java加密之RSA加密

時間 2020-01-14

標籤 java 加密 rsa 欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

流程分析： java

甲方構建密鑰對兒，將公鑰公佈給乙方，將私鑰保留。算法
甲方使用私鑰加密數據，而後用私鑰對加密後的數據簽名，發送給乙方簽名以及加密後的數據；乙方使用公鑰、簽名來驗證待解密數據是否有效，若是有效使用公鑰對數據解密。安全
乙方使用公鑰加密數據，向甲方發送通過加密後的數據；甲方得到加密數據，經過私鑰解密。ide

按如上步驟給出序列圖，以下：編碼

package com.rsa;

import java.security.MessageDigest;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

/**
 * 基礎加密組件
 * 
 * @author 樑棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
@SuppressWarnings("restriction")
public abstract class Coder {
	public static final String KEY_SHA = "SHA";
	public static final String KEY_MD5 = "MD5";

	/**
	 * MAC算法可選如下多種算法
	 * 
	 * <pre>
	 * HmacMD5 
	 * HmacSHA1 
	 * HmacSHA256 
	 * HmacSHA384 
	 * HmacSHA512
	 * </pre>
	 */
	public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";

	/**
	 * BASE64解密
	 * 
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
		return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
	}

	/**
	 * BASE64加密
	 * 
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
		return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
	}

	/**
	 * MD5加密
	 * 
	 * @param data
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {

		MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
		md5.update(data);

		return md5.digest();

	}

	/**
	 * SHA加密
	 * 
	 * @param data
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {

		MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
		sha.update(data);

		return sha.digest();

	}

	/**
	 * 初始化HMAC密鑰
	 * 
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String initMacKey() throws Exception {
		KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

		SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
		return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
	}

	/**
	 * HMAC加密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {

		SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
		Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
		mac.init(secretKey);

		return mac.doFinal(data);

	}
}

package com.rsa;

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;

/**
 * RSA安全編碼組件
 * 
 * @author 樑棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public abstract class RSACoder extends Coder {
	public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";
	public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";

	private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";
	private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";

	/**
	 * 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(KEY_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(SIGNATURE_ALGORITHM);
		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);

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

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

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

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

	/**
	 * 解密<br>
	 * 用私鑰解密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String key)
			throws Exception {
		// 對密鑰解密
		byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);

		// 取得私鑰
		PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
		KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

		// 對數據解密
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/**
	 * 解密<br>
	 * 用私鑰解密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String key)
			throws Exception {
		// 對密鑰解密
		byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);

		// 取得公鑰
		X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
		KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

		// 對數據解密
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/**
	 * 加密<br>
	 * 用公鑰加密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String key)
			throws Exception {
		// 對公鑰解密
		byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);

		// 取得公鑰
		X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
		KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

		// 對數據加密
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/**
	 * 加密<br>
	 * 用私鑰加密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String key)
			throws Exception {
		// 對密鑰解密
		byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);

		// 取得私鑰
		PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
		KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

		// 對數據加密
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/**
	 * 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());
	}

	/**
	 * 初始化密鑰
	 * 
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {
		KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator
				.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		keyPairGen.initialize(1024);

		KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();

		// 公鑰
		RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();

		// 私鑰
		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;
	}
}

package com.rsa;

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import java.util.Map;

/**
 * 
 * @author 樑棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class RSACoderTest {
	private String publicKey;
	private String privateKey;

	@Before
	public void setUp() throws Exception {
		Map<String, Object> keyMap = RSACoder.initKey();

		publicKey = RSACoder.getPublicKey(keyMap);
		privateKey = RSACoder.getPrivateKey(keyMap);
		System.err.println("公鑰: \n\r" + publicKey);
		System.err.println("私鑰： \n\r" + privateKey);
	}

	@Test
	public void test() throws Exception {
		System.err.println("公鑰加密——私鑰解密");
		String inputStr = "abc";
		byte[] data = inputStr.getBytes();

		byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPublicKey(data, publicKey);

		byte[] decodedData = RSACoder.decryptByPrivateKey(encodedData,
				privateKey);

		String outputStr = new String(decodedData);
		System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密後: " + outputStr);
		assertEquals(inputStr, outputStr);

	}

	@Test
	public void testSign() throws Exception {
		System.err.println("私鑰加密——公鑰解密");
		String inputStr = "sign";
		byte[] data = inputStr.getBytes();

		byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPrivateKey(data, privateKey);

		byte[] decodedData = RSACoder
				.decryptByPublicKey(encodedData, publicKey);

		String outputStr = new String(decodedData);
		System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密後: " + outputStr);
		assertEquals(inputStr, outputStr);

		System.err.println("私鑰簽名——公鑰驗證簽名");
		// 產生簽名
		String sign = RSACoder.sign(encodedData, privateKey);
		System.err.println("簽名:\r" + sign);

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

	}

}