第十二章 非对称加密算法-RSA

注意：本节内容主要参考自《Java加密与解密的艺术（第2版）》第8章“高等加密算法--非对称加密算法”

12.1、RSA（最经典的非对称加密算法）

特点：

• 使用一套密钥即可完成加解密（与DH不同）
• 与DH不同的第二点是，RSA自己可以完成加解密，而DH需要依赖于对称加密算法
• “私钥加密，公钥解密”或“公钥加密，私钥解密”
• 公钥长度远小于私钥长度（对下边的代码进行测试，自己比较结果）

加解密流程：

1）发送方（假设为甲方）构建密钥对，自己保留私钥，将公钥发送给接收方（假设为乙方）

2）甲方使用密钥对消息进行加密，乙方使用公钥对消息解密（“私钥加密，公钥解密”）或者乙方使用公钥对消息进行加密，甲方使用私钥对消息解密（“公钥加密，私钥解密”）

注意：公钥加密方式存在安全隐患，如果需要更加安全的方式，就需要甲乙双方均存一份密钥对，仅仅使用“私钥加密，公钥解密”的方式，这种方式与DH类似，但是不同，在DH中甲乙双方各自保留着自己的公钥+私钥，而更安全的RSA是甲乙方法均保存着自己的私钥与对方的公钥，这是RSA与DH的第三点不同。

实现方式：

• JDK（工作模式只有ECB，填充方式可以采用PKCS1Padding，没有PKCS5Padding，密钥长度：512~65536（64的整数倍））
• Bouncy Castle（BC，工作模式没有，填充方式可以采用PKCS1Padding，没有PKCS7Padding，密钥长度：512~65536（64的整数倍））

基于JDK实现的RSA加解密代码：

 package RSAJDK;

 import java.io.UnsupportedEncodingException;
 import java.security.InvalidKeyException;
 import java.security.KeyFactory;
 import java.security.KeyPair;
 import java.security.KeyPairGenerator;
 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 import java.security.PrivateKey;
 import java.security.PublicKey;
 import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
 import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
 import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

 import javax.crypto.BadPaddingException;
 import javax.crypto.Cipher;
 import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
 import javax.crypto.NoSuchPaddingException;

 import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

 /**
  * 基于JDK的RSA算法，工作模式采用ECB
  */
 public class RSAJDK {
     private static final String ENCODING = "UTF-8";
     private static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";//非对称加密密钥算法
     private static final String CIPHER_ALGORITHM = "RSA/ECB/PKCS1Padding";//加解密算法 格式：算法/工作模式/填充模式
     private static final int KEY_SIZE = 512;//非对称密钥长度（512~1024之间的64的整数倍）

     /**
      * 还原公钥
      * @param pubKey 二进制公钥
      */
     public static PublicKey toPublicKey(byte[] pubKey) throws NoSuchAlgorithmException,
                                                               InvalidKeySpecException{
         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);//密钥工厂
         return keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(pubKey));//还原公钥
     }

     /**
      * 还原私钥
      * @param priKey 二进制私钥
      */
     public static PrivateKey toPrivateKey(byte[] priKey) throws NoSuchAlgorithmException,
                                                                 InvalidKeySpecException{
         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);//密钥工厂
         return keyFactory.generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(priKey));//还原私钥
     }

     /**
      * 生成甲方密钥对
      */
     public static KeyPair initKey() throws NoSuchAlgorithmException{
         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);//密钥对生成器
         keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);//指定密钥长度
         KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对
         return keyPair;
     }

     /**
      * 私钥加密
      * @param data     待加密数据
      * @param keyByte  私钥
      */
     public static byte[] encryptPriKey(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
                                                                            InvalidKeySpecException,
                                                                            NoSuchPaddingException,
                                                                            InvalidKeyException,
                                                                            IllegalBlockSizeException,
                                                                            BadPaddingException,
                                                                            UnsupportedEncodingException {
         PrivateKey priKey = toPrivateKey(keyByte);//还原私钥

         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, priKey);//设置加密模式并且初始化key
         return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
     }

     /**
      * 公钥加密
      * @param data        待加密数据
      * @param keyByte    公钥
      */
     public static byte[] encryptPubKey(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
                                                                            InvalidKeySpecException,
                                                                            NoSuchPaddingException,
                                                                            InvalidKeyException,
                                                                            IllegalBlockSizeException,
                                                                            BadPaddingException,
                                                                            UnsupportedEncodingException {
         PublicKey pubKey = toPublicKey(keyByte);//还原公钥

         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);//设置加密模式并且初始化key
         return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
     }

     /**
      * 私钥解密
      * @param data        待解密数据
      * @param keyByte    私钥
      */
     public static byte[] decryptPriKey(byte[] data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
                                                                            InvalidKeySpecException,
                                                                            NoSuchPaddingException,
                                                                            InvalidKeyException,
                                                                            IllegalBlockSizeException,
                                                                            BadPaddingException {
         PrivateKey priKey = toPrivateKey(keyByte);//还原私钥

         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey);
         return cipher.doFinal(data);
     }

     /**
      * 公钥解密
      * @param data
      * @param keyByte    公钥
      */
     public static byte[] decryptPubKey(byte[] data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
                                                                            InvalidKeySpecException,
                                                                            NoSuchPaddingException,
                                                                            InvalidKeyException,
                                                                            IllegalBlockSizeException,
                                                                            BadPaddingException {
         PublicKey pubKey = toPublicKey(keyByte);//还原公钥

         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, pubKey);
         return cipher.doFinal(data);
     }

     /**
      * 获取公钥
      */
     public static byte[] getPublicKey(KeyPair keyPair){
         return keyPair.getPublic().getEncoded();
     }

     /**
      * 获取私钥
      */
     public static byte[] getPrivateKey(KeyPair keyPair){
         return keyPair.getPrivate().getEncoded();
     }

     /**
      * 测试
      */
     public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException,
                                                   InvalidKeyException,
                                                   InvalidKeySpecException,
                                                   NoSuchPaddingException,
                                                   IllegalBlockSizeException,
                                                   BadPaddingException,
                                                   UnsupportedEncodingException{
         byte[] pubKey1;//甲方公钥
         byte[] priKey1;//甲方私钥

         /*********************测试是否可以正确生成以上2个key*********************/
         KeyPair keyPair1 = RSAJDK.initKey();//生成甲方密钥对
         pubKey1 = RSAJDK.getPublicKey(keyPair1);
         priKey1 = RSAJDK.getPrivateKey(keyPair1);

         System.out.println("甲方公钥pubKey1-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey1)+"@@pubKey1.length-->"+pubKey1.length);
         System.out.println("甲方私钥priKey1-->"+Base64.encodeBase64String(priKey1)+"@@priKey1.length-->"+priKey1.length);

         /*********************测试甲方使用私钥加密数据向乙方发送，乙方使用公钥解密数据*********************/
         System.out.println("甲方-->乙方");
         String data = "找一个好姑娘啊！";
         byte[] encodeStr = RSAJDK.encryptPriKey(data, priKey1);
         System.out.println("甲方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr));
         byte[] decodeStr = RSAJDK.decryptPubKey(encodeStr, pubKey1);
         System.out.println("乙方解密后的数据-->"+new String(decodeStr,"UTF-8"));

         /*********************测试乙方使用私钥加密数据向甲方发送，甲方使用公钥解密数据*********************/
         System.out.println("乙方-->甲方");
         String data2 = "找一个好姑娘啊！";
         byte[] encodeStr2 = RSAJDK.encryptPubKey(data2, pubKey1);
         System.out.println("乙方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr2));
         byte[] decodeStr2 = RSAJDK.decryptPriKey(encodeStr2, priKey1);
         System.out.println("甲方解密后的数据-->"+new String(decodeStr2,"UTF-8"));
     }
 }

注意：

自己若看了DH算法，试着比较一下RSA算法与DH的区别，并使这些一下更安全的RSA算法（生成两个密钥对，其实就是在上述的代码中再添加一个乙方的密钥对生成方法即可）

疑问：在我配置非对称密钥为512的时候，测出来的公钥长度是96位，私钥长度是345位，与512差很远，那这里的512到底是怎么计算的？（希望知道的朋友给解释一下）