RSA实例详解
来源：互联网 发布：c语言主函数的格式 编辑：程序博客网 时间：2024/06/05 20:29
RSA为非对称加密算法, 可以实现对明文的加密与解密，但加密与解密使用的密钥是不同的，分为公钥和私钥，公钥和私钥必须配对使用，使用公钥加密，私钥解密；也可以私钥加密，公钥解密，本文对RSA提供了代码实现，也提供了一个小工具实现1024位密钥的生成
本文demo下载：http://www.wisdomdd.cn/Wisdom/resource/articleDetail.htm?resourceId=322
工具集下载
RSA是非对称性加密算法, 在了解非对称性算法前，我们先了解一下对称算法
1.对称算法:
1976年以前，所有的加密方法都是同一种模式：
（1）甲方选择某一种加密规则，对信息进行加密；
（2）乙方使用同一种规则，对信息进行解密。
由于加密和解密使用同样规则（简称"密钥"），这被称为"对称加密算法"（Symmetric-key algorithm）。
这种加密模式有一个最大弱点：甲方必须把加密规则告诉乙方，否则无法解密。保存和传递密钥，就成了最头疼的问题
2.非对称性算法:
1976年，两位美国计算机学家Whitfield Diffie 和 Martin Hellman，提出了一种崭新构思，可以在不直接传递密钥的情况下，完成解密。这被称为"Diffie-Hellman密钥交换算法"。这个算法启发了其他科学家。人们认识到，加密和解密可以使用不同的规则，只要这两种规则之间存在某种对应关系即可，这样就避免了直接传递密钥。
这种新的加密模式被称为"非对称加密算法"。
（1）乙方生成两把密钥（公钥和私钥）。公钥是公开的，任何人都可以获得，私钥则是保密的。
（2）甲方获取乙方的公钥，然后用它对信息加密。
（3）乙方得到加密后的信息，用私钥解密。
如果公钥加密的信息只有私钥解得开，那么只要私钥不泄漏，通信就是安全的。
1977年，三位数学家Rivest、Shamir 和 Adleman 设计了一种算法，可以实现非对称加密。这种算法用他们三个人的名字命名，叫做RSA算法。从那时直到现在，RSA算法一直是最广为使用的"非对称加密算法"。毫不夸张地说，只要有计算机网络的地方，就有RSA算法。
这种算法非常可靠，密钥越长，它就越难破解。根据已经披露的文献，目前被破解的最长RSA密钥是768个二进制位。也就是说，长度超过768位的密钥，还无法破解（至少没人公开宣布）。因此可以认为，1024位的RSA密钥基本安全，2048位的密钥极其安全。
本文对应的demo中，有一个工具，可以利用其得到1024位的密钥, 也可以得到2048位的密钥(见下图)
本文只讲解1024位的加解密， 2048位的加解密其它篇幅会讲到(如果将2048位密钥放到下面的测试代码，会产生错误)
3. 加密，解密算法工具类
RSAUtils.java--RSA公钥/私钥/签名工具包
此工具类也可以根据算法生成上图对应工具生成的 公钥/私钥 组
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公钥/私钥/签名工具包 * </p> * <p> * 罗纳德·李维斯特（Ron [R]ivest）、阿迪·萨莫尔（Adi [S]hamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard [A]dleman） * </p> * <p> * 字符串格式的密钥在未在特殊说明情况下都为BASE64编码格式<br/> * 由于非对称加密速度极其缓慢，一般文件不使用它来加密而是使用对称加密，<br/> * 非对称加密算法可以用来对对称加密的密钥加密，这样保证密钥的安全也就保证了数据的安全 * </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"; /** * 签名算法 */ public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA"; /** * 获取公钥的key */ private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey"; /** * 获取私钥的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> * 生成密钥对(公钥和私钥) * </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> * 用私钥对信息生成数字签名 * </p> * * @param data 已加密数据 * @param privateKey 私钥(BASE64编码) * * @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> * 校验数字签名 * </p> * * @param data 已加密数据 * @param publicKey 公钥(BASE64编码) * @param sign 数字签名 * * @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> * 私钥解密 * </p> * * @param encryptedData 已加密数据 * @param privateKey 私钥(BASE64编码) * @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; // 对数据分段解密 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> * 公钥解密 * </p> * * @param encryptedData 已加密数据 * @param publicKey 公钥(BASE64编码) * @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; // 对数据分段解密 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> * 公钥加密 * </p> * * @param data 源数据 * @param publicKey 公钥(BASE64编码) * @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); // 对数据加密 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; // 对数据分段加密 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> * 私钥加密 * </p> * * @param data 源数据 * @param privateKey 私钥(BASE64编码) * @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; // 对数据分段加密 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> * 获取私钥 * </p> * * @param keyMap 密钥对 * @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> * 获取公钥 * </p> * * @param keyMap 密钥对 * @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()); } }上面代码使用到了Base64加密，下面提供 Base64Utils的代码
Base64Utils.java--BASE64编码解码工具包
该工具类中用到了BASE64，需要借助第三方类库：javabase64-1.3.1.jar
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编码解码工具包 * </p> * <p> * 依赖javabase64-1.3.1.jar * </p> * * @author IceWee * @date 2012-5-19 * @version 1.0 */public class Base64Utils { /** * 文件读取缓冲区大小 */ private static final int CACHE_SIZE = 1024; /** * <p> * BASE64字符串解码为二进制数据 * </p> * * @param base64 * @return * @throws Exception */ public static byte[] decode(String base64) throws Exception { return Base64.decode(base64.getBytes()); } /** * <p> * 二进制数据编码为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> * 将文件编码为BASE64字符串 * </p> * <p> * 大文件慎用，可能会导致内存溢出 * </p> * * @param filePath * 文件绝对路径 * @return * @throws Exception */ public static String encodeFile(String filePath) throws Exception { byte[] bytes = fileToByte(filePath); return encode(bytes); } /** * <p> * BASE64字符串转回文件 * </p> * * @param filePath * 文件绝对路径 * @param base64 * 编码字符串 * @throws Exception */ public static void decodeToFile(String filePath, String base64) throws Exception { byte[] bytes = decode(base64); byteArrayToFile(bytes, filePath); } /** * <p> * 文件转换为二进制数组 * </p> * * @param filePath * 文件路径 * @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> * 二进制数据写文件 * </p> * * @param bytes * 二进制数据 * @param filePath * 文件生成目录 */ 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工具类的代码，
下面使用示例代码讲解 加密/解密 示例代码
--这里使用代码获得公钥私钥，也可以使用工具获得配对的公钥私钥
Map<String, Object> keyMap = RSAUtils.genKeyPair();
String publicKey = RSAUtils.getPublicKey(keyMap); ----获得RSA公钥
String privateKey = RSAUtils.getPrivateKey(keyMap); ----获得RSA私钥
RSAUtils.encryptByPrivateKey(data, publicKey); ----私钥加密
RSAUtils.decryptByPublicKey(encodedData, privateKey); ----公钥解密
RSAUtils.encryptByPublicKey(data, publicKey); ----公钥加密
RSAUtils.decryptByPrivateKey(encodedData, privateKey); ----私钥解密
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("公钥: \n\r" + publicKey); System.err.println("私钥： \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("公钥加密——私钥解密"); String source = "这是一行没有任何意义的文字，你看完了等于没看，不是吗？"; 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("加密后文字：\r\n" + new String(encodedData)); byte[] decodedData = RSAUtils.decryptByPrivateKey(encodedData, privateKey); String target = new String(decodedData); System.out.println("解密后文字: \r\n" + target); String sign = RSAUtils.sign(encodedData, privateKey); boolean status = RSAUtils.verify(encodedData, publicKey, sign); System.err.println("验证结果:\r" + status); } static void testSign() throws Exception { System.err.println("私钥加密——公钥解密"); String source = "这是一行测试RSA数字签名的无意义文字"; System.out.println("原文字：\r\n" + source); byte[] data = source.getBytes(); byte[] encodedData = RSAUtils.encryptByPrivateKey(data, privateKey); System.out.println("加密后：\r\n" + new String(encodedData)); byte[] decodedData = RSAUtils.decryptByPublicKey(encodedData, publicKey); String target = new String(decodedData); System.out.println("解密后: \r\n" + target); System.err.println("私钥签名——公钥验证签名"); String sign = RSAUtils.sign(encodedData, privateKey); System.err.println("签名:\r" + sign); boolean status = RSAUtils.verify(encodedData, publicKey, sign); System.err.println("验证结果:\r" + status); } static void testHttpSign() throws Exception { String param = "id=1&name=张三"; byte[] encodedData = RSAUtils.encryptByPrivateKey(param.getBytes(), privateKey); System.out.println("加密后：" + encodedData); byte[] decodedData = RSAUtils.decryptByPublicKey(encodedData, publicKey); System.out.println("解密后：" + new String(decodedData)); String sign = RSAUtils.sign(encodedData, privateKey); System.err.println("签名：" + sign); boolean status = RSAUtils.verify(encodedData, publicKey, sign); System.err.println("签名验证结果：" + status); }}相关demo下载:http://www.wisdomdd.cn/Wisdom/resource/articleDetail.htm?resourceId=322
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