Java Cryptography Extension

Криптографическое расширение Java (англ. Java Cryptography Extension, сокр. JCE) — официально выпущенное стандартное расширение для платформы Java и часть Java Cryptography Architecture (JCA). Представляет собой набор пакетов, который обеспечивает фреймворк и реализацию таких криптографических задач, как шифрование и расшифрование данных, генерация и проверка на подлинность ключей управления, а также реализацию алгоритмов Message Authentication Code (MAC)^[1].

Криптографическое расширение Java основано на том же, что и криптографическая архитектура Java (JCA), и рассматривается как часть JCA. Дело в том, что американские законы запрещают экспорт некоторых видов криптографического программного обеспечения (в частности, симметричное шифрование и выработку общего ключевого материала) за пределы США и Канады или разрешают экспорт с урезанными ключами. Стандартные классы JCA содержат только хеш-функции, генераторы ключей и другие функции, которые не попадают под данное ограничение и могут быть спокойно экспортированы в составе платформы Java 2. Однако стойкие алгоритмы шифрования, попадающие под экспортные ограничения на криптографию в США, должны быть получены из других источников, поэтому их поставляют в виде отдельного продукта - JCE.

Криптографическое расширение Java разработано таким образом, чтобы другие криптографические библиотеки могли быть подключены для предоставления новых алгоритмов без проблем^[2].

На данный момент в JDK 1.2 криптографическое расширение поставляется в трех пакетах:

javax.crypto — интерфейс и классы для симметричного шифрования

javax.crypto.interfaces — интерфейсы средств выработки ключей для алгоритма Диффи-Хелмана

javax.crypto.spec — классы для управления ключами и параметрами криптографических алгоритмов

Как и JCA, JCE не зависит от реализации конкретных алгоритмов. Благодаря SPI различные реализации от разных производителей могут быть одновременно интегрированы в среде программирования Java. Начиная с версии 1.4, Java включает в себя JCE и JCA, однако, другие реализации так же без каких-либо проблем могут быть подключены как статически, так и динамически.

Криптографическое расширение Java предлагает следующие функциональные возможности:

• шифр — криптографические алгоритмы (симметричные и асимметричные) для шифрования, блочные и потоковые шифры
• управление ключами — классы KeyGenerator для генерации ключей, KeyAgreement для безопасного обмена ключами и SecretKeyFactory для разделения закрытого и открытого ключей
• проверка на подлинность кодов
• создание безопасных объектов и цифровых подписей

У криптографического расширения Java есть функции безопасности, предназначенные для различных аудиторий.

Встроенные функции безопасности JCE защищают пользователя от злонамеренных программ (включая вирусы), сохраняют конфиденциальность пользовательских файлов и информации о пользователе, проверяют подлинность личности каждого поставщика кода. Пользователь также может подвергнуть приложения проверке на безопасность, когда ему это необходимо.

Разработчик может использовать методы JCE, чтобы включить функции безопасности в свои программы, в том числе криптографические службы и проверки безопасности. JCE позволяет определить и интегрировать свои собственные права доступа (контроль доступа к определенным ресурсам) и реализации криптографических служб безопасности. Кроме того, классы JCE предназначены для управления собственными приватными/частными парами ключей и сертифицирования открытых ключей от людей, которым доверяет разработчик.

Инструменты JCE управляют хранилищем ключей (база данных ключей и сертификатов); генерируют цифровые подписи для JAR-файлов, а также проверяют подлинность таких подписей и целостность подписанного содержимого; позволяют создавать и изменять приватные файлы, которые определяют безопасность их установки.^[2]

Среди различных реализаций JCE можно выделить пакет Cryptix JCE, пакет Bouncy Castle и пакет IAIK JCE.

Пакет Cryptix JCE является самым известным из бесплатных расширений. Работа над ним началась в 1995 году. Это была первая доступная криптографическая библиотека для Java. Тогда криптография не имела широкой доступности, и данный проект играл важную роль в защите информации при разработке программ на Java-платформе. Последняя версия Cryptix была выпущена 28 апреля 2005 года. В том же году поддержка Cryptix была прекращена.

Пакет Cryptix JCE включает в себя:

• шифры Blowfish, CAST5, DES, IDEA, MARS, RC2, RC4, RC6, Rijndael, Serpent, SKIPJACK, Square, TripleDES, Twofish.
• протоколы обмена ключами Диффи-Хелмана
• методы шифрования CBC, ECB, OFB
• хеш-функции — MD2, MD4, MD5, RIPEMD-128, RIPEMD-160, SHA-0, SHA-1, Tiger
• MAC-коды — HMAC-MD2, HMAC-MD4, HMAC-MD5, HMAC-RIPEMD-128, HMAC-RIPEMD-160, HMAC-SHA-0, HMAC-SHA-1, HMAC-Tiger
• подписи — RawDSA, RSA
• асимметричные шифры — ElGamal, RSA^[3]

Так же, как и Cryptix JCE, пакет Bouncy Castle является бесплатным. Первый официальный релиз Bouncy Castle появился в мае 2000 года и содержал около 27 000 строк кода. Проект постоянно рос, и к 2012 году код Bouncy Castle для Java составлял более 300 000 строк^[1].

Он включает в себя

• реализацию протокола обмена Диффи-Хеллмана, включая версию алгоритма с эллиптическими кривыми.
• вычисление бесключевых хеш-функций сообщений — MD2, MD4, MD5, Tiger, RIPEMD, SHA
• вычисления ключевых хеш-функций сообщений — CMAC, HMAC
• асимметричное шифрование PKCS 1
• симметричное шифрование с помощью DES, TripleDES, AES, Blowfish, IDEA, RC2, RC4, RC5, RC6, Twofish, Skipjack и многих других шифров
• генераторы ключей, ключевых пар и других параметров криптографических алгоритмов.
• вычисления MAC с использованием любого блочного шифра, обрабатывающего текст блоками методом CBC, CFB, OFB
• алгоритмы электронной цифровой подписи RSA, DSA, EC-DSA

и обладает следующими свойствами

• содержит криптографические API для языков Java и C#
• содержит провайдер для JCE и JCA
• содержит реализации JCE 1.2.1, созданные разработчиками самостоятельно (то есть, пакет не содержит кодов JCE 1.2.1 от Sun, экспорт которых запрещен в США)
• поддерживает спецификации ASN.1 кодирования объектов
• имеет поддержку сертификатов X.509 различных версий
• имеет поддержку стандартов Open PGP, OCSP, TSP и др.

Коммерческий пакет, реализованный институтом прикладной обработки информации и связи (Institute for Applied Information Processing and Communication, IAIK) технологического университета Граца.^[4]

В следующем примере показана реализация шифрования массива байтов с помощью алгоритма AES. Для написания программы использовались средства пакета BouncyCastle.^[5]

BufferedBlockCipher cipher =
  new PaddedBufferedBlockCipher(
    new CBCBlockCipher( new AESFastEngine() )
  );

SecureRandom srr = new SecureRandom();

byte[] AESkey = new byte[ 16 ];

srr.nextBytes( AESkey );

byte[] AESinitV = new byte[ 16 ];

srr.nextBytes( AESinitV );

ParametersWithIV piv =
  new ParametersWithIV(
    new KeyParameter( AESkey ),
    AESinitV
  );

cipher.init( true, piv );

byte[] result =
  new byte[
    cipher.getOutputSize( toEncrypt.length )
  ];

int len =
  cipher.processBytes(
    toEncrypt,
    0,
    toEncrypt.length,
    result,
    0
  );

try
{
  cipher.doFinal( result, len );
}
catch( CryptoException ce )
{
  result = "Cipher error".getBytes();

  ce.printStackTrace();
}

• Java Cryptography Architecture (JCA) Reference Guide
• Скачать для Java 6, Java 7, и Java 8.
• IAIK-JCE

• Bouncy Castle
• Компьютерная безопасность