9.Java 加解密技术系列之 RSA

Posted 2020-06-13

Java 加解密技术系列之 RSA

 

•  序
• 概念
• 工作流程
• RSA
• 代码实现
• 加解密结果
• 结束语

 

序

距 离上一次写博客感觉已经很长时间了，先吐槽一下，这个月以来，公司一直在加班，又是发版、上线，又是新项目太紧，具体的就不多说了，想听我吐槽的小伙伴， 可以私信给我(*^__^*) 。上一篇文章，已经把对称加密的算法讲完了。从今天开始，要说说非对称加密了。因为，非对称加密真的是太重要了，我们的日常生活中，都离不开非对称加密。

概念

在说 RSA 之前，首先聊聊什么是非对称加密。在讲对称加密的时候，就曾经说过，对称加密算法在加密和解密时使用的是同一个秘钥，加解密双方必须使用同一个密钥才能进行正常的沟通。而非对称加密则不然，非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，分别是公钥和私钥。

需要注意的一点，这个公钥和私钥必须是一对的，如果用公钥对数据进行加密，那么只有使用对应的私钥才能解密，反之亦然。由于加密和解密使用的是两个不同的密钥，因此，这种算法叫做非对称加密算法。

工作过程

如下图，甲乙之间使用非对称加密的方式传输数据。

在非对称加密中使用的主要算法有：RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）等。今天主要是介绍 RSA ，至于其他的算法，后续会选择几个进行介绍。

RSA

其实，在早在 1978 年的时候，RSA就已经出现了，它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。它易于理解和操作，也很流行。其原理就如上面的工作过程所述。

RSA 算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

代码实现

下面来看一下具体的代码实现。

import com.google.common.collect.Maps;  
import sun.misc.BASE64Decoder;  
import sun.misc.BASE64Encoder;  
  
import javax.crypto.Cipher;  
import java.security.*;  
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;  
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;  
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;  
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;  
import java.util.Map;  
  
/** 
 * Created by xiang.li on 2015/3/3. 
 * RSA 加解密工具类 
 */  
public class RSA {  
    /** 
     * 定义加密方式 
     */  
    private final static String KEY_RSA = "RSA";  
    /** 
     * 定义签名算法 
     */  
    private final static String KEY_RSA_SIGNATURE = "MD5withRSA";  
    /** 
     * 定义公钥算法 
     */  
    private final static String KEY_RSA_PUBLICKEY = "RSAPublicKey";  
    /** 
     * 定义私钥算法 
     */  
    private final static String KEY_RSA_PRIVATEKEY = "RSAPrivateKey";  
  
    /** 
     * 初始化密钥 
     * @return 
     */  
    public static Map<String, Object> init() {  
        Map<String, Object> map = null;  
        try {  
            KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_RSA);  
            generator.initialize(1024);  
            KeyPair keyPair = generator.generateKeyPair();  
            // 公钥  
            RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();  
            // 私钥  
            RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();  
            // 将密钥封装为map  
            map = Maps.newHashMap();  
            map.put(KEY_RSA_PUBLICKEY, publicKey);  
            map.put(KEY_RSA_PRIVATEKEY, privateKey);  
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return map;  
    }  
  
    /** 
     * 用私钥对信息生成数字签名 
     * @param data 加密数据 
     * @param privateKey 私钥 
     * @return 
     */  
    public static String sign(byte[] data, String privateKey) {  
        String str = "";  
        try {  
            // 解密由base64编码的私钥  
            byte[] bytes = decryptBase64(privateKey);  
            // 构造PKCS8EncodedKeySpec对象  
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes);  
            // 指定的加密算法  
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);  
            // 取私钥对象  
            PrivateKey key = factory.generatePrivate(pkcs);  
            // 用私钥对信息生成数字签名  
            Signature signature = Signature.getInstance(KEY_RSA_SIGNATURE);  
            signature.initSign(key);  
            signature.update(data);  
            str = encryptBase64(signature.sign());  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return str;  
    }  
  
    /** 
     * 校验数字签名 
     * @param data 加密数据 
     * @param publicKey 公钥 
     * @param sign 数字签名 
     * @return 校验成功返回true，失败返回false 
     */  
    public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign) {  
        boolean flag = false;  
        try {  
            // 解密由base64编码的公钥  
            byte[] bytes = decryptBase64(publicKey);  
            // 构造X509EncodedKeySpec对象  
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytes);  
            // 指定的加密算法  
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);  
            // 取公钥对象  
            PublicKey key = factory.generatePublic(keySpec);  
            // 用公钥验证数字签名  
            Signature signature = Signature.getInstance(KEY_RSA_SIGNATURE);  
            signature.initVerify(key);  
            signature.update(data);  
            flag = signature.verify(decryptBase64(sign));  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return flag;  
    }  
  
    /** 
     * 私钥解密 
     * @param data 加密数据 
     * @param key 私钥 
     * @return 
     */  
    public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String key) {  
        byte[] result = null;  
        try {  
            // 对私钥解密  
            byte[] bytes = decryptBase64(key);  
            // 取得私钥  
            PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes);  
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);  
            PrivateKey privateKey = factory.generatePrivate(keySpec);  
            // 对数据解密  
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(factory.getAlgorithm());  
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);  
            result = cipher.doFinal(data);  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return result;  
    }  
  
    /** 
     * 私钥解密 
     * @param data 加密数据 
     * @param key 公钥 
     * @return 
     */  
    public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String key) {  
        byte[] result = null;  
        try {  
            // 对公钥解密  
            byte[] bytes = decryptBase64(key);  
            // 取得公钥  
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytes);  
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);  
            PublicKey publicKey = factory.generatePublic(keySpec);  
            // 对数据解密  
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(factory.getAlgorithm());  
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);  
            result = cipher.doFinal(data);  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return result;  
    }  
  
    /** 
     * 公钥加密 
     * @param data 待加密数据 
     * @param key 公钥 
     * @return 
     */  
    public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String key) {  
        byte[] result = null;  
        try {  
            byte[] bytes = decryptBase64(key);  
            // 取得公钥  
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytes);  
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);  
            PublicKey publicKey = factory.generatePublic(keySpec);  
            // 对数据加密  
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(factory.getAlgorithm());  
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);  
            result = cipher.doFinal(data);  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return result;  
    }  
  
    /** 
     * 私钥加密 
     * @param data 待加密数据 
     * @param key 私钥 
     * @return 
     */  
    public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String key) {  
        byte[] result = null;  
        try {  
            byte[] bytes = decryptBase64(key);  
            // 取得私钥  
            PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes);  
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);  
            PrivateKey privateKey = factory.generatePrivate(keySpec);  
            // 对数据加密  
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(factory.getAlgorithm());  
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);  
            result = cipher.doFinal(data);  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return result;  
    }  
  
    /** 
     * 获取公钥 
     * @param map 
     * @return 
     */  
    public static String getPublicKey(Map<String, Object> map) {  
        String str = "";  
        try {  
            Key key = (Key) map.get(KEY_RSA_PUBLICKEY);  
            str = encryptBase64(key.getEncoded());  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return str;  
    }  
  
    /** 
     * 获取私钥 
     * @param map 
     * @return 
     */  
    public static String getPrivateKey(Map<String, Object> map) {  
        String str = "";  
        try {  
            Key key = (Key) map.get(KEY_RSA_PRIVATEKEY);  
            str = encryptBase64(key.getEncoded());  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return str;  
    }  
  
    /** 
     * BASE64 解密 
     * @param key 需要解密的字符串 
     * @return 字节数组 
     * @throws Exception 
     */  
    public static byte[] decryptBase64(String key) throws Exception {  
        return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);  
    }  
  
    /** 
     * BASE64 加密 
     * @param key 需要加密的字节数组 
     * @return 字符串 
     * @throws Exception 
     */  
    public static String encryptBase64(byte[] key) throws Exception {  
        return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);  
    }  
  
    /** 
     * 测试方法 
     * @param args 
     */  
    public static void main(String[] args) {  
        String privateKey = "";  
        String publicKey = "";  
        // 生成公钥私钥  
        Map<String, Object> map = init();  
        publicKey = getPublicKey(map);  
        privateKey = getPrivateKey(map);  
        System.out.println("公钥: \n\r" + publicKey);  
        System.out.println("私钥： \n\r" + privateKey);  
        System.out.println("公钥加密--------私钥解密");  
        String word = "你好，世界！";  
        byte[] encWord = encryptByPublicKey(word.getBytes(), publicKey);  
        String decWord = new String(decryptByPrivateKey(encWord, privateKey));  
        System.out.println("加密前: " + word + "\n\r" + "解密后: " + decWord);  
        System.out.println("私钥加密--------公钥解密");  
        String english = "Hello, World!";  
        byte[] encEnglish = encryptByPrivateKey(english.getBytes(), privateKey);  
        String decEnglish = new String(decryptByPublicKey(encEnglish, publicKey));  
        System.out.println("加密前: " + english + "\n\r" + "解密后: " + decEnglish);  
        System.out.println("私钥签名——公钥验证签名");  
        // 产生签名  
        String sign = sign(encEnglish, privateKey);  
        System.out.println("签名:\r" + sign);  
        // 验证签名  
        boolean status = verify(encEnglish, publicKey, sign);  
        System.out.println("状态:\r" + status);  
    }  
}

 

 

加解密结果

结束语

其实，看似很复杂的过程，用一句话就可以描述：使用公钥加密、私钥解密，完成了乙方到甲方的一次数据传递，通过私钥加密、公钥解密，同时通过私钥签名、公钥验证签名，完成了一次甲方到乙方的数据传递与验证，两次数据传递完成一整套的数据交互。

非对称加密算法的出现，就是为了解决只有一把密钥的加解密，只要这一把密钥丢失或者被公开，那么加密数据就很容易被攻击。同时，也正是由于非对称加密算法的出现，才有了后面的数字签名、数字证书等等。

好了，今天就到这吧，下一篇继续非对称加密，至于哪一种，到时候就知道了，这里先保密，(*^__^*) 嘻嘻。