RSA加密算法

Posted 2021-08-08 QQ_851228082

RSA加密算法

RSA是非对称加密算法，非对称加密算法指的是加密和解密使用不同的密钥，除了加解密的作用，还有“签名”的作用。通常来说非对称加密比对称加密要耗时间。

• 加解密
  用公钥加密，用私钥解密；这样可以确保数据不被破解，因为公钥加密后，只有私钥才能解密，所以可以保证数据不被破解。；
• 签名
  用私钥生成签名，用公钥验证签名；这样可以确定发送者的是不是目标身份。

生成密钥对

无论是加解密还是签名都需要使用密钥对。

public static KeyPair genKeyPair() throws NoSuchAlgorithmException {
   // KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
    KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
    // 初始化密钥对生成器，密钥大小为96-1024位
    keyPairGen.initialize(1024,new SecureRandom());
    // 生成一个密钥对，保存在keyPair中
    KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
    return keyPair;
}

加解密例子

本例子的代码很大程度参考了RSA加密与解密(Java实现)

加解密

用公钥加密

public static String encrypt( String str, Key publicKey ) throws Exception{
        //RSA加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        String outStr = Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(str.getBytes("UTF-8")));
        return outStr;
    }

用私钥解密

 public static String decrypt(String str, Key privateKey) throws Exception{
        //64位解码加密后的字符串
        byte[] inputByte = Base64.getDecoder().decode(str.getBytes("UTF-8"));
        //RSA解密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        String outStr = new String(cipher.doFinal(inputByte));
        return outStr;
    }

public static void main(String[] args) throws Exception {
     //加密字符串
     String message = "df723820";
     KeyPair keyPair = genKeyPair();
     PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();   // 得到私钥
     PublicKey publicKey =  keyPair.getPublic();  // 得到公钥
     String messageEn = encrypt(message,publicKey);
     log.info("加密前:{}",message);
     log.info("加密后:{}",messageEn);
     String messageDe = decrypt(messageEn,privateKey);
     log.info("还原后的字符串为:{}" , messageDe);
}

签名例子

本例子主要参考Java 实现RSA签名和加密

私钥生成签名

public static String sign(String plainText, PrivateKey privateKey) throws Exception {
    Signature privateSignature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
    privateSignature.initSign(privateKey);
    privateSignature.update(plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

    byte[] signature = privateSignature.sign();

    return Base64.getEncoder().encodeToString(signature);
}

公钥验证签名

public static boolean verify(String plainText, String signature, PublicKey publicKey) throws Exception {
     Signature publicSignature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
     publicSignature.initVerify(publicKey);
     publicSignature.update(plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

     byte[] signatureBytes = Base64.getDecoder().decode(signature);

     return publicSignature.verify(signatureBytes);
 }

完整代码

public static void main(String[] args) throws Exception {
   String sign = sign(message, keyPair.getPrivate());
   boolean verify = verify(message,sign, keyPair.getPublic());
   log.info("校验通过:{}",verify);
}

可以看到，签名的步骤与加解密步骤很像。但这里用的算法是SHA256withRSA，它包含SHA256和RSA。因为直接对数据做签名运算量太大，所以一般先根据数据生成信息摘要，然后对信息摘要做签名以减小运算量；SHA代表Secure Hash Algorithm，SHA256是个散列函数，它对数据做信息摘要，然后RSA对摘要做签名。

HMAC、MD5

通常我们会想到，RSA与HMAC、MD5、SHA有什么区别，其实区别还是很明显的

• HMAC
  • HMAC是基于密钥和散列函数对数据进行信息摘要，通常通信双方共享密钥；可以选择指定的散列函数，比如MD5、SHA256,分别称为HMAC-MD5、HmacSHA256、;HMAC可以验证数据完整性校验、身份认证功能。
• MD5、SHA
  • MD5、SHA仅是散列函数，实现了信息摘要作用，可以用于验证数据完整性，但无法证明身份。

常见问题

• 一般都是，公钥加密，私钥解密；那私钥加密，公钥解密，可以吗？
  • 可以的，根据RSA的推导公式，公钥私钥是可以互相加密解密；上边的代码，互换一下key试一下就可以了，是可以的。
• 将私钥公开，公钥保密，可以吗？
  • 不可以。这很容易被破解，因为私钥长、公钥短(在线生成器查看)，hacker眼中“私钥”其实是“公钥”，公钥值短，很容易被穷举出来；这点可参考RSA的公钥和私钥到底哪个才是用来加密和哪个用来解密？

联系实际

如果以上都懂了，那么也就懂得了，微信支付文档中的这张图

商户请求微信时，用商户私钥产生签名，微信用商户公钥验证签名；响应信息中，用平台私钥产生签名，商户用平台公钥验证签名；
微信请求商户时，用微信私钥产生签名，商户用微信公钥验证签名；响应信息中，用商户私钥产生签名，平台用商户公钥验证签名；
上述私钥、公钥就是RSA的私钥、公钥。商户公钥、平台公钥分别存在商户证书、平台证书中。
注意这里的证书与https中的证书不是一回事，但相似，证书就是公钥的载体，证书上有证书签发机构的签名，可以防止中间人攻击，可以证明公钥的合法性。

APIV3 key就是AES算法的密钥，微信与商户共享；