Java ECDSA使用总结-向日葵屋

1. 说明

与合作机构对接时，合作机构使用ECDSA算法用于交易签名。

ECDSA为公开密钥加密算法。

以下为wiki（https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A4%AD%E5%9C%86%E6%9B%B2%E7%BA%BF%E6%95%B0%E5%AD%97%E7%AD%BE%E5%90%8D%E7%AE%97%E6%B3%95）中关于ECDSA的说明：

椭圆曲线数字签名算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm，缩写ECDSA）是一种被广泛应用于数字签名的加密算法。

2. Java对ECDSA的支持

2.1 JDK支持

参考“Java Cryptography Architecture Oracle Providers Documentation for JDK 8”（https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/SunProviders.html）。

JDK 8的SunEC Provider支持的ECDSA算法如下：

NONEwithECDSA

SHA1withECDSA

SHA224withECDSA

SHA256withECDSA

SHA384withECDSA

SHA512withECDSA

默认密钥长度为256，支持的密钥长度为112至571（含）。

以下均使用JDK支持的ECDSA实现。

2.2 bouncycastle支持

bouncycastle提供了对ECDSA的支持，说明略。

3. 密钥生成

3.1 Java生成

可使用以下Java代码生成ECDSA密钥对。

KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(“EC”);
keyPairGenerator.initialize(256);
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
ECPublicKey ecPublicKey = (ECPublicKey) keyPair.getPublic();
ECPrivateKey ecPrivateKey = (ECPrivateKey) keyPair.getPrivate();

KeyPairGenerator类的initialize方法用于设置密钥长度；

ECPublicKey对象为生成的ECDSA公钥；

ECPrivateKey对象为生成的ECDSA私钥。

3.2 openssl生成

可使用以下openssl命令生成ECDSA密钥对。

openssl ecparam -list_curves

openssl ecparam -genkey -name secp521r1 -noout -out ECDSAPrivateKey.pem

openssl ec -in ECDSAPrivateKey.pem -pubout -outform PEM -out ECDSAPublicKey.pem

“openssl ecparam -list_curves”命令用于查看EC参数。

“openssl ecparam -genkey”命令用于生成ECDSA私钥。

“openssl ec -in … -pubout”命令用于根据ECDSA私钥生成ECDSA公钥。

4. PEM密钥文件读取

使用openssl命令生成的ECDSA密钥为PEM格式，不是二进制形式，私钥内容经过BASE64编码后，包含在“——-BEGIN EC PRIVATE KEY——-”与“——-END EC PRIVATE KEY——-”之间。

可使用bouncycastle的PEMReader类读取PEM密钥文件中的密钥，读取ECDSA私钥的示例代码如下：

PEMReader pemReader = new PEMReader(new FileReader([私钥文件路径]));



Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());



KeyPair keyPair = (KeyPair) pemReader.readObject();



  return keyPair.getPrivate();

5. 生成签名

5.1 生成签名示例代码

生成ECDSA签名示例代码如下：

Signature signature = Signature.getInstance(algorithm);

signature.initSign(privateKey);

signature.update(bytes);

  byte[] signResult = signature.sign();

以上algorithm为String类型的签名算法，如“NONEwithECDSA”“SHA1withECDSA”等；

privateKey为PrivateKey类型的私钥；

bytes为byte[]类型的原始数据；

byte[] signResult为签名结果。

5.2 NONEwith与SHA[x]with算法的区别

当使用“NONEwithECDSA”算法进行签名时，直接对原始数据进行ECDSA签名，不会事先对原始数据进行HASH。

当使用“SHA[x]withECDSA”算法进行签名时，会先对原始数据进行SHA[x]算法HASH，再对HASH结果的二进制形式进行ECDSA签名。

HASH示例代码如下：

MessageDigest md = MessageDigest.getInstance(algorithm);

  byte[] digestResult = md.digest(bytes);

以上algorithm为String类型的签名算法，如“SHA-1”“SHA-256”等，对应ECDSA算法中的“SHA[x]”；

bytes为byte[]类型的原始数据；

byte[] digestResult为HASH结果。

通过以上代码先使用SHA[x]算法生成原始数据的HASH，再对HASH结果的二进制形式进行ECDSA签名，与直接使用“SHA[x]withECDSA”算法对原始数据进行ECDSA签名，效果相同。

5.3 签名结果不唯一

经测试，使用相同的原始数据，相同的算法，生成ECDSA签名时，每次产生的签名结果的长度与内容均可能不同。

关于以上现象，“Deterministic Usage of the Digital Signature Algorithm (DSA) and Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA)”（https://www.ietf.org/rfc/rfc6979.txt）有以下说明：

One characteristic of DSA and ECDSA is that they need to produce, for each signature generation, a fresh random value (hereafter designated as k). For effective security, k must be chosen randomly and uniformly from a set of modular integers, using a cryptographically secure process.

DSA和ECDSA的一个特征是它们需要为每个签名生成产生新的随机值（以下称为k）。为了有效的安全性，必须使用加密安全过程从一组模块化整数中随机均匀地选择k。