Java加解密技术系列之RSA详解
作者：crazyYong
出于安全考虑，网络的传输中经常对传输数据做加密和编码处理，本篇文章主要介绍Java加解密技术系列之RSA详解，非常具有实用价值，需要的朋友可以参考下。
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。今天来说说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