Java加解密技術系列之RSA詳解

距離上一次寫博客感覺已經很長時間了，先吐槽一下，這個月以來，公司一直在加班，又是發版、上線，又是新項目太緊，具體的就不多說了。今天來說說非對稱加密真的是太重要了，我們的日常生活中，都離不開非對稱加密。

概念

在說RSA 之前，首先聊聊什麼是非對稱加密。在講對稱加密的時候，就曾經說過，對稱加密算法在加密和解密時使用的是同一個秘鑰，加解密雙方必須使用同一個密鑰才能進行正常的溝通。而非對稱加密則不然，非對稱加密算法需要兩個密鑰來進行加密和解密，分別是公鑰和私鑰。

需要注意的一點，這個公鑰和私鑰必須是一對的，如果用公鑰對數據進行加密，那麼只有使用對應的私鑰才能解密，反之亦然。由於加密和解密使用的是兩個不同的密鑰，因此，這種算法叫做非對稱加密算法。

工作過程

如下圖，甲乙之間使用非對稱加密的方式傳輸數據。

在非對稱加密中使用的主要算法有：RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、DH、ECC（橢圓曲線加密算法）等。今天主要是介紹RSA ，至於其他的算法，後續會選擇幾個進行介紹。

RSA

其實，在早在1978 年的時候，RSA就已經出現了，它是第一個既能用於數據加密也能用於數字簽名的算法。它易於理解和操作，也很流行。其原理就如上面的工作過程所述。

RSA 算法基於一個十分簡單的數論事實：將兩個大素數相乘十分容易，但是想要對其乘積進行因式分解卻極其困難，因此可以將乘積公開作為加密密鑰。

代碼實現

下面來看一下具體的代碼實現。

 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 加解密工具類*/ public class RSA { /** * 定義加密方式*/ private final static String KEY_RSA = "RSA"; /** * 定義簽名算法*/ private final static String KEY_RSA_SIGNATURE = "MD5withRSA"; /** * 定義公鑰算法*/ private final static String KEY_RSA_PUBLICKEY = "RSAPublicKey"; /** * 定義私鑰算法*/ private final static String KEY_RSA_PRIVATEKEY = "RSAPrivateKey"; /** * 初始化密鑰* @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(); // 公鑰RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic(); // 私鑰RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate(); // 將密鑰封裝為map map = Maps.newHashMap(); map.put(KEY_RSA_PUBLICKEY, publicKey); map.put(KEY_RSA_PRIVATEKEY, privateKey); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { e.printStackTrace(); } return map; } /** * 用私鑰對信息生成數字簽名* @param data 加密數據* @param privateKey 私鑰* @return */ public static String sign(byte[] data, String privateKey) { String str = ""; try { // 解密由base64編碼的私鑰byte[] bytes = decryptBase64(privateKey); // 構造PKCS8EncodedKeySpec對象PKCS8EncodedKeySpec pkcs = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes); // 指定的加密算法KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA); // 取私鑰對象PrivateKey key = factory.generatePrivate(pkcs); // 用私鑰對信息生成數字簽名Signature signature = Signature.getInstance(KEY_RSA_SIGNATURE); signature.initSign(key); signature.update(data); str = encryptBase64(signature.sign()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return str; } /** * 校驗數字簽名* @param data 加密數據* @param publicKey 公鑰* @param sign 數字簽名* @return 校驗成功返回true，失敗返回false */ public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign) { boolean flag = false; try { // 解密由base64編碼的公鑰byte[] bytes = decryptBase64(publicKey); // 構造X509EncodedKeySpec對象X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytes); // 指定的加密算法KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA); // 取公鑰對象PublicKey key = factory.generatePublic(keySpec); // 用公鑰驗證數字簽名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; } /** * 私鑰解密* @param data 加密數據* @param key 私鑰* @return */ public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String key) { byte[] result = null; try { // 對私鑰解密byte[] bytes = decryptBase64(key); // 取得私鑰PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes); KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA); PrivateKey privateKey = factory.generatePrivate(keySpec); // 對數據解密Cipher cipher = Cipher.getInstance(factory.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey); result = cipher.doFinal(data); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return result; } /** * 私鑰解密* @param data 加密數據* @param key 公鑰* @return */ public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String key) { byte[] result = null; try { // 對公鑰解密byte[] bytes = decryptBase64(key); // 取得公鑰X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytes); KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA); PublicKey publicKey = factory.generatePublic(keySpec); // 對數據解密Cipher cipher = Cipher.getInstance(factory.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey); result = cipher.doFinal(data); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return result; } /** * 公鑰加密* @param data 待加密數據* @param key 公鑰* @return */ public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String key) { byte[] result = null; try { byte[] bytes = decryptBase64(key); // 取得公鑰X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytes); KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA); PublicKey publicKey = factory.generatePublic(keySpec); // 對數據加密Cipher cipher = Cipher.getInstance(factory.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey); result = cipher.doFinal(data); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return result; } /** * 私鑰加密* @param data 待加密數據* @param key 私鑰* @return */ public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String key) { byte[] result = null; try { byte[] bytes = decryptBase64(key); // 取得私鑰PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes); KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA); PrivateKey privateKey = factory.generatePrivate(keySpec); // 對數據加密Cipher cipher = Cipher.getInstance(factory.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey); result = cipher.doFinal(data); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return result; } /** * 獲取公鑰* @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; } /** * 獲取私鑰* @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 字節數組* @throws Exception */ public static byte[] decryptBase64(String key) throws Exception { return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key); } /** * BASE64 加密* @param key 需要加密的字節數組* @return 字符串* @throws Exception */ public static String encryptBase64(byte[] key) throws Exception { return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key); } /** * 測試方法* @param args */ public static void main(String[] args) { String privateKey = ""; String publicKey = ""; // 生成公鑰私鑰Map<String, Object> map = init(); publicKey = getPublicKey(map); privateKey = getPrivateKey(map); System.out.println("公鑰: /n/r" + publicKey); System.out.println("私鑰： /n/r" + privateKey); System.out.println("公鑰加密--------私鑰解密"); 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" + "解密後: " + decWord); System.out.println("私鑰加密--------公鑰解密"); 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" + "解密後: " + decEnglish); System.out.println("私鑰簽名――公鑰驗證簽名"); // 產生簽名String sign = sign(encEnglish, privateKey); System.out.println("簽名:/r" + sign); // 驗證簽名boolean status = verify(encEnglish, publicKey, sign); System.out.println("狀態:/r" + status); } }

加解密結果

結束語

其實，看似很複雜的過程，用一句話就可以描述：使用公鑰加密、私鑰解密，完成了乙方到甲方的一次數據傳遞，通過私鑰加密、公鑰解密，同時通過私鑰簽名、公鑰驗證簽名，完成了一次甲方到乙方的數據傳遞與驗證，兩次數據傳遞完成一整套的數據交互。

非對稱加密算法的出現，就是為了解決只有一把密鑰的加解密，只要這一把密鑰丟失或者被公開，那麼加密數據就很容易被攻擊。同時，也正是由於非對稱加密算法的出現，才有了後面的數字簽名、數字證書等等。

好了，今天就到這吧，下一篇繼續非對稱加密，至於哪一種，到時候就知道了，這裡先保密