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Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA

2023-11-11
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。  

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。
通过java代码实现如下： Coder类见 Java加密技术（一）  
Java代码   收藏代码
  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
  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
  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！  

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。 

转载自:http://snowolf.iteye.com/blog/381767

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java加密

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