Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA

男娘i 2022-08-04 14:46 260阅读 0赞

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接下来我们介绍典型的非对称加密算法——RSA  
  
**RSA**  
    这种算法1978年就出现了，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。算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman。  
    这种加密算法的特点主要是密钥的变化，上文我们看到DES只有一个密钥。相当于只有一把钥匙，如果这把钥匙丢了，数据也就不安全了。RSA同时有两把钥匙，公钥与私钥。同时支持数字签名。数字签名的意义在于，对传输过来的数据进行校验。确保数据在传输工程中不被修改。![icon_biggrin.gif][]  
  
**流程分析：**

1.  甲方构建密钥对儿，将公钥公布给乙方，将私钥保留。
2.  甲方使用私钥加密数据，然后用私钥对加密后的数据签名，发送给乙方签名以及加密后的数据；乙方使用公钥、签名来验证待解密数据是否有效，如果有效使用公钥对数据解密。
3.  乙方使用公钥加密数据，向甲方发送经过加密后的数据；甲方获得加密数据，通过私钥解密。

按如上步骤给出序列图，如下：

1.  ![05a78ac9-b102-3026-8ce8-da2a52a54a07.jpg][]
2.  ![158c0183-299b-325d-b364-36127f68fb29.jpg][]
3.  ![41470acf-e04c-3fb7-ad1b-dc1a7ba28884.jpg][]

通过java代码实现如下：**Coder类见 [ Java加密技术（一）][Java]**

Java代码  ![收藏代码][icon_star.png]

1.  import java.security.Key;  
2.  import java.security.KeyFactory;  
3.  import java.security.KeyPair;  
4.  import java.security.KeyPairGenerator;  
5.  import java.security.PrivateKey;  
6.  import java.security.PublicKey;  
7.  import java.security.Signature;  
8.  import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;  
9.  import java.security.interfaces.RSAPublicKey;  
10. import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;  
11. import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;  
12.   
13. import java.util.HashMap;  
14. import java.util.Map;  
15.   
16. import javax.crypto.Cipher;  
17.   
18. /\*\* 
19.  \* RSA安全编码组件 
20.  \*  
21.  \* @author 梁栋 
22.  \* @version 1.0 
23.  \* @since 1.0 
24.  \*/  
25. public abstract class RSACoder extends Coder \{  
26.     public static final String KEY\_ALGORITHM = "RSA";  
27.     public static final String SIGNATURE\_ALGORITHM = "MD5withRSA";  
28.   
29.     private static final String PUBLIC\_KEY = "RSAPublicKey";  
30.     private static final String PRIVATE\_KEY = "RSAPrivateKey";  
31.   
32.     /\*\* 
33.      \* 用私钥对信息生成数字签名 
34.      \*  
35.      \* @param data 
36.      \*            加密数据 
37.      \* @param privateKey 
38.      \*            私钥 
39.      \*  
40.      \* @return 
41.      \* @throws Exception 
42.      \*/  
43.     public static String sign(byte\[\] data, String privateKey) throws Exception \{  
44.         // 解密由base64编码的私钥  
45.         byte\[\] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);  
46.   
47.         // 构造PKCS8EncodedKeySpec对象  
48.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
49.   
50.         // KEY\_ALGORITHM 指定的加密算法  
51.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY\_ALGORITHM);  
52.   
53.         // 取私钥匙对象  
54.         PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
55.   
56.         // 用私钥对信息生成数字签名  
57.         Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE\_ALGORITHM);  
58.         signature.initSign(priKey);  
59.         signature.update(data);  
60.   
61.         return encryptBASE64(signature.sign());  
62.     \}  
63.   
64.     /\*\* 
65.      \* 校验数字签名 
66.      \*  
67.      \* @param data 
68.      \*            加密数据 
69.      \* @param publicKey 
70.      \*            公钥 
71.      \* @param sign 
72.      \*            数字签名 
73.      \*  
74.      \* @return 校验成功返回true 失败返回false 
75.      \* @throws Exception 
76.      \*  
77.      \*/  
78.     public static boolean verify(byte\[\] data, String publicKey, String sign)  
79.             throws Exception \{  
80.   
81.         // 解密由base64编码的公钥  
82.         byte\[\] keyBytes = decryptBASE64(publicKey);  
83.   
84.         // 构造X509EncodedKeySpec对象  
85.         X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
86.   
87.         // KEY\_ALGORITHM 指定的加密算法  
88.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY\_ALGORITHM);  
89.   
90.         // 取公钥匙对象  
91.         PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);  
92.   
93.         Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE\_ALGORITHM);  
94.         signature.initVerify(pubKey);  
95.         signature.update(data);  
96.   
97.         // 验证签名是否正常  
98.         return signature.verify(decryptBASE64(sign));  
99.     \}  
100.   
101.     /\*\* 
102.      \* 解密<br> 
103.      \* 用私钥解密 
104.      \*  
105.      \* @param data 
106.      \* @param key 
107.      \* @return 
108.      \* @throws Exception 
109.      \*/  
110.     public static byte\[\] decryptByPrivateKey(byte\[\] data, String key)  
111.             throws Exception \{  
112.         // 对密钥解密  
113.         byte\[\] keyBytes = decryptBASE64(key);  
114.   
115.         // 取得私钥  
116.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
117.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY\_ALGORITHM);  
118.         Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
119.   
120.         // 对数据解密  
121.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
122.         cipher.init(Cipher.DECRYPT\_MODE, privateKey);  
123.   
124.         return cipher.doFinal(data);  
125.     \}  
126.   
127.     /\*\* 
128.      \* 解密<br> 
129.      \* 用公钥解密 
130.      \*  
131.      \* @param data 
132.      \* @param key 
133.      \* @return 
134.      \* @throws Exception 
135.      \*/  
136.     public static byte\[\] decryptByPublicKey(byte\[\] data, String key)  
137.             throws Exception \{  
138.         // 对密钥解密  
139.         byte\[\] keyBytes = decryptBASE64(key);  
140.   
141.         // 取得公钥  
142.         X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
143.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY\_ALGORITHM);  
144.         Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);  
145.   
146.         // 对数据解密  
147.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
148.         cipher.init(Cipher.DECRYPT\_MODE, publicKey);  
149.   
150.         return cipher.doFinal(data);  
151.     \}  
152.   
153.     /\*\* 
154.      \* 加密<br> 
155.      \* 用公钥加密 
156.      \*  
157.      \* @param data 
158.      \* @param key 
159.      \* @return 
160.      \* @throws Exception 
161.      \*/  
162.     public static byte\[\] encryptByPublicKey(byte\[\] data, String key)  
163.             throws Exception \{  
164.         // 对公钥解密  
165.         byte\[\] keyBytes = decryptBASE64(key);  
166.   
167.         // 取得公钥  
168.         X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
169.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY\_ALGORITHM);  
170.         Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);  
171.   
172.         // 对数据加密  
173.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
174.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT\_MODE, publicKey);  
175.   
176.         return cipher.doFinal(data);  
177.     \}  
178.   
179.     /\*\* 
180.      \* 加密<br> 
181.      \* 用私钥加密 
182.      \*  
183.      \* @param data 
184.      \* @param key 
185.      \* @return 
186.      \* @throws Exception 
187.      \*/  
188.     public static byte\[\] encryptByPrivateKey(byte\[\] data, String key)  
189.             throws Exception \{  
190.         // 对密钥解密  
191.         byte\[\] keyBytes = decryptBASE64(key);  
192.   
193.         // 取得私钥  
194.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
195.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY\_ALGORITHM);  
196.         Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
197.   
198.         // 对数据加密  
199.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
200.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT\_MODE, privateKey);  
201.   
202.         return cipher.doFinal(data);  
203.     \}  
204.   
205.     /\*\* 
206.      \* 取得私钥 
207.      \*  
208.      \* @param keyMap 
209.      \* @return 
210.      \* @throws Exception 
211.      \*/  
212.     public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)  
213.             throws Exception \{  
214.         Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE\_KEY);  
215.   
216.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
217.     \}  
218.   
219.     /\*\* 
220.      \* 取得公钥 
221.      \*  
222.      \* @param keyMap 
223.      \* @return 
224.      \* @throws Exception 
225.      \*/  
226.     public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)  
227.             throws Exception \{  
228.         Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC\_KEY);  
229.   
230.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
231.     \}  
232.   
233.     /\*\* 
234.      \* 初始化密钥 
235.      \*  
236.      \* @return 
237.      \* @throws Exception 
238.      \*/  
239.     public static Map<String, Object> initKey() throws Exception \{  
240.         KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator  
241.                 .getInstance(KEY\_ALGORITHM);  
242.         keyPairGen.initialize(1024);  
243.   
244.         KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();  
245.   
246.         // 公钥  
247.         RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();  
248.   
249.         // 私钥  
250.         RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();  
251.   
252.         Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);  
253.   
254.         keyMap.put(PUBLIC\_KEY, publicKey);  
255.         keyMap.put(PRIVATE\_KEY, privateKey);  
256.         return keyMap;  
257.     \}  
258. \}

再给出一个测试类：

Java代码  ![收藏代码][icon_star.png]

1.  import static org.junit.Assert.\*;  
2.    
3.  import org.junit.Before;  
4.  import org.junit.Test;  
5.    
6.  import java.util.Map;  
7.    
8.  /\*\* 
9.   \*  
10.  \* @author 梁栋 
11.  \* @version 1.0 
12.  \* @since 1.0 
13.  \*/  
14. public class RSACoderTest \{  
15.     private String publicKey;  
16.     private String privateKey;  
17.   
18.     @Before  
19.     public void setUp() throws Exception \{  
20.         Map<String, Object> keyMap = RSACoder.initKey();  
21.   
22.         publicKey = RSACoder.getPublicKey(keyMap);  
23.         privateKey = RSACoder.getPrivateKey(keyMap);  
24.         System.err.println("公钥: \\n\\r" + publicKey);  
25.         System.err.println("私钥： \\n\\r" + privateKey);  
26.     \}  
27.   
28.     @Test  
29.     public void test() throws Exception \{  
30.         System.err.println("公钥加密——私钥解密");  
31.         String inputStr = "abc";  
32.         byte\[\] data = inputStr.getBytes();  
33.   
34.         byte\[\] encodedData = RSACoder.encryptByPublicKey(data, publicKey);  
35.   
36.         byte\[\] decodedData = RSACoder.decryptByPrivateKey(encodedData,  
37.                 privateKey);  
38.   
39.         String outputStr = new String(decodedData);  
40.         System.err.println("加密前: " + inputStr + "\\n\\r" + "解密后: " + outputStr);  
41.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
42.   
43.     \}  
44.   
45.     @Test  
46.     public void testSign() throws Exception \{  
47.         System.err.println("私钥加密——公钥解密");  
48.         String inputStr = "sign";  
49.         byte\[\] data = inputStr.getBytes();  
50.   
51.         byte\[\] encodedData = RSACoder.encryptByPrivateKey(data, privateKey);  
52.   
53.         byte\[\] decodedData = RSACoder  
54.                 .decryptByPublicKey(encodedData, publicKey);  
55.   
56.         String outputStr = new String(decodedData);  
57.         System.err.println("加密前: " + inputStr + "\\n\\r" + "解密后: " + outputStr);  
58.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
59.   
60.         System.err.println("私钥签名——公钥验证签名");  
61.         // 产生签名  
62.         String sign = RSACoder.sign(encodedData, privateKey);  
63.         System.err.println("签名:\\r" + sign);  
64.   
65.         // 验证签名  
66.         boolean status = RSACoder.verify(encodedData, publicKey, sign);  
67.         System.err.println("状态:\\r" + status);  
68.         assertTrue(status);  
69.   
70.     \}  
71.   
72. \}

控制台输出：

Console代码  ![收藏代码][icon_star.png]

1.  公钥:   
2.    
3.  MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYU/+I0+z1aBl5X6DUUOHQ7FZpmBSDbKTtx89J  
4.  EcB64jFCkunELT8qiKly7fzEqD03g8ALlu5XvX+bBqHFy7YPJJP0ekE2X3wjUnh2NxlqpH3/B/xm  
5.  1ZdSlCwDIkbijhBVDjA/bu5BObhZqQmDwIxlQInL9oVz+o6FbAZCyHBd7wIDAQAB  
6.    
7.  私钥：   
8.    
9.  MIICdgIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmAwggJcAgEAAoGBAJhT/4jT7PVoGXlfoNRQ4dDsVmmY  
10. FINspO3Hz0kRwHriMUKS6cQtPyqIqXLt/MSoPTeDwAuW7le9f5sGocXLtg8kk/R6QTZffCNSeHY3  
11. GWqkff8H/GbVl1KULAMiRuKOEFUOMD9u7kE5uFmpCYPAjGVAicv2hXP6joVsBkLIcF3vAgMBAAEC  
12. gYBvZHWoZHmS2EZQqKqeuGr58eobG9hcZzWQoJ4nq/CarBAjw/VovUHE490uK3S9ht4FW7Yzg3LV  
13. /MB06Huifh6qf/X9NQA7SeZRRC8gnCQk6JuDIEVJOud5jU+9tyumJakDKodQ3Jf2zQtNr+5ZdEPl  
14. uwWgv9c4kmpjhAdyMuQmYQJBANn6pcgvyYaia52dnu+yBUsGkaFfwXkzFSExIbi0MXTkhEb/ER/D  
15. rLytukkUu5S5ecz/KBa8U4xIslZDYQbLz5ECQQCy5dutt7RsxN4+dxCWn0/1FrkWl2G329Ucewm3  
16. QU9CKu4D+7Kqdj+Ha3lXP8F0Etaaapi7+EfkRUpukn2ItZV/AkEAlk+I0iphxT1rCB0Q5CjWDY5S  
17. Df2B5JmdEG5Y2o0nLXwG2w44OLct/k2uD4cEcuITY5Dvi/4BftMCZwm/dnhEgQJACIktJSnJwxLV  
18. o9dchENPtlsCM9C/Sd2EWpqISSUlmfugZbJBwR5pQ5XeMUqKeXZYpP+HEBj1nS+tMH9u2/IGEwJA  
19. fL8mZiZXan/oBKrblAbplNcKWGRVD/3y65042PAEeghahlJMiYquV5DzZajuuT0wbJ5xQuZB01+X  
20. nfpFpBJ2dw==  
21.   
22. 公钥加密——私钥解密  
23. 加密前: abc  
24.   
25. 解密后: abc  
26. 公钥:   
27.   
28. MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDdOj40yEB48XqWxmPILmJAc7UecIN7F32etSHF  
29. 9rwbuEh3+iTPOGSxhoSQpOED0vOb0ZIMkBXZSgsxLaBSin2RZ09YKWRjtpCA0kDkiD11gj4tzTiM  
30. l9qq1kwSK7ZkGAgodEn3yIILVmQDuEImHOXFtulvJ71ka07u3LuwUNdB/wIDAQAB  
31.   
32. 私钥：   
33.   
34. MIICdwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmEwggJdAgEAAoGBAN06PjTIQHjxepbGY8guYkBztR5w  
35. g3sXfZ61IcX2vBu4SHf6JM84ZLGGhJCk4QPS85vRkgyQFdlKCzEtoFKKfZFnT1gpZGO2kIDSQOSI  
36. PXWCPi3NOIyX2qrWTBIrtmQYCCh0SffIggtWZAO4QiYc5cW26W8nvWRrTu7cu7BQ10H/AgMBAAEC  
37. gYEAz2JWBizjI31bqhP4XiP9PuY5F3vqBW4T+L9cFbQiyumKJc58yzTWUAUGKIIn3enXLG7dNqGr  
38. mbJro4JeFIJ3CiVDpXR9+FluIgI4SXm7ioGKF2NOMA9LR5Fu82W+pLfpTN2y2SaLYWEDZyp53BxY  
39. j9gUxaxi1MQs+C1ZgDF2xmECQQDy70bQntbRfysP+ppCtd56YRnES1Tyekw0wryS2tr+ivQJl7JF  
40. gp5rPAOXpgrq36xHDwUspQ0sJ0vj0O7ywxr1AkEA6SAaLhrJJrYucC0jxwAhUYyaPN+aOsWymaRh  
41. 9jA/Wc0wp29SbGTh5CcMuGpXm1g0M+FKW3dGiHgS3rVUKim4owJAbnxgapUzAgiiHxxMeDaavnHW  
42. 9C2GrtjsO7qtZOTgYI/1uT8itvZW8lJTF+9OW8/qXE76fXl7ai9dFnl5kzMk2QJBALfHz/vCsArt  
43. mkRiwY6zApE4Z6tPl1V33ymSVovvUzHnOdD1SKQdD5t+UV/crb3QVi8ED0t2B0u0ZSPfDT/D7kMC  
44. QDpwdj9k2F5aokLHBHUNJPFDAp7a5QMaT64gv/d48ITJ68Co+v5WzLMpzJBYXK6PAtqIhxbuPEc2  
45. I2k1Afmrwyw=  
46.   
47. 私钥加密——公钥解密  
48. 加密前: sign  
49.   
50. 解密后: sign  
51. 私钥签名——公钥验证签名  
52. 签名:  
53. ud1RsIwmSC1pN22I4IXteg1VD2FbiehKUfNxgVSHzvQNIK+d20FCkHCqh9djP3h94iWnIUY0ifU+  
54. mbJkhAl/i5krExOE0hknOnPMcEP+lZV1RbJI2zG2YooSp2XDleqrQk5e/QF2Mx0Zxt8Xsg7ucVpn  
55. i3wwbYWs9wSzIf0UjlM=  
56.   
57. 状态:  
58. true

简要总结一下，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！![icon_biggrin.gif][]  
  
类似数字签名，数字信封是这样描述的：  
  
**数字信封**  
　　数字信封用加密技术来保证只有特定的收信人才能阅读信的内容。  
流程：  
    信息发送方采用对称密钥来加密信息，然后再用接收方的公钥来加密此对称密钥（这部分称为数字信封），再将它和信息一起发送给接收方；接收方先用相应的私钥打开数字信封，得到对称密钥，然后使用对称密钥再解开信息。

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[05a78ac9-b102-3026-8ce8-da2a52a54a07.jpg]: /images/20220731/2de37b2ab5e6469da6c191a6edef2b00.png
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[41470acf-e04c-3fb7-ad1b-dc1a7ba28884.jpg]: /images/20220731/03b91fe276114590a2477a6006437d87.png
[Java]: http://snowolf.iteye.com/blog/379860
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