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TPM per PKCS#11 in Java-Anwendungen nutzen

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09.06.2026

Nach meinen Erfolgen mit einem TPM in der Version 1.2 zur Absicherung von SSH-Verbindungen wollte ich versuchen, seine Funktionalität in Java-Anwendungen zu integrieren...

Zunächst versuchte ich dazu, die prinzipielle Machbarkeit mittels softhsm zu ermitteln. Das tat ich, indem ich ein entsprechendes HSM konfigurierte und dieses anschließend in einem Java-Programm zur Realisierung eines TLS-Servers benutzte. Dazu benötigt man einen speziellen Security-Provider: 

package de.elbosso.dataflowframework.scratch;


import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;
import java.security.KeyStore;
import java.security.Provider;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;
import java.util.Enumeration;
import javax.net.ssl.KeyManagerFactory;
import javax.net.ssl.SSLContext;
import javax.net.ssl.SSLServerSocket;
import javax.net.ssl.SSLServerSocketFactory;
import javax.net.ssl.SSLSocket;
import javax.net.ssl.TrustManager;
import de.elbosso.util.security.NaiveTrustingX509TrustManager;


public class Pkcs11 extends java.lang.Object
{
    public Pkcs11()
    {
        super();


    }


    public static void main(java.lang.String[] args) throws Exception
    {
        System.setProperty("javax.net.debug", "ssl");
        String configName = "/home/elbosso/.config/softhsm2/pkcs11.cfg";
        Provider p = Security.getProvider("SunPKCS11");
        Provider p1 = p.configure(configName);
        // Security.addProvider(p);
        // Load the key store
        char[] pin = "1234".toCharArray();
        KeyStore ks = KeyStore.getInstance("PKCS11", p1);
        ks.load(null, pin);
        System.out.println(ks.size());
        Enumeration<String> aliases = ks.aliases();
        for (; aliases.hasMoreElements();)
        {
            java.lang.String alias = aliases.nextElement();
            System.out.println("alias: " + alias);
        }
        KeyManagerFactory keyManagerFactory = KeyManagerFactory.getInstance("SunX509");
        // Add to keystore to key manager
        keyManagerFactory.init(ks, pin);


        // Create the context


        SSLContext context = SSLContext.getInstance("TLS");
        context.init(keyManagerFactory.getKeyManagers(), new TrustManager[0]
        , new SecureRandom());
        // Create a socket factory
        SSLServerSocketFactory ssf = context.getServerSocketFactory();
        // Create the socketi
        SSLServerSocket s = (SSLServerSocket) ssf.createServerSocket(8888);
        while (true)
        {
            SSLSocket c = (SSLSocket) s.accept();
            new java.lang.Thread(new ServiceThread(c)).start();
        }
    }


    static class ServiceThread extends java.lang.Object implements java.lang.Runnable
    {
        private final Socket socket;


        ServiceThread(Socket socket)
        {
            super();
            this.socket = socket;
        }


        @Override
        public void run()
        {
            try
            {
                System.out.println(socket.getClass());
                if (SSLSocket.class.isAssignableFrom(socket.getClass()))
                {
                    // System.out.println(((SSLSocket) socket).getSession().getPeerCertificates()[0]);
                    System.out.println(((SSLSocket) socket).getSession().getProtocol());
                    System.out.println(((SSLSocket) socket).getSession().getCipherSuite());
                    // hmac_sha1(((SSLSocket) socket).getSession().getPeerCertificates()[0].getEncoded());
                    System.out.println(((SSLSocket) socket).getSession().getPeerHost());


                }
                InputStream is = new BufferedInputStream(socket.getInputStream());
                byte[] data = new byte[2048];
                int len = is.read(data);


                if (len > 0)
                {
                    String message = new String(data, 0, len);
                    OutputStream os = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
                    System.out.printf("server received %d bytes: %s%n", len, message);
                    String response = message + " from " + /*
                                                            * ((X509Certificate) ((SSLSocket)
                                                            * socket).getSession().getPeerCertificates()[0]).getSubjectX500Principal() +
                                                            */ " processed by server";
                    os.write(response.getBytes(), 0, response.getBytes().length);
                    os.flush();
                }
                socket.close();
            }
            catch (java.lang.Throwable t)
            {
                t.printStackTrace();
            }
        }
    }


}

Läuft dieses Programm, kann man das Server-Zertifikat mittels OpenSSL extrahieren: 

openssl s_client -showcerts -servername localhost -connect localhost:8888

Anschließend vergleicht man dieses Zertifikat mit dem des HSM: 

# ID ermitteln
pkcs11-tool --module /usr/lib/x86_64-linux-gnu/softhsm/libsofthsm2.so --list-objects
# Zertifikat der angegebenen ID exportieren
pkcs11-tool --module /usr/lib/x86_64-linux-gnu/softhsm/libsofthsm2.so --read-object --id xxxxxxxx --type cert --output-file /tmp/softhsm.der
# Inspektion des exportierten Zertifikats
openssl x509 -inform der -in /tmp/softhsm.der -noout -text

Man stellt fest, dass beide übereinstimmen.

Leider war es mir bisher nicht möglich, dieses Vorgehen mit den TPMs, die ich in den Fujitsu Futro ThinClients vorfand zu verifizieren: Die Bibliothek, die ich zum Zugriff auf die HSM-Funktionalität benutzte war nicht in der von Java gewünschten Version verfügbar und ich habe dafür bisher noch keinen gleichwertigen Ersatz gefunden. Versucht man, den oben gezeigten Code mit einem dieser TPMs zum Laufen zu bringen, erscheint folgende Ausgabe: 

Exception in thread "main" java.security.ProviderException: Initialization failed
        at jdk.crypto.cryptoki/sun.security.pkcs11.SunPKCS11.<init>(SunPKCS11.java:396)
        at jdk.crypto.cryptoki/sun.security.pkcs11.SunPKCS11$1.run(SunPKCS11.java:116)
        at jdk.crypto.cryptoki/sun.security.pkcs11.SunPKCS11$1.run(SunPKCS11.java:113)
        at java.base/java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
        at jdk.crypto.cryptoki/sun.security.pkcs11.SunPKCS11.configure(SunPKCS11.java:113)
        at de.elbosso.dataflowframework.scratch.Pkcs11.main(Pkcs11.java:33)
Caused by: java.security.ProviderException: Only PKCS#11 v2.0 and later supported, library version is v0.01
        at jdk.crypto.cryptoki/sun.security.pkcs11.SunPKCS11.<init>(SunPKCS11.java:357)

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