RSA算法加密/解密工具类

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.math.BigInteger;
import java.security.InvalidParameterException;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.Provider;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.RSAPrivateKeySpec;
import java.security.spec.RSAPublicKeySpec;
import java.util.Date;


import javax.crypto.Cipher;


import org.apache.commons.codec.DecoderException;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import org.apache.commons.io.IOUtils;
import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.apache.commons.lang.time.DateFormatUtils;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;


/**
 * RSA算法加密/解密工具类。
 * 
 */
public abstract class RSAUtils {


private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(RSAUtils.class);


/** 算法名称 */
private static final String ALGORITHOM = "RSA";
/** 保存生成的密钥对的文件名称。 */
private static final String RSA_PAIR_FILENAME = "/__RSA_PAIR.txt";
/** 密钥大小 */
private static final int KEY_SIZE = 1024;
/** 默认的安全服务提供者 */
private static final Provider DEFAULT_PROVIDER = new BouncyCastleProvider();


private static KeyPairGenerator keyPairGen = null;
private static KeyFactory keyFactory = null;
/** 缓存的密钥对。 */
private static KeyPair oneKeyPair = null;


private static File rsaPairFile = null;


static {
try {
keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHOM, DEFAULT_PROVIDER);
keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHOM, DEFAULT_PROVIDER);
} catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
LOGGER.error(ex.getMessage());
}
rsaPairFile = new File(getRSAPairFilePath());
}


private RSAUtils() {
}


/**
* 生成并返回RSA密钥对。
*/
private static synchronized KeyPair generateKeyPair() {
try {
keyPairGen.initialize(KEY_SIZE, new SecureRandom(DateFormatUtils.format(new Date(), "yyyyMMdd").getBytes()));
oneKeyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
saveKeyPair(oneKeyPair);
return oneKeyPair;
} catch (InvalidParameterException ex) {
LOGGER.error("KeyPairGenerator does not support a key length of " + KEY_SIZE + ".", ex);
} catch (NullPointerException ex) {
LOGGER.error("RSAUtils#KEY_PAIR_GEN is null, can not generate KeyPairGenerator instance.", ex);
}
return null;
}


/**
* 返回生成/读取的密钥对文件的路径。
*/
private static String getRSAPairFilePath() {
String urlPath = RSAUtils.class.getResource("/").getPath();
return (new File(urlPath).getParent() + RSA_PAIR_FILENAME);
}


/**
* 若需要创建新的密钥对文件，则返回 {@code true}，否则 {@code false}。
*/
private static boolean isCreateKeyPairFile() {
// 是否创建新的密钥对文件
boolean createNewKeyPair = false;
if (!rsaPairFile.exists() || rsaPairFile.isDirectory()) {
createNewKeyPair = true;
}
return createNewKeyPair;
}


/**
* 将指定的RSA密钥对以文件形式保存。
* 
* @param keyPair
*            要保存的密钥对。
*/
private static void saveKeyPair(KeyPair keyPair) {
FileOutputStream fos = null;
ObjectOutputStream oos = null;
try {
fos = FileUtils.openOutputStream(rsaPairFile);
oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(keyPair);
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
} finally {
IOUtils.closeQuietly(oos);
IOUtils.closeQuietly(fos);
}
}


/**
* 返回RSA密钥对。
*/
public static KeyPair getKeyPair() {
// 首先判断是否需要重新生成新的密钥对文件
if (isCreateKeyPairFile()) {
// 直接强制生成密钥对文件，并存入缓存。
return generateKeyPair();
}
if (oneKeyPair != null) {
return oneKeyPair;
}
return readKeyPair();
}


// 同步读出保存的密钥对
private static KeyPair readKeyPair() {
FileInputStream fis = null;
ObjectInputStream ois = null;
try {
fis = FileUtils.openInputStream(rsaPairFile);
ois = new ObjectInputStream(fis);
oneKeyPair = (KeyPair) ois.readObject();
return oneKeyPair;
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
} finally {
IOUtils.closeQuietly(ois);
IOUtils.closeQuietly(fis);
}
return null;
}


/**
* 根据给定的系数和专用指数构造一个RSA专用的公钥对象。
* 
* @param modulus
*            系数。
* @param publicExponent
*            专用指数。
* @return RSA专用公钥对象。
*/
public static RSAPublicKey generateRSAPublicKey(byte[] modulus, byte[] publicExponent) {
RSAPublicKeySpec publicKeySpec = new RSAPublicKeySpec(new BigInteger(modulus), new BigInteger(publicExponent));
try {
return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(publicKeySpec);
} catch (InvalidKeySpecException ex) {
LOGGER.error("RSAPublicKeySpec is unavailable.", ex);
} catch (NullPointerException ex) {
LOGGER.error("RSAUtils#KEY_FACTORY is null, can not generate KeyFactory instance.", ex);
}
return null;
}


/**
* 根据给定的系数和专用指数构造一个RSA专用的私钥对象。
* 
* @param modulus
*            系数。
* @param privateExponent
*            专用指数。
* @return RSA专用私钥对象。
*/
public static RSAPrivateKey generateRSAPrivateKey(byte[] modulus, byte[] privateExponent) {
RSAPrivateKeySpec privateKeySpec = new RSAPrivateKeySpec(new BigInteger(modulus), new BigInteger(privateExponent));
try {
return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(privateKeySpec);
} catch (InvalidKeySpecException ex) {
LOGGER.error("RSAPrivateKeySpec is unavailable.", ex);
} catch (NullPointerException ex) {
LOGGER.error("RSAUtils#KEY_FACTORY is null, can not generate KeyFactory instance.", ex);
}
return null;
}


/**
* 根据给定的16进制系数和专用指数字符串构造一个RSA专用的私钥对象。
* 
* @param modulus
*            系数。
* @param privateExponent
*            专用指数。
* @return RSA专用私钥对象。
*/
public static RSAPrivateKey getRSAPrivateKey(String hexModulus, String hexPrivateExponent) {
if (StringUtils.isBlank(hexModulus) || StringUtils.isBlank(hexPrivateExponent)) {
if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
LOGGER.debug("hexModulus and hexPrivateExponent cannot be empty. RSAPrivateKey value is null to return.");
}
return null;
}
byte[] modulus = null;
byte[] privateExponent = null;
try {
modulus = Hex.decodeHex(hexModulus.toCharArray());
privateExponent = Hex.decodeHex(hexPrivateExponent.toCharArray());
} catch (DecoderException ex) {
LOGGER.error("hexModulus or hexPrivateExponent value is invalid. return null(RSAPrivateKey).");
}
if (modulus != null && privateExponent != null) {
return generateRSAPrivateKey(modulus, privateExponent);
}
return null;
}


/**
* 根据给定的16进制系数和专用指数字符串构造一个RSA专用的公钥对象。
* 
* @param modulus
*            系数。
* @param publicExponent
*            专用指数。
* @return RSA专用公钥对象。
*/
public static RSAPublicKey getRSAPublidKey(String hexModulus, String hexPublicExponent) {
if (StringUtils.isBlank(hexModulus) || StringUtils.isBlank(hexPublicExponent)) {
if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
LOGGER.debug("hexModulus and hexPublicExponent cannot be empty. return null(RSAPublicKey).");
}
return null;
}
byte[] modulus = null;
byte[] publicExponent = null;
try {
modulus = Hex.decodeHex(hexModulus.toCharArray());
publicExponent = Hex.decodeHex(hexPublicExponent.toCharArray());
} catch (DecoderException ex) {
LOGGER.error("hexModulus or hexPublicExponent value is invalid. return null(RSAPublicKey).");
}
if (modulus != null && publicExponent != null) {
return generateRSAPublicKey(modulus, publicExponent);
}
return null;
}


/**
* 使用指定的公钥加密数据。
* 
* @param publicKey
*            给定的公钥。
* @param data
*            要加密的数据。
* @return 加密后的数据。
*/
public static byte[] encrypt(PublicKey publicKey, byte[] data) throws Exception {
Cipher ci = Cipher.getInstance(ALGORITHOM, DEFAULT_PROVIDER);
ci.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
return ci.doFinal(data);
}


/**
* 使用指定的私钥解密数据。
* 
* @param privateKey
*            给定的私钥。
* @param data
*            要解密的数据。
* @return 原数据。
*/
public static byte[] decrypt(PrivateKey privateKey, byte[] data) throws Exception {
Cipher ci = Cipher.getInstance(ALGORITHOM, DEFAULT_PROVIDER);
ci.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
return ci.doFinal(data);
}


/**
* 使用给定的公钥加密给定的字符串。
* <p />
* 若 {@code publicKey} 为 {@code null}，或者 {@code plaintext} 为 {@code null}
* 则返回 {@code
* null}。
* 
* @param publicKey
*            给定的公钥。
* @param plaintext
*            字符串。
* @return 给定字符串的密文。
*/
public static String encryptString(PublicKey publicKey, String plaintext) {
if (publicKey == null || plaintext == null) {
return null;
}
byte[] data = plaintext.getBytes();
try {
byte[] en_data = encrypt(publicKey, data);
return new String(Hex.encodeHex(en_data));
} catch (Exception ex) {
LOGGER.error(ex.getCause().getMessage());
}
return null;
}


/**
* 使用默认的公钥加密给定的字符串。
* <p />
* 若{@code plaintext} 为 {@code null} 则返回 {@code null}。
* 
* @param plaintext
*            字符串。
* @return 给定字符串的密文。
*/
public static String encryptString(String plaintext) {
if (plaintext == null) {
return null;
}
byte[] data = plaintext.getBytes();
KeyPair keyPair = getKeyPair();
try {
byte[] en_data = encrypt((RSAPublicKey) keyPair.getPublic(), data);
return new String(Hex.encodeHex(en_data));
} catch (NullPointerException ex) {
LOGGER.error("keyPair cannot be null.");
} catch (Exception ex) {
LOGGER.error(ex.getCause().getMessage());
}
return null;
}


/**
* 使用给定的私钥解密给定的字符串。
* <p />
* 若私钥为 {@code null}，或者 {@code encrypttext} 为 {@code null}或空字符串则返回
* {@code null}。 私钥不匹配时，返回 {@code null}。
* 
* @param privateKey
*            给定的私钥。
* @param encrypttext
*            密文。
* @return 原文字符串。
*/
public static String decryptString(PrivateKey privateKey, String encrypttext) {
if (privateKey == null || StringUtils.isBlank(encrypttext)) {
return null;
}
try {
byte[] en_data = Hex.decodeHex(encrypttext.toCharArray());
byte[] data = decrypt(privateKey, en_data);
return new String(data);
} catch (Exception ex) {
LOGGER.error(String.format("\"%s\" Decryption failed. Cause: %s", encrypttext, ex.getCause().getMessage()));
}
return null;
}


/**
* 使用默认的私钥解密给定的字符串。
* <p />
* 若{@code encrypttext} 为 {@code null}或空字符串则返回 {@code null}。 私钥不匹配时，返回
* {@code null}。
* 
* @param encrypttext
*            密文。
* @return 原文字符串。
*/
public static String decryptString(String encrypttext) {
if (StringUtils.isBlank(encrypttext)) {
return null;
}
KeyPair keyPair = getKeyPair();
try {
byte[] en_data = Hex.decodeHex(encrypttext.toCharArray());
byte[] data = decrypt((RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate(), en_data);
return new String(data);
} catch (NullPointerException ex) {
LOGGER.error("keyPair cannot be null.");
} catch (Exception ex) {
LOGGER.error(String.format("\"%s\" Decryption failed. Cause: %s", encrypttext, ex.getMessage()));
}
return null;
}


/**
* 使用默认的私钥解密由JS加密（使用此类提供的公钥加密）的字符串。
* 
* @param encrypttext
*            密文。
* @return {@code encrypttext} 的原文字符串。
*/
public static String decryptStringByJs(String encrypttext) {
String text = decryptString(encrypttext);
if (text == null) {
return null;
}
return StringUtils.reverse(text);
}


/** 返回已初始化的默认的公钥。 */
public static RSAPublicKey getDefaultPublicKey() {
KeyPair keyPair = getKeyPair();
if (keyPair != null) {
return (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
}
return null;
}


/** 返回已初始化的默认的私钥。 */
public static RSAPrivateKey getDefaultPrivateKey() {
KeyPair keyPair = getKeyPair();
if (keyPair != null) {
return (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
}
return null;
}
}