrivateKey；

import java.security.interfaces.ECPublicKey；

import java.security.spec.ECFieldFp；

import java.security.spec.ECParameterSpec；

import java.security.spec.ECPoint；

import java.security.spec.EllipticCurve；

import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec；

import java.security.spec.X509EncodedKeySpec；

import java.util.HashMap；

import java.util.Map；

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider；

/**

*ECDSA安全编码组件

*@author梁栋

*@version 1.0

*@since 1.0

*/

public abstract class ECDSACoder{

/**

*数字签名

*密钥算法

*/

private static final String KEY_ALGORITHM="ECDSA"；

/**

*数字签名

*签名/验证算法

*Bouncy Castle支持以下7种算法

*NONEwithECDSA

*RIPEMD160withECDSA

*SHA1withECDSA

*SHA224withECDSA

*SHA256withECDSA

*SHA384withECDSA

*SHA512withECDSA

*/

private static final String SIGNATURE_ALGORITHM="SHA512withECDSA"；

//公钥

private static final String PUBLIC_KEY="ECDSAPublicKey"；

//私钥

private static final String PRIVATE_KEY="ECDSAPrivateKey"；

/**

*初始化密钥

*@return Map密钥Map

*@throws Exception

*/

public static Map＜String, Object＞initKey（）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

BigInteger p=new BigInteger

（"883423532389192164791648750360308885314476597252960362792450860609699839"）；

ECFieldFp ecFieldFp=new ECFieldFp（p）；

BigInteger a=new BigInteger

（"7fffffffffffffffffffffff7fffffffffff8000000000007ffffffffffc"，16）；

BigInteger b=new BigInteger

（6b016c3bdcf18941d0d654921475ca71a9db2fb27d1d37796185c2942c0a"，16）；

EllipticCurve ellipticCurve=new EllipticCurve（ecFieldFp, a，b）；

BigInteger x=new BigInteger

（"1102820037495488564763485335411862045779050615048812422401495115944

20911"）；

BigInteger y=new BigInteger

（"8690784074355093787473518737930588685002103849460406946513687592170

25454"）；

ECPoint g=new ECPoint（x, y）；

BigInteger n=new BigInteger

（"8834235323891921647916487503603088848075503416916277522753454247028

07307"）；

ECParameterSpec ecParameterSpec=new ECParameterSpec（ellipticCurve，

g, n，1）；

//实例化密钥对生成器

KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//初始化密钥对生成器

kpg.initialize（ecParameterSpec, new SecureRandom（））；

//生成密钥对

KeyPair keypair=kpg.generateKeyPair（）；

ECPublicKey publicKey=（ECPublicKey）keypair.getPublic（）；

ECPrivateKey privateKey=（ECPrivateKey）keypair.getPrivate（）；

//封装密钥

Map＜String, Object＞map=new HashMap＜String, Object＞（2）；

map.put（PUBLIC_KEY, publicKey）；

map.put（PRIVATE_KEY, privateKey）；

return map；

}

/**

*取得私钥

*@param keyMap密钥Map

*@return byte[]私钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]getPrivateKey（Map＜String, Object＞keyMap）throws Exception{

Key key=（Key）keyMap.get（PRIVATE_KEY）；

return key.getEncoded（）；

}

/**

*取得公钥

*@param keyMap密钥Map

*@return byte[]公钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]getPublicKey（Map＜String, Object＞keyMap）throws Exception{

Key key=（Key）keyMap.get（PUBLIC_KEY）；

return key.getEncoded（）；

}

/**

*签名

*@param data待签名数据

*@param privateKey私钥

*@return byte[]数字签名

*@throws Exception

*/

public static byte[]sign（byte[]data, byte[]privateKey）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//转换私钥材料

PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec（privateKey）；

//实例化密钥工厂

KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//取私钥匙对象

PrivateKey priKey=keyFactory.generatePrivate（pkcs8KeySpec）；

//实例化Signature

Signature signature=Signature.getInstance（SIGNATURE_ALGORITHM）；

//初始化Signature

signature.initSign（priKey）；

//更新

signature.update（data）；

//签名

return signature.sign（）；

}

/**

*校验

*@param data待校验数据

*@param publicKey公钥

*@param sign数字签名

*@return boolean校验成功返回true失败返回false

*@throws Exception

*/

public static boolean verify（byte[]data, byte[]publicKey, byte[]sign）

throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//转换公钥材料

X509EncodedKeySpec keySpec=new X509EncodedKeySpec（publicKey）；

//实例化密钥工厂

KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//生成公钥

PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic（keySpec）；

//实例化Signature

Signature signature=Signature.getInstance（SIGNATURE_ALGORITHM）；

//初始化Signature

signature.initVerify（pubKey）；

//更新

signature.update（data）；

//验证

return signature.verify（sign）；

}

}

对于上述代码的校验与其他数字签名算法无异，如代码清单9-9所示。

代码清单9-9　ECDSA算法实现测试用例

import static org.junit.Assert.*；

import java.util.Map；

import org.apache.commons.codec.binary.Base64；

import org.apache.commons.codec.binary.Hex；

import org.junit.Before；

import org.junit.Test；

/**

*ECDSA数字签名校验

*@author梁栋

*@version 1.0

*/

public class ECDSACoderTest{

//公钥

private byte[]publicKey；

//私钥

private byte[]privateKey；

/**

*初始化密钥

*@throws Exception

*/

@Before

public void initKey（）throws Exception{

Map＜String, Object＞keyMap=ECDSACoder.initKey（）；

publicKey=ECDSACoder.getPublicKey（keyMap）；

privateKey=ECDSACoder.getPrivateKey（keyMap）；

System.err.println（"公钥：\n"+Base64.encodeBase64String（publicKey））；

System.err.println（"私钥：\n"+Base64.encodeBase64String（privateKey））；

}

/**

*校验

*@throws Exception

*/

@Test

public void test（）throws Exception{

String inputStr="ECDSA数字签名"；

byte[]data=inputStr.getBytes（）；

//产生签名

byte[]sign=ECDSACoder.sign（data, privateKey）；

System.err.println（"签名：\r"+Hex.encodeHexString（sign））；

//验证签名

boolean status=ECDSACoder.verify（data, publicKey, sign）；

System.err.println（"状态：\r"+status）；

//验证

assertTrue（status）；

}

}

ECDSA算法与DSA算法共同的特点在于公钥和密钥长度上的差异，ECDSA算法密钥同样是公钥长度略长于私钥，如下所示：

公钥：

MIIBITCB3gYHKoZIzj0CATCB0gIBATApBgcqhkjOPQEBAh5///////////////9///////+AAAAA

AAB///////8wQAQef///////////////f///////gAAAAAAAf//////8BB5rAWw73PGJQdDWVJIUdcpxqdsv

sn0dN3lhhcKULAoEPQQP+pY83KiBbMwzuGQr7fkFw9NYVz0/J/u9Ozy5qq996+jk6Qpdrm5AVMpTC6BGVLNoG

M4iazn8y3sC8a4CHn///////////////3///55emp9dkHH70VImiJCdCwIBAQM+AARVICaPidHhLwSf3Vu8URt

BaOleb6csh0cmWhBAqkp/hHGCIaN9iMbUyhxUrO3UyegLZvN6wGgBYK7cIy0=

私钥：

MIIBCwIBADCB3gYHKoZIzj0CATCB0gIBATApBgcqhkjOPQEBAh5///////////////9///////+AAAAAAAB///////8wQA

Qef///////////////f///////gAAAAAAAf//////8BB5rAWw73PGJQdDWVJIUdcpxqdsvsn0dN3lhhcKULAoEPQQP+pY83

KiBbMwzuGQr7fkFw9NYVz0/J/u9Ozy5qq996+jk6Qpdrm5AVMpTC6BGVLNoGM4iazn8y3sC8a4CHn///////////////3///55emp

9dkHH70VImiJCdCwIBAQQlMCMCAQEEHi4tPTGcWH8OxoPquDEuYTmmobCqO/GC696avIFEJw==

签名验证结果如下所示：

签名：

3040021e66913eccf0cb3ccb16b224ee6c53069ccea90a3da89d113c7d585bcedd35021e2707af2442e2d1

4ad68b364a0a068e39896daed5daed09df676b8e521e0c

状态：

true

作者根据Bouncy Castle提供的资料构建了ECDSA算法实现，其密钥的产生主要依赖于算法参数。ECDSA算法参数构建复杂，需要对算法相关的数学公式有一定的了解。上述签名长度是否与密钥长度或待签名信息有关，我们无从得知。