网络加密解密原理（三） RSA加密解密及数字签名Java实现

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. 
   
4.  
   
   

通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一）

Java代码

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.Signature;  
8. import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;  
9. import java.security.interfaces.RSAPublicKey;  
10. import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;  
11. import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;  
12.   
13. import java.util.HashMap;  
14. import java.util.Map;  
15.   
16. import javax.crypto.Cipher;  
17.   
18.   
19. public abstract class RSACoder extends Coder {  
20.     public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";  
21.     public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";  
22.   
23.     private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";  
24.     private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";  
25.   
26.       
27.     public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {  
28.         // 解密由base64编码的私钥  
29.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);  
30.   
31.         // 构造PKCS8EncodedKeySpec对象  
32.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
33.   
34.         // KEY_ALGORITHM 指定的加密算法  
35.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);  
36.   
37.         // 取私钥匙对象  
38.         PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
39.   
40.         // 用私钥对信息生成数字签名  
41.         Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);  
42.         signature.initSign(priKey);  
43.         signature.update(data);  
44.   
45.         return encryptBASE64(signature.sign());  
46.     }  
47.   
48.       
49.     public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)  
50.             throws Exception {  
51.   
52.         // 解密由base64编码的公钥  
53.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey);  
54.   
55.         // 构造X509EncodedKeySpec对象  
56.         X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
57.   
58.         // KEY_ALGORITHM 指定的加密算法  
59.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);  
60.   
61.         // 取公钥匙对象  
62.         PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);  
63.   
64.         Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);  
65.         signature.initVerify(pubKey);  
66.         signature.update(data);  
67.   
68.         // 验证签名是否正常  
69.         return signature.verify(decryptBASE64(sign));  
70.     }  
71.   
72.       
73.     public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String key)  
74.             throws Exception {  
75.         // 对密钥解密  
76.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);  
77.   
78.         // 取得私钥  
79.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
80.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);  
81.         Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
82.   
83.         // 对数据解密  
84.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
85.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);  
86.   
87.         return cipher.doFinal(data);  
88.     }  
89.   
90.       
91.     public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String key)  
92.             throws Exception {  
93.         // 对密钥解密  
94.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);  
95.   
96.         // 取得公钥  
97.         X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
98.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);  
99.         Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);  
100.   
101.         // 对数据解密  
102.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
103.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);  
104.   
105.         return cipher.doFinal(data);  
106.     }  
107.   
108.       
109.     public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String key)  
110.             throws Exception {  
111.         // 对公钥解密  
112.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);  
113.   
114.         // 取得公钥  
115.         X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
116.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);  
117.         Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);  
118.   
119.         // 对数据加密  
120.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
121.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);  
122.   
123.         return cipher.doFinal(data);  
124.     }  
125.   
126.       
127.     public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String key)  
128.             throws Exception {  
129.         // 对密钥解密  
130.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);  
131.   
132.         // 取得私钥  
133.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
134.         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);  
135.         Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
136.   
137.         // 对数据加密  
138.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());  
139.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);  
140.   
141.         return cipher.doFinal(data);  
142.     }  
143.   
144.       
145.     public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)  
146.             throws Exception {  
147.         Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);  
148.   
149.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
150.     }  
151.   
152.       
153.     public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)  
154.             throws Exception {  
155.         Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);  
156.   
157.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
158.     }  
159.   
160.       
161.     public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {  
162.         KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator  
163.                 .getInstance(KEY_ALGORITHM);  
164.         keyPairGen.initialize(1024);  
165.   
166.         KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();  
167.   
168.         // 公钥  
169.         RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();  
170.   
171.         // 私钥  
172.         RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();  
173.   
174.         Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);  
175.   
176.         keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);  
177.         keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);  
178.         return keyMap;  
179.     }  
180. }  

再给出一个测试类：

Java代码

1. import static org.junit.Assert.*;  
2.   
3. import org.junit.Before;  
4. import org.junit.Test;  
5.   
6. import java.util.Map;  
7.   
8.   
9. public class RSACoderTest {  
10.     private String publicKey;  
11.     private String privateKey;  
12.   
13.     @Before  
14.     public void setUp() throws Exception {  
15.         Map<String, Object> keyMap = RSACoder.initKey();  
16.   
17.         publicKey = RSACoder.getPublicKey(keyMap);  
18.         privateKey = RSACoder.getPrivateKey(keyMap);  
19.         System.err.println("公钥: nr" + publicKey);  
20.         System.err.println("私钥： nr" + privateKey);  
21.     }  
22.   
23.     @Test  
24.     public void test() throws Exception {  
25.         System.err.println("公钥加密——私钥解密");  
26.         String inputStr = "abc";  
27.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
28.   
29.         byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPublicKey(data, publicKey);  
30.   
31.         byte[] decodedData = RSACoder.decryptByPrivateKey(encodedData,  
32.                 privateKey);  
33.   
34.         String outputStr = new String(decodedData);  
35.         System.err.println("加密前: " + inputStr + "nr" + "解密后: " + outputStr);  
36.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
37.   
38.     }  
39.   
40.     @Test  
41.     public void testSign() throws Exception {  
42.         System.err.println("私钥加密——公钥解密");  
43.         String inputStr = "sign";  
44.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
45.   
46.         byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPrivateKey(data, privateKey);  
47.   
48.         byte[] decodedData = RSACoder  
49.                 .decryptByPublicKey(encodedData, publicKey);  
50.   
51.         String outputStr = new String(decodedData);  
52.         System.err.println("加密前: " + inputStr + "nr" + "解密后: " + outputStr);  
53.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
54.   
55.         System.err.println("私钥签名——公钥验证签名");  
56.         // 产生签名  
57.         String sign = RSACoder.sign(encodedData, privateKey);  
58.         System.err.println("签名:r" + sign);  
59.   
60.         // 验证签名  
61.         boolean status = RSACoder.verify(encodedData, publicKey, sign);  
62.         System.err.println("状态:r" + status);  
63.         assertTrue(status);  
64.   
65.     }  
66.   
67. }  

控制台输出：

Console代码

1. 公钥:   
2.   
3. MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYU/+I0+z1aBl5X6DUUOHQ7FZpmBSDbKTtx89J  
4. EcB64jFCkunELT8qiKly7fzEqD03g8ALlu5XvX+bBqHFy7YPJJP0ekE2X3wjUnh2NxlqpH3/B/xm  
5. 1ZdSlCwDIkbijhBVDjA/bu5BObhZqQmDwIxlQInL9oVz+o6FbAZCyHBd7wIDAQAB  
6.   
7. 私钥：   
8.   
9. MIICdgIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmAwggJcAgEAAoGBAJhT/4jT7PVoGXlfoNRQ4dDsVmmY  
10. FINspO3Hz0kRwHriMUKS6cQtPyqIqXLt/MSoPTeDwAuW7le9f5sGocXLtg8kk/R6QTZffCNSeHY3  
11. GWqkff8H/GbVl1KULAMiRuKOEFUOMD9u7kE5uFmpCYPAjGVAicv2hXP6joVsBkLIcF3vAgMBAAEC  
12. gYBvZHWoZHmS2EZQqKqeuGr58eobG9hcZzWQoJ4nq/CarBAjw/VovUHE490uK3S9ht4FW7Yzg3LV  
13. /MB06Huifh6qf/X9NQA7SeZRRC8gnCQk6JuDIEVJOud5jU+9tyumJakDKodQ3Jf2zQtNr+5ZdEPl  
14. uwWgv9c4kmpjhAdyMuQmYQJBANn6pcgvyYaia52dnu+yBUsGkaFfwXkzFSExIbi0MXTkhEb/ER/D  
15. rLytukkUu5S5ecz/KBa8U4xIslZDYQbLz5ECQQCy5dutt7RsxN4+dxCWn0/1FrkWl2G329Ucewm3  
16. QU9CKu4D+7Kqdj+Ha3lXP8F0Etaaapi7+EfkRUpukn2ItZV/AkEAlk+I0iphxT1rCB0Q5CjWDY5S  
17. Df2B5JmdEG5Y2o0nLXwG2w44OLct/k2uD4cEcuITY5Dvi/4BftMCZwm/dnhEgQJACIktJSnJwxLV  
18. o9dchENPtlsCM9C/Sd2EWpqISSUlmfugZbJBwR5pQ5XeMUqKeXZYpP+HEBj1nS+tMH9u2/IGEwJA  
19. fL8mZiZXan/oBKrblAbplNcKWGRVD/3y65042PAEeghahlJMiYquV5DzZajuuT0wbJ5xQuZB01+X  
20. nfpFpBJ2dw==  
21.   
22. 公钥加密——私钥解密  
23. 加密前: abc  
24.   
25. 解密后: abc  
26. 公钥:   
27.   
28. MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDdOj40yEB48XqWxmPILmJAc7UecIN7F32etSHF  
29. 9rwbuEh3+iTPOGSxhoSQpOED0vOb0ZIMkBXZSgsxLaBSin2RZ09YKWRjtpCA0kDkiD11gj4tzTiM  
30. l9qq1kwSK7ZkGAgodEn3yIILVmQDuEImHOXFtulvJ71ka07u3LuwUNdB/wIDAQAB  
31.   
32. 私钥：   
33.   
34. MIICdwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmEwggJdAgEAAoGBAN06PjTIQHjxepbGY8guYkBztR5w  
35. g3sXfZ61IcX2vBu4SHf6JM84ZLGGhJCk4QPS85vRkgyQFdlKCzEtoFKKfZFnT1gpZGO2kIDSQOSI  
36. PXWCPi3NOIyX2qrWTBIrtmQYCCh0SffIggtWZAO4QiYc5cW26W8nvWRrTu7cu7BQ10H/AgMBAAEC  
37. gYEAz2JWBizjI31bqhP4XiP9PuY5F3vqBW4T+L9cFbQiyumKJc58yzTWUAUGKIIn3enXLG7dNqGr  
38. mbJro4JeFIJ3CiVDpXR9+FluIgI4SXm7ioGKF2NOMA9LR5Fu82W+pLfpTN2y2SaLYWEDZyp53BxY  
39. j9gUxaxi1MQs+C1ZgDF2xmECQQDy70bQntbRfysP+ppCtd56YRnES1Tyekw0wryS2tr+ivQJl7JF  
40. gp5rPAOXpgrq36xHDwUspQ0sJ0vj0O7ywxr1AkEA6SAaLhrJJrYucC0jxwAhUYyaPN+aOsWymaRh  
41. 9jA/Wc0wp29SbGTh5CcMuGpXm1g0M+FKW3dGiHgS3rVUKim4owJAbnxgapUzAgiiHxxMeDaavnHW  
42. 9C2GrtjsO7qtZOTgYI/1uT8itvZW8lJTF+9OW8/qXE76fXl7ai9dFnl5kzMk2QJBALfHz/vCsArt  
43. mkRiwY6zApE4Z6tPl1V33ymSVovvUzHnOdD1SKQdD5t+UV/crb3QVi8ED0t2B0u0ZSPfDT/D7kMC  
44. QDpwdj9k2F5aokLHBHUNJPFDAp7a5QMaT64gv/d48ITJ68Co+v5WzLMpzJBYXK6PAtqIhxbuPEc2  
45. I2k1Afmrwyw=  
46.   
47. 私钥加密——公钥解密  
48. 加密前: sign  
49.   
50. 解密后: sign  
51. 私钥签名——公钥验证签名  
52. 签名:   
53. ud1RsIwmSC1pN22I4IXteg1VD2FbiehKUfNxgVSHzvQNIK+d20FCkHCqh9djP3h94iWnIUY0ifU+  
54. mbJkhAl/i5krExOE0hknOnPMcEP+lZV1RbJI2zG2YooSp2XDleqrQk5e/QF2Mx0Zxt8Xsg7ucVpn  
55. i3wwbYWs9wSzIf0UjlM=  
56.   
57. 状态:   
58. 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

转：http://security.group.iteye.com/group/wiki/2280-non-symmetric-encryption-Digital-signature