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：

DDLab Inc

SBC-12345789

John Abraham

SB-001

1234

Bipasha Basu

SB-002

2334

Vidya Balan

SB-003

3465

Debadatta Mishra

SB-007

5789

Priti Zinta

SB-009

1234

bHS+6uf8KbJV4AGzoHNHLfnXvKM=

aUEMrCT5dzeOfSNaznzoT0If8WZ8KQcMNXDqtoeseonVk3NqOk9ctcxrf3QVX3wP6810DDRPdI6l

e8ccG64Ge0HjkO+aYC5+c2L/qKBzwtSbl/olJEuFU2DVxBQO+K29TTUJfxpVzC9Zf2pvT+1NRj0f

2/ofHujYZ01D6+YqI8c=

jfAd5uV38L36+lDZJrqfH9oLN86VJezXYfAeU+lrFoHlKAXVJLAi9hKvBHQRer4tPfdez6iSBKsl

6IHkPnVRAKt0xU99uxi5QpymsWAX3qnBqHlw9Z70PwyZ+Xysfw4Q2tK2HtSgUOhMuaUcIf9sbHvf

gbvcRPgxDZZqfIzDmDU=

AQAB

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 过标记进行附加。 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

封外签名

分离签名

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 是邮件中XML文件的子标签。封内数字签名的结构如下：

……

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，也就是说标签是签名XML文件的根元素。封外签名结构如下：

< MyXMLDocument >

……

MyXMLDocument >

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：

……

XML数字签名文件结构如下：

XML中有3个子标签，结构如下：

这里是XML数字签名的根元素，这一点由W3C建议并且必须遵守。元素是你的签名信息；包含了实际的签名以及使用Base64加密的内容；最后表示公钥。让我们再看一下标签，结构如下：

bHS+6uf8KbJV4AGzoHNHLfnXvKM=

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标签的结构如下：

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：

生成一组私钥和公钥。

获得原始XML文件。

通过Java API使用私钥和公钥为原始的XML文件签名，生成带有XML签名的文档。

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

计算元素摘要。

使用公钥解密元素。

比较上面两个值。

计算引用摘要

重新计算元素引用摘要。

将它们与中的摘要比较。

为了验证XML签名文档，需要完成下列步骤

得到XML文档和公钥。

验证 元素的数字签名。

计算 元素的摘要并对值进行比较。

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的摘要值进行验证，验证算法由 元素指定；使用公钥可以验证摘要中 的值是否正确。 引用摘要会在元素中重新计算，并与 元素中对应的 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：

bHS+6uf8KbJV4AGzoHNHLfnXvKM=

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：

bHS+6uf8KbJV4AGzoHNHLfnXvKM=

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：

bHS+6uf8KbJV4AGzoHNHLfnXvKM=

aUEMrCT5dzeOfSNaznzoT0If8WZ8KQcMNXDqtoeseonVk3NqOk9ctcxrf3QVX3wP6810DDRPdI6l

e8ccG64Ge0HjkO+aYC5+c2L/qKBzwtSbl/olJEuFU2DVxBQO+K29TTUJfxpVzC9Zf2pvT+1NRj0f

2/ofHujYZ01D6+YqI8c=

jfAd5uV38L36+lDZJrqfH9oLN86VJezXYfAeU+lrFoHlKAXVJLAi9hKvBHQRer4tPfdez6iSBKsl

6IHkPnVRAKt0xU99uxi5QpymsWAX3qnBqHlw9Z70PwyZ+Xysfw4Q2tK2HtSgUOhMuaUcIf9sbHvf

gbvcRPgxDZZqfIzDmDU=

AQAB

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，感谢大家对脚本之家的支持，如果大家还有不明白的可以在下方留言区讨论。