如何在 Java 中将私钥写入受密码保护的 DER 格式？

Question

我有一个在 Java 中生成的 RSA 密钥对，我需要以编程方式将私钥写入运行此命令时 openssl 执行的相同格式（并输入适当的提示数据，即保护私钥的密码：

openssl req -out request.csr -newkey rsa:2048 -keyout privkeyfile

生成密钥对的Java代码非常标准：

KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyGen.initialize(2048);
KeyPair keyPair = keyGen.genKeyPair();

openssl 命令（在我的 Windows 机器上）的运行ning 示例输出是：

编辑更改了 openssl

的示例输出

EDIT 我试着用 Java 读取 openssl 生成的私钥文件，使用下面的代码尝试获取一些参数，但我最终得到了以下异常：

Exception in thread "main" java.io.IOException: ObjectIdentifier() -- data isn't an object ID (tag = 48)
    at sun.security.util.ObjectIdentifier.<init>(Unknown Source)
    at sun.security.util.DerInputStream.getOID(Unknown Source)
    at com.sun.crypto.provider.PBES2Parameters.engineInit(PBES2Parameters.java:267)
    at java.security.AlgorithmParameters.init(Unknown Source)
    at sun.security.x509.AlgorithmId.decodeParams(Unknown Source)
    at sun.security.x509.AlgorithmId.<init>(Unknown Source)
    at sun.security.x509.AlgorithmId.parse(Unknown Source)
    at javax.crypto.EncryptedPrivateKeyInfo.<init>(EncryptedPrivateKeyInfo.java:95)
    at crypto.ReadOpensslKey.main(ReadOpensslKey.java:35)

Java 读取文件的代码：

package crypto;

import org.bouncycastle.util.encoders.Base64;
import javax.crypto.EncryptedPrivateKeyInfo;  
import javax.crypto.SecretKeyFactory;  
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;  
import java.io.IOException;  
import java.nio.file.Files;  
import java.nio.file.Paths;  
import java.security.InvalidKeyException;  
import java.security.KeyFactory;  
import java.security.NoSuchAlgorithmException;  
import java.security.PrivateKey;  
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;  
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; 

public class ReadOpensslKey {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        String encrypted = new String(Files.readAllBytes(Paths.get("<insert path to openssl generated privkeyfile>")));  

        //Create object from encrypted private key  
        encrypted = encrypted.replace("-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----", "");  
        encrypted = encrypted.replace("-----END ENCRYPTED PRIVATE KEY-----", "");  
        EncryptedPrivateKeyInfo pkInfo = new EncryptedPrivateKeyInfo(Base64.decode(encrypted));  // exception is thrown here
        System.out.println(pkInfo.getAlgName());
        PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec("abcde".toCharArray()); // password  
        SecretKeyFactory pbeKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(pkInfo.getAlgName());  
        PKCS8EncodedKeySpec encodedKeySpec = pkInfo.getKeySpec(pbeKeyFactory.generateSecret(keySpec));  
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");  
        PrivateKey encryptedPrivateKey = keyFactory.generatePrivate(encodedKeySpec);  
    }

}

Answer 1

首先，您真的需要这种特定格式，还是只需要一种 OpenSSL 格式（以及使用 OpenSSL 的程序，如 Apache httpd、nginx、curl 和 PHP 等等）可以使用？如果是后者，还有其他几个更容易和更好的选择。不过你没问，我就不回答了。

其次，您必须有一个非常古老的 OpenSSL。自 2010 年发布 1.0.0 以来，req -newkey -keyout 编写 PKCS8 格式，而不是传统格式。

第三，这个格式是PEM不是DER；有传统的 DER 格式，但不能加密。（PKCS8 可以用 DER 或 PEM 加密。）

第四，如果你会用BouncyCastle，它可以直接这样做；从（任何最新版本的）bcpkix 在您的 standard-JCE PrivateKey 上使用 org.bouncycastle.openssl.jcajce.JcaMiscPEMGenerator 和指定 DES-EDE3-CBC 的 JcePEMEncryptorBuilder 在内存中创建一个 PEMObject，然后 PEMWriter 写出来。即使您实际上不能使用 BC，它也是开源的（并且在 IMO 中设计得很好，尽管大多数评论很少）并且它可能会帮助您查看他们的代码。

那些说，PEM_write_RSAPrivateKey 的手册页（应该在您的系统上，但由于您的版本较旧，您最好使用 the web copy）的手册页（几乎没有）记录在案标题为 'PEM ENCRYPTION FORMAT' 的部分接近尾声，结合 EVP_BytesToKey 的参考手册页。具体来说：

构造'traditional'编码，即JCEPrivateKey.getEncoded()返回的RSAPrivateKey from PKCS1 (currently rfc8017), not the PKCS8/rfc5208 PrivateKeyInfo编码。 PKCS8 编码确实包括 PKCS1 编码作为一部分（PKCS8 是 algorithm-generic 对任意数量 algorithm-specific 编码的包装）因此您可以从 PKCS8 中提取 PKCS1（如 BC 所做的那样）或构造PKCS1直接来自关键组件n,e,d,p,q,dmp1,dmq1,qinvp。（otherPrimeInfos 仅适用于 so-called 'multiprime' RSA，这意味着 n 的因子超过 2 个，几乎没有人实际使用。）

使用应用于 password||salt 的一次（！）次 MD5 迭代从密码中导出实际加密密钥，其中盐是随机 IV 的副本（3DES 为 8 字节）加上（因为这还不够）MD5(firstblock||password||salt) 然后将总数截断为 24 个字节。
使用 3DES（JCE 称为 DESEDE）和 CBC（如上所述使用 IV）和 PKCS5 填充进行加密。（对于3DES或DES，密钥的每个字节的低位名义上是奇偶校验，但你不需要设置它们，因为JCE没有实现它们。）
转换为 base64，每 64 个字符换行一次，并添加 BEGIN 和 END 行以及 header 行，如您所猜，包括十六进制的 IV

Answer 2

我最终使用以下代码让它工作：

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.StringWriter;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.openssl.PKCS8Generator;
import org.bouncycastle.openssl.jcajce.JcaPEMWriter;
import org.bouncycastle.openssl.jcajce.JcaPKCS8Generator;
import org.bouncycastle.openssl.jcajce.JceOpenSSLPKCS8EncryptorBuilder;
import org.bouncycastle.operator.OutputEncryptor;
import org.bouncycastle.util.io.pem.PemObject; 

public class WriteOpensslKey {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        // provider is needed for the encryptor builder
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());

        // generate key pair
        KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");  
        kpGen.initialize(2048, new SecureRandom());  
        KeyPair keyPair = kpGen.generateKeyPair();  

        // construct encryptor builder to encrypt the private key
        JceOpenSSLPKCS8EncryptorBuilder encryptorBuilder = new JceOpenSSLPKCS8EncryptorBuilder(PKCS8Generator.AES_256_CBC);  
        encryptorBuilder.setRandom(new SecureRandom());  
        encryptorBuilder.setPasssword("password".toCharArray());
        OutputEncryptor encryptor = encryptorBuilder.build();  

        // construct object to create the PKCS8 object from the private key and encryptor
        JcaPKCS8Generator pkcsGenerator = new JcaPKCS8Generator(keyPair.getPrivate(), encryptor);  
        PemObject pemObj = pkcsGenerator.generate();  
        StringWriter stringWriter = new StringWriter();  
        try (JcaPEMWriter pemWriter = new JcaPEMWriter(stringWriter)) {  
            pemWriter.writeObject(pemObj);  
        }  

        // write PKCS8 to file
        String pkcs8Key = stringWriter.toString();  
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("<path to output file>");  
        fos.write(pkcs8Key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));  
        fos.flush();  
        fos.close();  

    }

}

然后我可以使用这个私钥和 openssl 来签署一个文件作为一个快速测试它是否有效。

非常感谢@dave_thompson_085 为我指明了正确的方向！

如何在 Java 中将私钥写入受密码保护的 DER 格式？

How to write private key to password protected DER format in Java?

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