RSA實例詳解
RSA爲非對稱加密算法, 能夠實現對明文的加密與解密，但加密與解密使用的密鑰是不一樣的，分爲公鑰和私鑰，公鑰和私鑰必須配對使用，使用公鑰加密，私鑰解密；也能夠私鑰加密，公鑰解密，本文對RSA提供了代碼實現，也提供了一個小工具實現1024位密鑰的生成java
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RSA是非對稱性加密算法, 在瞭解非對稱性算法前，咱們先了解一下對稱算法數組
1.對稱算法:安全
1976年之前，全部的加密方法都是同一種模式：網絡
（1）甲方選擇某一種加密規則，對信息進行加密；dom
（2）乙方使用同一種規則，對信息進行解密。工具
因爲加密和解密使用一樣規則（簡稱"密鑰"），這被稱爲"對稱加密算法"（Symmetric-key algorithm）。測試
這種加密模式有一個最大弱點：甲方必須把加密規則告訴乙方，不然沒法解密。保存和傳遞密鑰，就成了最頭疼的問題編碼
2.非對稱性算法:加密
1976年，兩位美國計算機學家Whitfield Diffie 和 Martin Hellman，提出了一種嶄新構思，能夠在不直接傳遞密鑰的狀況下，完成解密。這被稱爲"Diffie-Hellman密鑰交換算法"。這個算法啓發了其餘科學家。人們認識到，加密和解密可使用不一樣的規則，只要這兩種規則之間存在某種對應關係便可，這樣就避免了直接傳遞密鑰。
這種新的加密模式被稱爲"非對稱加密算法"。
（1）乙方生成兩把密鑰（公鑰和私鑰）。公鑰是公開的，任何人均可以得到，私鑰則是保密的。
（2）甲方獲取乙方的公鑰，而後用它對信息加密。
（3）乙方獲得加密後的信息，用私鑰解密。
若是公鑰加密的信息只有私鑰解得開，那麼只要私鑰不泄漏，通訊就是安全的。
1977年，三位數學家Rivest、Shamir 和 Adleman 設計了一種算法，能夠實現非對稱加密。這種算法用他們三我的的名字命名，叫作RSA算法。從那時直到如今，RSA算法一直是最廣爲使用的"非對稱加密算法"。絕不誇張地說，只要有計算機網絡的地方，就有RSA算法。
這種算法很是可靠，密鑰越長，它就越難破解。根據已經披露的文獻，目前被破解的最長RSA密鑰是768個二進制位。也就是說，長度超過768位的密鑰，還沒法破解（至少沒人公開宣佈）。所以能夠認爲，1024位的RSA密鑰基本安全，2048位的密鑰極其安全。
本文對應的demo中，有一個工具，能夠利用其獲得1024位的密鑰, 也能夠獲得2048位的密鑰(見下圖)
本文只講解1024位的加解密， 2048位的加解密其它篇幅會講到(若是將2048位密鑰放到下面的測試代碼，會產生錯誤)
3. 加密，解密算法工具類
RSAUtils.java--RSA公鑰/私鑰/簽名工具包
此工具類也能夠根據算法生成上圖對應工具生成的 公鑰/私鑰 組
package com.wisdomdd.rsa;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
/**
* <p>
* RSA公鑰/私鑰/簽名工具包
* </p>
* <p>
* 羅納德·李維斯特（Ron [R]ivest）、阿迪·薩莫爾（Adi [S]hamir）和倫納德·阿德曼（Leonard [A]dleman）
* </p>
* <p>
* 字符串格式的密鑰在未在特殊說明狀況下都爲BASE64編碼格式<br/>
* 因爲非對稱加密速度極其緩慢，通常文件不使用它來加密而是使用對稱加密，<br/>
* 非對稱加密算法能夠用來對對稱加密的密鑰加密，這樣保證密鑰的安全也就保證了數據的安全
* </p>
*
* @author IceWee
* @date 2012-4-26
* @version 1.0
*/
public class RSAUtils {
/**
* 加密算法RSA
*/
public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";
/**
* 簽名算法
*/
public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";
/**
* 獲取公鑰的key
*/
private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";
/**
* 獲取私鑰的key
*/
private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";
/**
* RSA最大加密明文大小
*/
private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;
/**
* RSA最大解密密文大小
*/
private static final int MAX_DECRYPT_BLOCK = 128;
/**
* <p>
* 生成密鑰對(公鑰和私鑰)
* </p>
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static Map<String, Object> genKeyPair() throws Exception {
KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
keyPairGen.initialize(1024);
KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}
/**
* <p>
* 用私鑰對信息生成數字簽名
* </p>
*
* @param data 已加密數據
* @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {
byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(privateKey);
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
PrivateKey privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
signature.initSign(privateK);
signature.update(data);
return Base64Utils.encode(signature.sign());
}
/**
* <p>
* 校驗數字簽名
* </p>
*
* @param data 已加密數據
* @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
* @param sign 數字簽名
*
* @return
* @throws Exception
*
*/
public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)
throws Exception {
byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(publicKey);
X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
PublicKey publicK = keyFactory.generatePublic(keySpec);
Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
signature.initVerify(publicK);
signature.update(data);
return signature.verify(Base64Utils.decode(sign));
}
/**
* <P>
* 私鑰解密
* </p>
*
* @param encryptedData 已加密數據
* @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] encryptedData, String privateKey)
throws Exception {
byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(privateKey);
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
Key privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateK);
int inputLen = encryptedData.length;
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
int offSet = 0;
byte[] cache;
int i = 0;
// 對數據分段解密
while (inputLen - offSet > 0) {
if (inputLen - offSet > MAX_DECRYPT_BLOCK) {
cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, MAX_DECRYPT_BLOCK);
} else {
cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, inputLen - offSet);
}
out.write(cache, 0, cache.length);
i++;
offSet = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;
}
byte[] decryptedData = out.toByteArray();
out.close();
return decryptedData;
}
/**
* <p>
* 公鑰解密
* </p>
*
* @param encryptedData 已加密數據
* @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] encryptedData, String publicKey)
throws Exception {
byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(publicKey);
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicK);
int inputLen = encryptedData.length;
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
int offSet = 0;
byte[] cache;
int i = 0;
// 對數據分段解密
while (inputLen - offSet > 0) {
if (inputLen - offSet > MAX_DECRYPT_BLOCK) {
cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, MAX_DECRYPT_BLOCK);
} else {
cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, inputLen - offSet);
}
out.write(cache, 0, cache.length);
i++;
offSet = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;
}
byte[] decryptedData = out.toByteArray();
out.close();
return decryptedData;
}
/**
* <p>
* 公鑰加密
* </p>
*
* @param data 源數據
* @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String publicKey)
throws Exception {
byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(publicKey);
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
// 對數據加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicK);
int inputLen = data.length;
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
int offSet = 0;
byte[] cache;
int i = 0;
// 對數據分段加密
while (inputLen - offSet > 0) {
if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
} else {
cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
}
out.write(cache, 0, cache.length);
i++;
offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
}
byte[] encryptedData = out.toByteArray();
out.close();
return encryptedData;
}
/**
* <p>
* 私鑰加密
* </p>
*
* @param data 源數據
* @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String privateKey)
throws Exception {
byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(privateKey);
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
Key privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateK);
int inputLen = data.length;
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
int offSet = 0;
byte[] cache;
int i = 0;
// 對數據分段加密
while (inputLen - offSet > 0) {
if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
} else {
cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
}
out.write(cache, 0, cache.length);
i++;
offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
}
byte[] encryptedData = out.toByteArray();
out.close();
return encryptedData;
}
/**
* <p>
* 獲取私鑰
* </p>
*
* @param keyMap 密鑰對
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
return Base64Utils.encode(key.getEncoded());
}
/**
* <p>
* 獲取公鑰
* </p>
*
* @param keyMap 密鑰對
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
return Base64Utils.encode(key.getEncoded());
}
}
上面代碼使用到了Base64加密，下面提供 Base64Utils的代碼
Base64Utils.java--BASE64編碼解碼工具包
該工具類中用到了BASE64，須要藉助第三方類庫：javabase64-1.3.1.jar
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package com.wisdomdd.rsa;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import it.sauronsoftware.base64.Base64;
/**
* <p>
* BASE64編碼解碼工具包
* </p>
* <p>
* 依賴javabase64-1.3.1.jar
* </p>
*
* @author IceWee
* @date 2012-5-19
* @version 1.0
*/
public class Base64Utils {
/**
* 文件讀取緩衝區大小
*/
private static final int CACHE_SIZE = 1024;
/**
* <p>
* BASE64字符串解碼爲二進制數據
* </p>
*
* @param base64
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decode(String base64) throws Exception {
return Base64.decode(base64.getBytes());
}
/**
* <p>
* 二進制數據編碼爲BASE64字符串
* </p>
*
* @param bytes
* @return
* @throws Exception
*/
public static String encode(byte[] bytes) throws Exception {
return new String(Base64.encode(bytes));
}
/**
* <p>
* 將文件編碼爲BASE64字符串
* </p>
* <p>
* 大文件慎用，可能會致使內存溢出
* </p>
*
* @param filePath
* 文件絕對路徑
* @return
* @throws Exception
*/
public static String encodeFile(String filePath) throws Exception {
byte[] bytes = fileToByte(filePath);
return encode(bytes);
}
/**
* <p>
* BASE64字符串轉回文件
* </p>
*
* @param filePath
* 文件絕對路徑
* @param base64
* 編碼字符串
* @throws Exception
*/
public static void decodeToFile(String filePath, String base64) throws Exception {
byte[] bytes = decode(base64);
byteArrayToFile(bytes, filePath);
}
/**
* <p>
* 文件轉換爲二進制數組
* </p>
*
* @param filePath
* 文件路徑
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] fileToByte(String filePath) throws Exception {
byte[] data = new byte[0];
File file = new File(filePath);
if (file.exists()) {
FileInputStream in = new FileInputStream(file);
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream(2048);
byte[] cache = new byte[CACHE_SIZE];
int nRead = 0;
while ((nRead = in.read(cache)) != -1) {
out.write(cache, 0, nRead);
out.flush();
}
out.close();
in.close();
data = out.toByteArray();
}
return data;
}
/**
* <p>
* 二進制數據寫文件
* </p>
*
* @param bytes
* 二進制數據
* @param filePath
* 文件生成目錄
*/
public static void byteArrayToFile(byte[] bytes, String filePath) throws Exception {
InputStream in = new ByteArrayInputStream(bytes);
File destFile = new File(filePath);
if (!destFile.getParentFile().exists()) {
destFile.getParentFile().mkdirs();
}
destFile.createNewFile();
OutputStream out = new FileOutputStream(destFile);
byte[] cache = new byte[CACHE_SIZE];
int nRead = 0;
while ((nRead = in.read(cache)) != -1) {
out.write(cache, 0, nRead);
out.flush();
}
out.close();
in.close();
}
}
上面提供了RSA工具類的代碼，
下面使用示例代碼講解 加密/解密 示例代碼
--這裏使用代碼得到公鑰私鑰，也可使用工具得到配對的公鑰私鑰
Map<String, Object> keyMap = RSAUtils.genKeyPair();
String publicKey = RSAUtils.getPublicKey(keyMap); ----得到RSA公鑰
String privateKey = RSAUtils.getPrivateKey(keyMap); ----得到RSA私鑰
RSAUtils.encryptByPrivateKey(data, publicKey); ----私鑰加密
RSAUtils.decryptByPublicKey(encodedData, privateKey); ----公鑰解密
RSAUtils.encryptByPublicKey(data, publicKey); ----公鑰加密
RSAUtils.decryptByPrivateKey(encodedData, privateKey); ----私鑰解密
package com.wisdomdd.rsa;
import java.util.Map;
public class RSATester {
static String publicKey;
static String privateKey;
static {
try {
Map<String, Object> keyMap = RSAUtils.genKeyPair();
publicKey = RSAUtils.getPublicKey(keyMap);
privateKey = RSAUtils.getPrivateKey(keyMap);
System.err.println("公鑰: \n\r" + publicKey);
System.err.println("私鑰： \n\r" + privateKey);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
test();
//testSign();
//testHttpSign();
}
static void test() throws Exception {
System.err.println("公鑰加密——私鑰解密");
String source = "這是一行沒有任何意義的文字，你看完了等於沒看，不是嗎？";
System.out.println("\r加密前文字：\r\n" + source);
byte[] data = source.getBytes();
byte[] encodedData = RSAUtils.encryptByPublicKey(data, publicKey);
System.out.println("加密後文字：\r\n" + new String(encodedData));
byte[] decodedData = RSAUtils.decryptByPrivateKey(encodedData, privateKey);
String target = new String(decodedData);
System.out.println("解密後文字: \r\n" + target);
String sign = RSAUtils.sign(encodedData, privateKey);
boolean status = RSAUtils.verify(encodedData, publicKey, sign);
System.err.println("驗證結果:\r" + status);
}
static void testSign() throws Exception {
System.err.println("私鑰加密——公鑰解密");
String source = "這是一行測試RSA數字簽名的無心義文字";
System.out.println("原文字：\r\n" + source);
byte[] data = source.getBytes();
byte[] encodedData = RSAUtils.encryptByPrivateKey(data, privateKey);
System.out.println("加密後：\r\n" + new String(encodedData));
byte[] decodedData = RSAUtils.decryptByPublicKey(encodedData, publicKey);
String target = new String(decodedData);
System.out.println("解密後: \r\n" + target);
System.err.println("私鑰簽名——公鑰驗證簽名");
String sign = RSAUtils.sign(encodedData, privateKey);
System.err.println("簽名:\r" + sign);
boolean status = RSAUtils.verify(encodedData, publicKey, sign);
System.err.println("驗證結果:\r" + status);
}
static void testHttpSign() throws Exception {
String param = "id=1&name=張三";
byte[] encodedData = RSAUtils.encryptByPrivateKey(param.getBytes(), privateKey);
System.out.println("加密後：" + encodedData);
byte[] decodedData = RSAUtils.decryptByPublicKey(encodedData, publicKey);
System.out.println("解密後：" + new String(decodedData));
String sign = RSAUtils.sign(encodedData, privateKey);
System.err.println("簽名：" + sign);
boolean status = RSAUtils.verify(encodedData, publicKey, sign);
System.err.println("簽名驗證結果：" + status);
}
}
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