Go-RSA加密解密详解与代码

雨点打透心脏的1/2处 2022-10-07 13:55 67阅读 0赞

**目录**

对称密码的缺点

RSA概述

RSA密钥对生成算法

RSA加解密过程

RSA小结

RSA的Go实现

encoding/pem包

crypto/x509包

crypto/rsa包

生成RSA密钥对

加解密

截图

参考

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# 对称密码的缺点 #

保密通信进入计算机网络时代，传统密码体制逐渐暴露其固有的弱点，体现在**密钥分发**。通过前面的对称密码文章，可以看到需要双方知道密钥。问题在于我要给你发送秘密信息，没有安全的通道，发送信息前需要找到安全的通道告诉你密钥，然后再在不安全通道进行通信。问题是我既然找到了安全的通道，直接发送消息不就行了吗？ 当然，古代大部分是在线下约定好的，类似《悬崖之上》的密码本。

对称密码解决了密钥分发问题，可以在不安全通道发送密钥。当然，对称密码还有数字签名问题，后面数字签名相关的文章再说。

# RSA概述 #

W.Diffie和Hellman发表了著名的文章《密码学的新方向》首次提出了**公钥密码算法**的思想。

公钥密码体制为密码学的发展提供了新的理论和技术思想，一方面公钥密码算法是建立在**数学函数**基础上的，而不是建立在**字符或位方式**的操作上的；另一方面公钥密码算法是以**非对称**的形式使用**加密密钥和解密密钥**，这两个密钥的使用对密钥管理、认证等都有着深刻的实际意义。可以说，公钥密码体制的出现在密码学发展史上是一次质的飞跃。

1978年，**R**ivest,**S**hamir和**A**dleman提出的RSA算法体现了公钥算法的思想，被认为是第一个安全的、实用的公钥密码算法。

RSA的理论基础是数论的**[欧拉定理][Link 1]**，它的安全性依赖于**大整数的素因子**分解的困难性。

# RSA密钥对生成算法 #

1.  选取两个大素数p和q，两个数长度接近且相差较大。
2.  计算n=p\*q,9(n)=(p-1)(q-1)。
3.  随机选取整数e，满足gcd(ee(n))=1。
4.  计算d，满足d\*e=1(mode(n)）。

**注：p和q保密。e和n为公钥，d为私钥。**

# RSA加解密过程 #

加密算法：c=E(m）=![m^e][m_e](mod n)

解密算法：m=D(c)=![c^d][c_d](mod n)

# RSA小结 #

*  第一个实用的公开密钥算法。
 *  目前使用最多的一种公钥密码算法。
 *  RSA的理论基础是数论的**欧拉定理**。
 *  RSA的安全性依赖于**大数的素因子分解**的困难性。
 *  密码分析者既不能证明也不能否定RSA的安全性。
 *  既能用于加密也能用于**数字签名**。
 *  目前密钥长度**1024**位是安全的。

# RSA的Go实现 #

## encoding/pem包 ##

func Decode(data []byte) (p *Block, rest []byte)

Decode函数会从输入里查找到下一个**PEM格式**的块（证书、私钥等）。它**返回解码得到的Block**和剩余未解码的数据。如果未发现PEM数据，返回(nil, data)。

## crypto/x509包 ##

func MarshalPKCS1PrivateKey(key *rsa.PrivateKey) []byte

MarshalPKCS1PrivateKey将rsa私钥序列化为ASN.1 PKCS\#1 DER编码。

func MarshalPKIXPublicKey(pub interface{}) ([]byte, error)

MarshalPKIXPublicKey将公钥序列化为PKIX格式DER编码。

func ParsePKIXPublicKey(derBytes []byte) (pub interface{}, err error)

ParsePKIXPublicKey解析一个**DER编码的公钥**。这些公钥一般在以"BEGIN PUBLIC KEY"出现的PEM块中。

func ParsePKCS1PrivateKey(der []byte) (key *rsa.PrivateKey, err error)

ParsePKCS1PrivateKey解析ASN.1 PKCS\#1 DER编码的rsa私钥。

## crypto/rsa包 ##

func EncryptPKCS1v15(rand io.Reader, pub *PublicKey, msg []byte) (out []byte, err error)

EncryptPKCS1v15使用PKCS\#1 v1.5规定的填充方案和RSA算法加密msg。信息不能超过((公共模数的长度)-11)字节。注意：使用本函数加密明文（而不是会话密钥）是危险的，请尽量在新协议中使用RSA OAEP。

func DecryptPKCS1v15(rand io.Reader, priv *PrivateKey, ciphertext []byte) (out []byte, err error)

DecryptPKCS1v15使用PKCS\#1 v1.5规定的填充方案和RSA算法解密密文。如果random不是nil，函数会注意规避时间侧信道攻击。

## 生成RSA密钥对 ##

1.  使用rsa.GenerateKey生成私钥
2.  使用x509.MarshalPKCS1PrivateKey序列化私钥为derText
3.  使用pem.Block转为Block
4.  使用pem.Encode写入文件
5.  从私钥中获取公钥
6.  使用x509.MarshalPKIXPublicKey序列化公钥为derStream
7.  使用pem.Block转为Block
8.  使用pem.Encode写入文件

func GenerateRsaKey(keySize int, dirPath string) error {
    	privateKey,err := rsa.GenerateKey(rand.Reader,keySize)
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	// x509
    	derText :=x509.MarshalPKCS1PrivateKey(privateKey)
    	// pem Block
    	block := &pem.Block{
    		Type:"rsa private key",
    		Bytes:derText,
    	}
    	// just joint, caller must let dirPath right
    	file,err := os.Create(dirPath+"private.pem")
    	defer file.Close()
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	err = pem.Encode(file,block)
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	// get PublicKey from privateKey
    	publicKey := privateKey.PublicKey
    	derStream,err := x509.MarshalPKIXPublicKey(&publicKey)
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	block = &pem.Block{
    		Type:"rsa public key",
    		Bytes:derStream,
    	}
    	file,err = os.Create(dirPath+"public.pem")
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	err = pem.Encode(file, block)
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	return nil
    }

## 加解密 ##

加密

1.  获取公钥
2.  使用x509.ParsePKIXPublicKey解析公钥
3.  使用rsa.EncryptPKCS1v15加密

func RsaEncrypt(plainText []byte,filePath string) ([]byte, error) {
    	// get pem.Block
    	block,err := util.GetKey(filePath)
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return nil,util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	// X509
    	publicInterface,err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return nil,util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	publicKey,flag := publicInterface.(*rsa.PublicKey)
    	if flag == false{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return nil,util.Error(file,line+1,errors.RsatransError)
    	}
    	// encrypt
    	cipherText, err := rsa.EncryptPKCS1v15(rand.Reader, publicKey, plainText)
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return nil,util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	return cipherText,nil
    }

解密

1.  获取私钥
2.  使用x509.ParsePKCS1PrivateKey解析私钥
3.  使用rsa.DecryptPKCS1v15解密

func RsaDecrypt(cipherText []byte,filePath string) (plainText []byte,err error) {
    	// get pem.Block
    	block,err := util.GetKey(filePath)
    	if err != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return nil,util.Error(file,line+1,err.Error())
    	}
    	// get privateKey
    	privateKey, _ := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
    	defer func() {
    		if err2 := recover();err2 != nil{
    			_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    			err = util.Error(file,line,errors.RsaNilError)
    		}
    	}()
    	// get plainText use privateKey
    	plainText, err3 := rsa.DecryptPKCS1v15(rand.Reader, privateKey, cipherText)
    	if err3 != nil{
    		_, file, line, _ := runtime.Caller(0)
    		return nil,util.Error(file,line+1,err3.Error())
    	}
    	return plainText,err
    }

测试代码

func TestRsa(t *testing.T) {
    	// 生成密钥对
    	err := GenerateRsaKey(1024, "./")
    	if err!=nil{
    		fmt.Println(err)
    	}
    	// 测试加密
    	plainText := []byte("hi, I'm lady_killer9")
    	cipherText,err := RsaEncrypt(plainText,"./public.pem")
    	if err!=nil{
    		fmt.Println(err)
    	}
    	fmt.Printf("加密后为:%s\n",cipherText)
    	// 测试解密
    	plainText,err = RsaDecrypt(cipherText,"./private.pem")
    	if err!=nil{
    		fmt.Println(err)
    	}
    	fmt.Printf("解密后为:%s\n",plainText)
    }

## 截图 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHlfa2lsbGVyOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

源代码地址：[https://gitee.com/frankyu365/gocrypto][https_gitee.com_frankyu365_gocrypto]

目前是v1.0.5-alpha版本，测试中，遇见了个空指针panic，不太确定直接recover的思路是否正确。

# 参考 #

《现代密码学教程 谷利泽，杨义先等》

[Go标准库-crypto/rsa][Go_-crypto_rsa]

[Go标准库-crypto/x509][Go_-crypto_x509]

[Go标准库-encoding/pem][Go_-encoding_pem]

更多Go相关内容：Go-Golang学习总结笔记

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[c_d]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?c%5Ed
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[https_gitee.com_frankyu365_gocrypto]: https://gitee.com/frankyu365/gocrypto
[Go_-crypto_rsa]: https://studygolang.com/static/pkgdoc/pkg/crypto_rsa.htm
[Go_-crypto_x509]: https://studygolang.com/static/pkgdoc/pkg/crypto_x509.htm
[Go_-encoding_pem]: https://studygolang.com/static/pkgdoc/pkg/encoding_pem.htm