netty中实现双向认证的SSL连接

1. 前期准备工作

        双向证书认证的双方称为client和server，首先为client和server生成证书。由于仅仅是自己学习使用，因此可以在本地自建一个CA，然后用CA的证书分别签发client和server的证书。CA的创建和签发使用OpenSSL。 
在windows环境上安装OpenSSL，然后依据OpenSSL目录下的openssl.cnf中[ CA_default ]的配置创建相应的文件夹和文件 

demoCA/ —- CA的根目录
|– newcerts/—- CA签发出去的证书
|– private/ —- CA自己的私钥，默认名称是cakey.pem
|– serial —- 存放证书序列号的文件
|– index.txt —- 签发过的证书的记录，文本文件

        serial这个文件中可以初始写入一行记录，包含两个字符01，表示下一个签发的证书采用的序列号是01 
接下来生成CA自己的公私钥（public/private key），生成证书签名请求（CSR, Certificate Signing Request）文件并对该请求进行自签名 

在openssl的根目录下运行 

openssl genrsa -out ./demoCA/private/cakey.pem 2048

genrsa —- 同时生成public key和private key 
很多人将genrsa解释为只生成private key，这是不对的。可以用下面的命令从文件中解出公钥 

openssl rsa -in cakey.pem -pubout > capublickey.pub

注意最后的数字2048表示生成的RSA公私钥的长度
JDK7中对证书检查要求公钥的长度最少为1024位，否则会抛出异常 

java.security.cert.CertPathValidatorException: Algorithm constraints check failed 

该长度限制是可以配置的，配置文件路径是JAVA_HOME/jre/lib/security/java.security 

jdk.certpath.disabledAlgorithms=MD2, RSA keySize < 1024 

然后用上面生成的公私钥文件创建一个证书签名请求文件 
openssl req -new -key ./demoCA/private/cakey.pem -out careq.pem 
req —- 创建CSR或者证书 

-key —- openssl从这个文件中读取private key 

careq.pem的内容格式是 

—–BEGIN CERTIFICATE REQUEST—–
MIICnzCCAYcCAQAwWjELMAkGA1UEBhMCQ04xCzAJBgNVBAgTAlpKMQswCQYDVQQH
… …
ZYu4AZp0VzqnQzCTeYTbC+AsA0RrPVjr95Il46AHvhq2JQpFw8DhrS8Ja1VburI4
ngFK
—–END CERTIFICATE REQUEST—–

最后将该请求文件给CA机构做签名，但我们现在是想在本地建CA，因此自己对该文件进行自签名即可。 

openssl ca -selfsign -in careq.pem -out cacert.pem

其实，上面生成CSR然后做自签名的两个步骤可合并到一步完成 

openssl req -new -x509 -key ./demoCA/private/cakey.pem -out cacert.pem

至此，我们已经建立了自己的CA，接下去来分别签发client和server的证书。


创建client和server的证书、key store和trust store
        以创建client的证书为例。由于jdk自带的keytool工具可以方便的创建key store和公私钥，因此公私钥和csr的创建直接使用keytool 

key store和trust store分别对应于ssl握手证书认证中自己的证书和自己所信任的证书列表，二者的文件格式相同，不同之处是key store里面包含ssl握手一方的公私钥和证书，trust store里面包含ssl握手一方所信任的证书，一般没有这些证书所对应的私钥
生成client的keystore 和key pair 

keytool -genkey -alias client -keyalg RSA -keystore client.keystore -keysize 2048

生成csr 

keytool -certreq -alias client -keystore client.keystore -file client.csr

用本地CA对该csr签名 

client证书中我们想添加证书的一项扩展，比如client id，用来区分client的身份，因此需要额外的一份扩展文件client.cnf，内容如下

[v3_req]
1.2.3.412=ASN1:UTF8String:0000001444

可以将该csr和client.cnf文件拷贝到openssl根目录下，运行 

openssl ca -in client.csr -out client.pem -config ./openssl.cnf -extensions v3_req -extfile client.cnf

将签过名的client.pem导入到keystore文件中 

在导入之前，需要先将CA的证书导入keystore文件 

keytool -keystore client.keystore -importcert -alias CA -file cacert.pem

然后导入client自己的证书。注意alias是client，与生产keystore和key pair的必须匹配 

keytool -keystore client.keystore -importcert -alias client -file client.pem

keystore文件内容的查看可以使用 
keytool -list -v -keystore client.keystore 
或者使用可视化工具KeyStore Explorer查看
5. 创建client的trust store 
由于server的证书也是本地CA签发的，因此client只要信任CA的证书那么自然会信任CA签发出的证书，所以我们只需将CA的证书导入trust store即可 

<span style="white-space:pre">	</span>keytool -import -alias cacert -file cacert.pem -keystore clienttruststore.keystore

由于clienttruststore.keystore文件尚不存在，此命令首先创建该文件并将CA的证书导入该trust store
server的证书和key store和trust store可类似创建 

keytool -genkey -alias server -keyalg RSA -keystore server.keystore -keysize 2048
keytool -certreq -alias server -keystore server.keystore -file server.csr

openssl ca -in server.csr -out server.pem -config ./openssl.cnf

keytool -keystore s
4000
erver.keystore -importcert -alias CA -file cacert.pem
keytool -keystore server.keystore -importcert -alias server -file server.pem
keytool -import -alias ca -file cacert.pem -keystore servertruststore.keystore

2. 创建SSL通讯的client和server
由于netty 5现在只有alpha版本，因此保险起见使用4.0.24.final版本的netty。 

netty的SSLContext提供了newClientContext来为client创建ssl context，但查看其源码未发现能支持双向认证，即client端的ssl context只接收一个trust store，而不能指定自己的证书以供server端校验。仿照netty example下的securechat的ssl实现但做了修改 
首先创建一个能提供client和server的ssl context的工具类，分别加载server和client的key store和trust store里面的证书

public class SslContextFactory
{
private static final String     PROTOCOL    = "TLS";    // TODO: which protocols will be adopted?
private static final SSLContext SERVER_CONTEXT;
private static final SSLContext CLIENT_CONTEXT;

static
{
SSLContext serverContext = null;
SSLContext clientContext = null;

String keyStorePassword = "aerohive";
try
{
KeyStore ks = KeyStore.getInstance("JKS");
ks.load(SslContextFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("cert\\server.keystore"), keyStorePassword.toCharArray());

// Set up key manager factory to use our key store
KeyManagerFactory kmf = KeyManagerFactory.getInstance(KeyManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
kmf.init(ks, keyStorePassword.toCharArray());

// truststore
KeyStore ts = KeyStore.getInstance("JKS");
ts.load(SslContextFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("cert\\servertruststore.keystore"), keyStorePassword.toCharArray());

// set up trust manager factory to use our trust store
TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory.getInstance(TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
tmf.init(ts);

// Initialize the SSLContext to work with our key managers.
serverContext = SSLContext.getInstance(PROTOCOL);
serverContext.init(kmf.getKeyManagers(), tmf.getTrustManagers(), null);

} catch (Exception e)
{
throw new Error("Failed to initialize the server-side SSLContext", e);
}

try
{
// keystore
KeyStore ks = KeyStore.getInstance("JKS");
ks.load(SslContextFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("cert\\client.keystore"), keyStorePassword.toCharArray());

// Set up key manager factory to use our key store
KeyManagerFactory kmf = KeyManagerFactory.getInstance(KeyManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
kmf.init(ks, keyStorePassword.toCharArray());

// truststore
KeyStore ts = KeyStore.getInstance("JKS");
ts.load(SslContextFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("cert\\clienttruststore.keystore"), keyStorePassword.toCharArray());

// set up trust manager factory to use our trust store
TrustManagerFactory tmf = TrustManagerFactory.getInstance(TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm());
tmf.init(ts);
clientContext = SSLContext.getInstance(PROTOCOL);
clientContext.init(kmf.getKeyManagers(), tmf.getTrustManagers(), null);
} catch (Exception e)
{
throw new Error("Failed to initialize the client-side SSLContext", e);
}

SERVER_CONTEXT = serverContext;
CLIENT_CONTEXT = clientContext;
}

public static SSLContext getServerContext()
{
return SERVER_CONTEXT;
}

public static SSLContext getClientContext()
{
return CLIENT_CONTEXT;
}
... ...
}

         io.netty.example.securechat.SecureChatClientInitializer类的构造器接收一个io.netty.handler.ssl.SslContext类型的对象，这个SslContext的对象最终被用来创建SslHandler，而上面factory产生的是javax.net.ssl.SSLContext的对象，因此可以做改动如下 

public class ClientInitializer extends ChannelInitializer
{

private final javax.net.ssl.SSLContext  sslCtx;

public ClientInitializer(javax.net.ssl.SSLContext sslCtx)
{
this.sslCtx = sslCtx;
}

@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception
{
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();

SSLEngine sslEngine = sslCtx.createSSLEngine(Client.HOST, Client.PORT);
sslEngine.setUseClientMode(true);
pipeline.addLast(new SslHandler(sslEngine));

// On top of the SSL handler, add the text line codec.
pipeline.addLast(new DelimiterBasedFrameDecoder(8192, Delimiters.lineDelimiter()));
pipeline.addLast(new StringDecoder());
pipeline.addLast(new StringEncoder());

// and then business logic.
pipeline.addLast(new ClientHandler());
}
}

最后添加jvm参数 

-Djavax.net.debug=ssl,handshake

来查看ssl握手过程控制台的log

具体实现请参考附件源码。
http://download.csdn.net/detail/virgilli/8373319

附录： 

openssl的配置 

对证书签名时，遇到openssl异常failed to update database TXT_DB error 

有可能是因为签名的csr文件的subject中的一项或几项在该CA之前签发过的证书中已经出现过或者是csr中提供的国家/省份等等的名称与CA自己的不相同，这些限制都可以在openssl.cnf文件中修改 

unique_subject=no
[ policy_match ] 

countryName = match 

#stateOrProvinceName = match 

organizationName = match 

organizationalUnitName = optional 

commonName = supplied 

emailAddress = optional