Java 编程语言中的口令屏蔽 
 

 

Java 编程语言中的口令屏蔽

作者：Qusay H. Mahmoud
得到 Alan Sommerer 大力协助，2004 年 7 月

目前，对于 Java 命令行基于文本的输入/输出 API 的批评之一就是它缺乏对命令行输入口令屏蔽的支持。如果借助 AWT/Swing，这便不再成为问题，因为 AWT/Swing 提供了可以提供屏蔽口令的方法。

2002 年 9 月，我发表了本文的早期版本，其后便不断收到大量感谢信、建设性的意见和在应用程序中使用源代码的许可。本文：

  • 概述了口令屏蔽
  • 描述了用于口令屏蔽的 AWT/Swing 实用程序
  • 为命令行输入口令屏蔽问题提供独立于平台的解决方案
  • 为口令屏蔽提供一个改进的解决方案（可靠而安全）

口令屏蔽

登录屏幕和登录对话框使用口令屏蔽技术，这种技术要么在输入口令时隐藏口令，要么显示一个字符（比如星号'*'）来代替用户输入的字符。例如，当您在一台 Windows 机器上进行登录时，一个登录对话框将会呈现在您眼前，其中的口令一栏使用星号作为屏蔽或回显字符。



如果操作系统是 UNIX，则登录屏幕中的口令栏不显示回显字符。它的做法很简单，就是什么都不显示，如图 1 所示。

AWT/Swing 中的口令屏蔽

如果您希望为您的应用程序提供图形化的登录对话框，您可以使用 AWT 的 TextField 类，该类是一个文本组件，允许编辑单行文本。为了屏蔽口令栏，要使用 setEchoChar 方法。例如，为了把回显字符设置为星号，您需要这样做：


基于所使用字体的平均字符宽度，数字8指定了文本栏的宽度。您可以把回显字符设置为任何您喜欢的字符。注意，如果您把它设置为0，这意味着输入将会被回显，而不会被屏蔽。



在 Swing 中，您可以使用 JPasswordField,它允许编辑单行文本，视图表明正在输入内容，但是不会显示原始字符。JPasswordField 类与和 setEchoChar 一起使用的 AWT 的 TextField 是源代码兼容的。如果您使用 JPasswordField, 默认的回显字符是星号 '*', 但是您可以将其修改为任何您选定的字符。此外，如果您把回显字符设置为 0，这意味着字符将在输入时显示出来，而不会被屏蔽。图 2 显示了一个 Swing 登录对话框，其中的回显字符被设置为 #，使用的是下面的代码片断：



命令行输入屏蔽

和 AWT/Swing 不同，在 Java 中没有特殊的 API 可用于屏蔽命令行输入。这也是许多开发人员一直所要求的一项功能。如果您希望为命令行基于文本的 Java 应用程序以及服务器端 Java 应用程序提供一个登录屏幕，它就很有用。提供这种功能的一种方式就是使用 Java 本地接口（Java Native Interface ，JNI)。对于不了解 C/C++ 或者希望坚持 100% 纯 Java 代码的某些 Java 开发人员来说，这可能有一定难度。

这里我针对这个问题提出一个解决方案。在本文的早期版本中，所使用的是一个 UNIX 风格的登录屏幕，口令根本不在屏幕上回显。这样做的具体方法是，让一个单独的线程通过重写和打印口令提示命令行，尝试擦除回显到控制台的字符。大家仍然可以从论坛下载该篇文章中专用的代码和改进后的代码。

然而，大家最需要的功能之一是使用星号"*"替换回显的字符。因此，本文从为口令屏蔽提供一个简单的解决方案开始，接着给出改进后的、更加可靠和安全的代码。

简单的解决方案

这个解决方案使用一个单独的线程，在输入回显字符的时候擦除它们，然后使用星号代替它们。这是使用 EraserThread 类来完成的，如代码示例 1 所示。

代码示例 1：EraserThread.java




注意: 这个解决方案广泛利用了线程，然而，如果机器负载很重，就不能确保 MaskingThread 能够足够经常地运行。请继续阅读本文的余下部分来了解代码的改进版本。

 

PasswordField 类使用了 EraserThread 类，这一点在代码示例 2 中体现出来了。这个类提示用户输入口令，而且 EraserThread 的一个实例尝试使用 "*" 屏蔽输入。注意，一开始将显示一个星号 (*)。

代码示例 2：PasswordField.java



作为如何使用 PasswordField 类的一个例子，考虑应用程序 TestApp，如示例代码 3 所示。这个应用程序显示一条提示，并等待用户输入口令。当然，输入被屏蔽为星号(*)。

代码示例 3：TestApp.java





如果您在 Windows、MacOS 或 UNIX 操作系统上运行 TesApp, 您将会发现其输出与图 3 类似。此外还要注意，当您运行该应用程序时，会显示一个初始的星号。

使代码安全而可靠

上述的简单解决方案有一个主要缺陷：不应该使用字符串来存储诸如口令这类敏感信息！在本文的余下部分中，将会给出一个经过改进的解决方案。

然而，首先，MaskingThread 类能够从几处改进中获益：

  1. 为了确保跨线程的可见性，尤其是在多 CPU 的机器上，stop 字段应该被标记为 volatile。volatile 关键字指定同步线程使用该字段，这样编译器就不会对它进行任何优化；换句话说，应该从内存读取变量的值，而不应该在堆栈中保存任何拷贝。
  2. 为了确保屏蔽能够在系统高负荷运转时也能够出现，在调用持续期间，调用线程的优先权被设定为最大。返回时再恢复其原始的优先权。

代码示例 4 显示了修订后的 MaskingThread 类，修改的地方均以粗体形式突出显示。

代码示例 4：MaskingThread.java



尽管使用 Strings 收集和存储口令看起来似乎很合逻辑，它们并不适合存储诸如口令这样的敏感信息。这是因为 Strings 类型的对象是不可改变的——使用后不能重写或修改字符串的内容。应该使用一个 chars 数组作为代替。修订后的 PasswordField 如代码示例 5 所示，它是根据 Using Password-Based Encryption 改写而来。

代码示例 5：PasswordField.java



最后，PasswordApp 类如代码示例 6 所示，它只是一个用于测试修订后代码的测试应用程序。

代码示例 6：PasswordApp.java





如果您在 Windows、MacOS 或 UNIX 操作系统上运行 TesApp, 您将会发现其输出与图 4 类似。

结束语

本文概览了在 Java 中进行口令屏蔽的方法，演示了在 AWT/Swing 应用程序中实现口令屏蔽是多么容易，并且为命令行基于文本的口令屏蔽提供了一个可重用的纯 Java 解决方案。

您可以在您的应用程序中自由地重用、改进和改编本文中的代码。您可以通过添加口令约束的方法来增强它。作为一次练习，您可能希望增强所给出的代码，以便口令的长度能够确定，而且口令中不允许使用某些字符，比如空格。

更多信息

致谢

图 1：UNIX 登录屏幕