Java加密技术（四）

    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。

按如上步骤给出序列图，如下：

1. 
2. 
3. 

通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一）

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安全编码组件 *  * @author 梁栋 * @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";/** * 用私钥对信息生成数字签名 *  * @param data *            加密数据 * @param privateKey *            私钥 *  * @return * @throws Exception */public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {// 解密由base64编码的私钥byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);// 构造PKCS8EncodedKeySpec对象PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);// KEY_ALGORITHM 指定的加密算法KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);// 取私钥匙对象PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);// 用私钥对信息生成数字签名Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);signature.initSign(priKey);signature.update(data);return encryptBASE64(signature.sign());}/** * 校验数字签名 *  * @param data *            加密数据 * @param publicKey *            公钥 * @param sign *            数字签名 *  * @return 校验成功返回true 失败返回false * @throws Exception *  */public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)throws Exception {// 解密由base64编码的公钥byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey);// 构造X509EncodedKeySpec对象X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);// KEY_ALGORITHM 指定的加密算法KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);// 取公钥匙对象PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);signature.initVerify(pubKey);signature.update(data);// 验证签名是否正常return signature.verify(decryptBASE64(sign));}/** * 解密<br> * 用私钥解密 *  * @param data * @param key * @return * @throws Exception */public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String key)throws Exception {// 对密钥解密byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);// 取得私钥PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);// 对数据解密Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);return cipher.doFinal(data);}/** * 解密<br> * 用私钥解密 *  * @param data * @param key * @return * @throws Exception */public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String key)throws Exception {// 对密钥解密byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);// 取得公钥X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);// 对数据解密Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);return cipher.doFinal(data);}/** * 加密<br> * 用公钥加密 *  * @param data * @param key * @return * @throws Exception */public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String key)throws Exception {// 对公钥解密byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);// 取得公钥X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);// 对数据加密Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);return cipher.doFinal(data);}/** * 加密<br> * 用私钥加密 *  * @param data * @param key * @return * @throws Exception */public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String key)throws Exception {// 对密钥解密byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);// 取得私钥PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);// 对数据加密Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);return cipher.doFinal(data);}/** * 取得私钥 *  * @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());}/** * 取得公钥 *  * @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());}/** * 初始化密钥 *  * @return * @throws Exception */public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);keyPairGen.initialize(1024);KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();// 公钥RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();// 私钥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;}}

再给出一个测试类：

import static org.junit.Assert.*;import org.junit.Before;import org.junit.Test;import java.util.Map;/** *  * @author 梁栋 * @version 1.0 * @since 1.0 */public class RSACoderTest {private String publicKey;private String privateKey;@Beforepublic void setUp() throws Exception {Map<String, Object> keyMap = RSACoder.initKey();publicKey = RSACoder.getPublicKey(keyMap);privateKey = RSACoder.getPrivateKey(keyMap);System.err.println("公钥: /n/r" + publicKey);System.err.println("私钥： /n/r" + privateKey);}@Testpublic void test() throws Exception {System.err.println("公钥加密——私钥解密");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" + "解密后: " + outputStr);assertEquals(inputStr, outputStr);}@Testpublic void testSign() throws Exception {System.err.println("私钥加密——公钥解密");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" + "解密后: " + outputStr);assertEquals(inputStr, outputStr);System.err.println("私钥签名——公钥验证签名");// 产生签名String sign = RSACoder.sign(encodedData, privateKey);System.err.println("签名:/r" + sign);// 验证签名boolean status = RSACoder.verify(encodedData, publicKey, sign);System.err.println("状态:/r" + status);assertTrue(status);}}

控制台输出：

公钥: MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYU/+I0+z1aBl5X6DUUOHQ7FZpmBSDbKTtx89JEcB64jFCkunELT8qiKly7fzEqD03g8ALlu5XvX+bBqHFy7YPJJP0ekE2X3wjUnh2NxlqpH3/B/xm1ZdSlCwDIkbijhBVDjA/bu5BObhZqQmDwIxlQInL9oVz+o6FbAZCyHBd7wIDAQAB私钥： 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公钥加密——私钥解密加密前: abc解密后: abc公钥: MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDdOj40yEB48XqWxmPILmJAc7UecIN7F32etSHF9rwbuEh3+iTPOGSxhoSQpOED0vOb0ZIMkBXZSgsxLaBSin2RZ09YKWRjtpCA0kDkiD11gj4tzTiMl9qq1kwSK7ZkGAgodEn3yIILVmQDuEImHOXFtulvJ71ka07u3LuwUNdB/wIDAQAB私钥： 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私钥加密——公钥解密加密前: sign解密后: sign私钥签名——公钥验证签名签名:ud1RsIwmSC1pN22I4IXteg1VD2FbiehKUfNxgVSHzvQNIK+d20FCkHCqh9djP3h94iWnIUY0ifU+mbJkhAl/i5krExOE0hknOnPMcEP+lZV1RbJI2zG2YooSp2XDleqrQk5e/QF2Mx0Zxt8Xsg7ucVpni3wwbYWs9wSzIf0UjlM=状态: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。


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