Java加密技術（六）——數字簽名算法DSA

時間  2019-11-13
標籤 java 加密 技術 數字 簽名 算法 dsa 欄目 Java 简体版
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接下來咱們介紹DSA數字簽名，非對稱加密的另外一種實現。
DSA
DSA-Digital Signature Algorithm 是Schnorr和ElGamal簽名算法的變種，被美國NIST做爲DSS(DigitalSignature Standard)。簡單的說，這是一種更高級的驗證方式，用做數字簽名。不僅僅只有公鑰、私鑰，還有數字簽名。私鑰加密生成數字簽名，公鑰驗證數據及簽名。若是數據和簽名不匹配則認爲驗證失敗！數字簽名的做用就是校驗數據在傳輸過程當中不被修改。數字簽名，是單向加密的升級！


經過java代碼實現以下： Coder類見 Java加密技術（一）
Java代碼 複製代碼  收藏代碼
  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.SecureRandom;  
  8. import java.security.Signature;  
  9. import java.security.interfaces.DSAPrivateKey;  
  10. import java.security.interfaces.DSAPublicKey;  
  11. import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;  
  12. import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;  
  13. import java.util.HashMap;  
  14. import java.util.Map;  
  15.   
  16. /** 
  17.  * DSA安全編碼組件 
  18.  *  
  19.  * @author 樑棟 
  20.  * @version 1.0 
  21.  * @since 1.0 
  22.  */  
  23. public abstract class DSACoder extends Coder {  
  24.   
  25.     public static final String ALGORITHM = "DSA";  
  26.   
  27.     /** 
  28.      * 默認密鑰字節數 
  29.      *  
  30.      * <pre> 
  31.      * DSA  
  32.      * Default Keysize 1024   
  33.      * Keysize must be a multiple of 64, ranging from 512 to 1024 (inclusive). 
  34.      * </pre> 
  35.      */  
  36.     private static final int KEY_SIZE = 1024;  
  37.   
  38.     /** 
  39.      * 默認種子 
  40.      */  
  41.     private static final String DEFAULT_SEED = "0f22507a10bbddd07d8a3082122966e3";  
  42.   
  43.     private static final String PUBLIC_KEY = "DSAPublicKey";  
  44.     private static final String PRIVATE_KEY = "DSAPrivateKey";  
  45.   
  46.     /** 
  47.      * 用私鑰對信息生成數字簽名 
  48.      *  
  49.      * @param data 
  50.      *            加密數據 
  51.      * @param privateKey 
  52.      *            私鑰 
  53.      *  
  54.      * @return 
  55.      * @throws Exception 
  56.      */  
  57.     public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {  
  58.         // 解密由base64編碼的私鑰  
  59.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);  
  60.   
  61.         // 構造PKCS8EncodedKeySpec對象  
  62.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
  63.   
  64.         // KEY_ALGORITHM 指定的加密算法  
  65.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);  
  66.   
  67.         // 取私鑰匙對象  
  68.         PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
  69.   
  70.         // 用私鑰對信息生成數字簽名  
  71.         Signature signature = Signature.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
  72.         signature.initSign(priKey);  
  73.         signature.update(data);  
  74.   
  75.         return encryptBASE64(signature.sign());  
  76.     }  
  77.   
  78.     /** 
  79.      * 校驗數字簽名 
  80.      *  
  81.      * @param data 
  82.      *            加密數據 
  83.      * @param publicKey 
  84.      *            公鑰 
  85.      * @param sign 
  86.      *            數字簽名 
  87.      *  
  88.      * @return 校驗成功返回true 失敗返回false 
  89.      * @throws Exception 
  90.      *  
  91.      */  
  92.     public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)  
  93.             throws Exception {  
  94.   
  95.         // 解密由base64編碼的公鑰  
  96.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey);  
  97.   
  98.         // 構造X509EncodedKeySpec對象  
  99.         X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
  100.   
  101.         // ALGORITHM 指定的加密算法  
  102.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);  
  103.   
  104.         // 取公鑰匙對象  
  105.         PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);  
  106.   
  107.         Signature signature = Signature.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
  108.         signature.initVerify(pubKey);  
  109.         signature.update(data);  
  110.   
  111.         // 驗證簽名是否正常  
  112.         return signature.verify(decryptBASE64(sign));  
  113.     }  
  114.   
  115.     /** 
  116.      * 生成密鑰 
  117.      *  
  118.      * @param seed 
  119.      *            種子 
  120.      * @return 密鑰對象 
  121.      * @throws Exception 
  122.      */  
  123.     public static Map<String, Object> initKey(String seed) throws Exception {  
  124.         KeyPairGenerator keygen = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);  
  125.         // 初始化隨機產生器  
  126.         SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();  
  127.         secureRandom.setSeed(seed.getBytes());  
  128.         keygen.initialize(KEY_SIZE, secureRandom);  
  129.   
  130.         KeyPair keys = keygen.genKeyPair();  
  131.   
  132.         DSAPublicKey publicKey = (DSAPublicKey) keys.getPublic();  
  133.         DSAPrivateKey privateKey = (DSAPrivateKey) keys.getPrivate();  
  134.   
  135.         Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>(2);  
  136.         map.put(PUBLIC_KEY, publicKey);  
  137.         map.put(PRIVATE_KEY, privateKey);  
  138.   
  139.         return map;  
  140.     }  
  141.   
  142.     /** 
  143.      * 默認生成密鑰 
  144.      *  
  145.      * @return 密鑰對象 
  146.      * @throws Exception 
  147.      */  
  148.     public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {  
  149.         return initKey(DEFAULT_SEED);  
  150.     }  
  151.   
  152.     /** 
  153.      * 取得私鑰 
  154.      *  
  155.      * @param keyMap 
  156.      * @return 
  157.      * @throws Exception 
  158.      */  
  159.     public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)  
  160.             throws Exception {  
  161.         Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);  
  162.   
  163.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
  164.     }  
  165.   
  166.     /** 
  167.      * 取得公鑰 
  168.      *  
  169.      * @param keyMap 
  170.      * @return 
  171.      * @throws Exception 
  172.      */  
  173.     public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)  
  174.             throws Exception {  
  175.         Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);  
  176.   
  177.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
  178.     }  
  179. }   
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.SecureRandom;
import java.security.Signature;
import java.security.interfaces.DSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.DSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * DSA安全編碼組件
 * 
 * @author 樑棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public abstract class DSACoder extends Coder {

	public static final String ALGORITHM = "DSA";

	/**
	 * 默認密鑰字節數
	 * 
	 * <pre>
	 * DSA 
	 * Default Keysize 1024  
	 * Keysize must be a multiple of 64, ranging from 512 to 1024 (inclusive).
	 * </pre>
	 */
	private static final int KEY_SIZE = 1024;

	/**
	 * 默認種子
	 */
	private static final String DEFAULT_SEED = "0f22507a10bbddd07d8a3082122966e3";

	private static final String PUBLIC_KEY = "DSAPublicKey";
	private static final String PRIVATE_KEY = "DSAPrivateKey";

	/**
	 * 用私鑰對信息生成數字簽名
	 * 
	 * @param data
	 *            加密數據
	 * @param privateKey
	 *            私鑰
	 * 
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {
		// 解密由base64編碼的私鑰
		byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);

		// 構造PKCS8EncodedKeySpec對象
		PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);

		// KEY_ALGORITHM 指定的加密算法
		KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);

		// 取私鑰匙對象
		PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

		// 用私鑰對信息生成數字簽名
		Signature signature = Signature.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
		signature.initSign(priKey);
		signature.update(data);

		return encryptBASE64(signature.sign());
	}

	/**
	 * 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
	 * @throws Exception
	 * 
	 */
	public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)
			throws Exception {

		// 解密由base64編碼的公鑰
		byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey);

		// 構造X509EncodedKeySpec對象
		X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);

		// ALGORITHM 指定的加密算法
		KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);

		// 取公鑰匙對象
		PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);

		Signature signature = Signature.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
		signature.initVerify(pubKey);
		signature.update(data);

		// 驗證簽名是否正常
		return signature.verify(decryptBASE64(sign));
	}

	/**
	 * 生成密鑰
	 * 
	 * @param seed
	 *            種子
	 * @return 密鑰對象
	 * @throws Exception
	 */
	public static Map<String, Object> initKey(String seed) throws Exception {
		KeyPairGenerator keygen = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
		// 初始化隨機產生器
		SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
		secureRandom.setSeed(seed.getBytes());
		keygen.initialize(KEY_SIZE, secureRandom);

		KeyPair keys = keygen.genKeyPair();

		DSAPublicKey publicKey = (DSAPublicKey) keys.getPublic();
		DSAPrivateKey privateKey = (DSAPrivateKey) keys.getPrivate();

		Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>(2);
		map.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
		map.put(PRIVATE_KEY, privateKey);

		return map;
	}

	/**
	 * 默認生成密鑰
	 * 
	 * @return 密鑰對象
	 * @throws Exception
	 */
	public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {
		return initKey(DEFAULT_SEED);
	}

	/**
	 * 取得私鑰
	 * 
	 * @param keyMap
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)
			throws Exception {
		Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);

		return encryptBASE64(key.getEncoded());
	}

	/**
	 * 取得公鑰
	 * 
	 * @param keyMap
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)
			throws Exception {
		Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);

		return encryptBASE64(key.getEncoded());
	}
}


再給出一個測試類：
Java代碼 複製代碼  收藏代碼
  1. import static org.junit.Assert.*;  
  2.   
  3. import java.util.Map;  
  4.   
  5. import org.junit.Test;  
  6.   
  7. /** 
  8.  *  
  9.  * @author 樑棟 
  10.  * @version 1.0 
  11.  * @since 1.0 
  12.  */  
  13. public class DSACoderTest {  
  14.   
  15.     @Test  
  16.     public void test() throws Exception {  
  17.         String inputStr = "abc";  
  18.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
  19.   
  20.         // 構建密鑰  
  21.         Map<String, Object> keyMap = DSACoder.initKey();  
  22.   
  23.         // 得到密鑰  
  24.         String publicKey = DSACoder.getPublicKey(keyMap);  
  25.         String privateKey = DSACoder.getPrivateKey(keyMap);  
  26.   
  27.         System.err.println("公鑰:\r" + publicKey);  
  28.         System.err.println("私鑰:\r" + privateKey);  
  29.   
  30.         // 產生簽名  
  31.         String sign = DSACoder.sign(data, privateKey);  
  32.         System.err.println("簽名:\r" + sign);  
  33.   
  34.         // 驗證簽名  
  35.         boolean status = DSACoder.verify(data, publicKey, sign);  
  36.         System.err.println("狀態:\r" + status);  
  37.         assertTrue(status);  
  38.   
  39.     }  
  40.   
  41. }   
import static org.junit.Assert.*;

import java.util.Map;

import org.junit.Test;

/**
 * 
 * @author 樑棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class DSACoderTest {

	@Test
	public void test() throws Exception {
		String inputStr = "abc";
		byte[] data = inputStr.getBytes();

		// 構建密鑰
		Map<String, Object> keyMap = DSACoder.initKey();

		// 得到密鑰
		String publicKey = DSACoder.getPublicKey(keyMap);
		String privateKey = DSACoder.getPrivateKey(keyMap);

		System.err.println("公鑰:\r" + publicKey);
		System.err.println("私鑰:\r" + privateKey);

		// 產生簽名
		String sign = DSACoder.sign(data, privateKey);
		System.err.println("簽名:\r" + sign);

		// 驗證簽名
		boolean status = DSACoder.verify(data, publicKey, sign);
		System.err.println("狀態:\r" + status);
		assertTrue(status);

	}

}

控制檯輸出：
Console代碼 複製代碼  收藏代碼
  1. 公鑰:  
  2. MIIBtzCCASwGByqGSM44BAEwggEfAoGBAP1/U4EddRIpUt9KnC7s5Of2EbdSPO9EAMMeP4C2USZp  
  3. RV1AIlH7WT2NWPq/xfW6MPbLm1Vs14E7gB00b/JmYLdrmVClpJ+f6AR7ECLCT7up1/63xhv4O1fn  
  4. xqimFQ8E+4P208UewwI1VBNaFpEy9nXzrith1yrv8iIDGZ3RSAHHAhUAl2BQjxUjC8yykrmCouuE  
  5. C/BYHPUCgYEA9+GghdabPd7LvKtcNrhXuXmUr7v6OuqC+VdMCz0HgmdRWVeOutRZT+ZxBxCBgLRJ  
  6. FnEj6EwoFhO3zwkyjMim4TwWeotUfI0o4KOuHiuzpnWRbqN/C/ohNWLx+2J6ASQ7zKTxvqhRkImo  
  7. g9/hWuWfBpKLZl6Ae1UlZAFMO/7PSSoDgYQAAoGAIu4RUlcQLp49PI0MrbssOY+3uySVnp0TULSv  
  8. 5T4VaHoKzsLHgGTrwOvsGA+V3yCNl2WDu3D84bSLF7liTWgOj+SMOEaPk4VyRTlLXZWGPsf1Mfd9  
  9. 21XAbMeVyKDSHHVGbMjBScajf3bXooYQMlyoHiOt/WrCo+mv7efstMM0PGo=  
  10.   
  11. 私鑰:  
  12. MIIBTAIBADCCASwGByqGSM44BAEwggEfAoGBAP1/U4EddRIpUt9KnC7s5Of2EbdSPO9EAMMeP4C2  
  13. USZpRV1AIlH7WT2NWPq/xfW6MPbLm1Vs14E7gB00b/JmYLdrmVClpJ+f6AR7ECLCT7up1/63xhv4  
  14. O1fnxqimFQ8E+4P208UewwI1VBNaFpEy9nXzrith1yrv8iIDGZ3RSAHHAhUAl2BQjxUjC8yykrmC  
  15. ouuEC/BYHPUCgYEA9+GghdabPd7LvKtcNrhXuXmUr7v6OuqC+VdMCz0HgmdRWVeOutRZT+ZxBxCB  
  16. gLRJFnEj6EwoFhO3zwkyjMim4TwWeotUfI0o4KOuHiuzpnWRbqN/C/ohNWLx+2J6ASQ7zKTxvqhR  
  17. kImog9/hWuWfBpKLZl6Ae1UlZAFMO/7PSSoEFwIVAIegLUtmm2oQKQJTOiLugHTSjl/q  
  18.   
  19. 簽名:  
  20. MC0CFQCMg0J/uZmF8GuRpr3TNq48w60nDwIUJCyYNah+HtbU6NcQfy8Ac6LeLQs=  
  21.   
  22. 狀態:  
  23. true   
公鑰:
MIIBtzCCASwGByqGSM44BAEwggEfAoGBAP1/U4EddRIpUt9KnC7s5Of2EbdSPO9EAMMeP4C2USZp
RV1AIlH7WT2NWPq/xfW6MPbLm1Vs14E7gB00b/JmYLdrmVClpJ+f6AR7ECLCT7up1/63xhv4O1fn
xqimFQ8E+4P208UewwI1VBNaFpEy9nXzrith1yrv8iIDGZ3RSAHHAhUAl2BQjxUjC8yykrmCouuE
C/BYHPUCgYEA9+GghdabPd7LvKtcNrhXuXmUr7v6OuqC+VdMCz0HgmdRWVeOutRZT+ZxBxCBgLRJ
FnEj6EwoFhO3zwkyjMim4TwWeotUfI0o4KOuHiuzpnWRbqN/C/ohNWLx+2J6ASQ7zKTxvqhRkImo
g9/hWuWfBpKLZl6Ae1UlZAFMO/7PSSoDgYQAAoGAIu4RUlcQLp49PI0MrbssOY+3uySVnp0TULSv
5T4VaHoKzsLHgGTrwOvsGA+V3yCNl2WDu3D84bSLF7liTWgOj+SMOEaPk4VyRTlLXZWGPsf1Mfd9
21XAbMeVyKDSHHVGbMjBScajf3bXooYQMlyoHiOt/WrCo+mv7efstMM0PGo=

私鑰:
MIIBTAIBADCCASwGByqGSM44BAEwggEfAoGBAP1/U4EddRIpUt9KnC7s5Of2EbdSPO9EAMMeP4C2
USZpRV1AIlH7WT2NWPq/xfW6MPbLm1Vs14E7gB00b/JmYLdrmVClpJ+f6AR7ECLCT7up1/63xhv4
O1fnxqimFQ8E+4P208UewwI1VBNaFpEy9nXzrith1yrv8iIDGZ3RSAHHAhUAl2BQjxUjC8yykrmC
ouuEC/BYHPUCgYEA9+GghdabPd7LvKtcNrhXuXmUr7v6OuqC+VdMCz0HgmdRWVeOutRZT+ZxBxCB
gLRJFnEj6EwoFhO3zwkyjMim4TwWeotUfI0o4KOuHiuzpnWRbqN/C/ohNWLx+2J6ASQ7zKTxvqhR
kImog9/hWuWfBpKLZl6Ae1UlZAFMO/7PSSoEFwIVAIegLUtmm2oQKQJTOiLugHTSjl/q

簽名:
MC0CFQCMg0J/uZmF8GuRpr3TNq48w60nDwIUJCyYNah+HtbU6NcQfy8Ac6LeLQs=

狀態:
true


注意狀態爲true，就驗證成功！
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