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：

  1 package RSAJDK;
  2
  3 import java.io.UnsupportedEncodingException;
  4 import java.security.InvalidKeyException;
  5 import java.security.KeyFactory;
  6 import java.security.KeyPair;
  7 import java.security.KeyPairGenerator;
  8 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  9 import java.security.PrivateKey;
 10 import java.security.PublicKey;
 11 import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
 12 import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
 13 import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
 14
 15 import javax.crypto.BadPaddingException;
 16 import javax.crypto.Cipher;
 17 import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
 18 import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
 19
 20 import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
 21
 22 /**
 23  * 基于JDK的RSA算法，工作模式采用ECB
 24  */
 25 public class RSAJDK {
 26     private static final String ENCODING = "UTF-8";
 27     private static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";//非对称加密密钥算法
 28     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
 29     private static final int KEY_SIZE = 512;//非对称密钥长度（512~1024之间的64的整数倍）
 30
 31     /**
 32      * 还原公钥
 33      * @param pubKey 二进制公钥
 34      */
 35     public static PublicKey toPublicKey(byte[] pubKey) throws NoSuchAlgorithmException,
 36                                                               InvalidKeySpecException{
 37         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);//密钥工厂
 38         return keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(pubKey));//还原公钥
 39     }
 40
 41     /**
 42      * 还原私钥
 43      * @param priKey 二进制私钥
 44      */
 45     public static PrivateKey toPrivateKey(byte[] priKey) throws NoSuchAlgorithmException,
 46                                                                 InvalidKeySpecException{
 47         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);//密钥工厂
 48         return keyFactory.generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(priKey));//还原私钥
 49     }
 50
 51     /**
 52      * 生成甲方密钥对
 53      */
 54     public static KeyPair initKey() throws NoSuchAlgorithmException{
 55         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);//密钥对生成器
 56         keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);//指定密钥长度
 57         KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对
 58         return keyPair;
 59     }
 60
 61     /**
 62      * 私钥加密
 63      * @param data     待加密数据
 64      * @param keyByte  私钥
 65      */
 66     public static byte[] encryptPriKey(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
 67                                                                            InvalidKeySpecException,
 68                                                                            NoSuchPaddingException,
 69                                                                            InvalidKeyException,
 70                                                                            IllegalBlockSizeException,
 71                                                                            BadPaddingException,
 72                                                                            UnsupportedEncodingException {
 73         PrivateKey priKey = toPrivateKey(keyByte);//还原私钥
 74
 75         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
 76         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, priKey);//设置加密模式并且初始化key
 77         return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
 78     }
 79
 80     /**
 81      * 公钥加密
 82      * @param data        待加密数据
 83      * @param keyByte    公钥
 84      */
 85     public static byte[] encryptPubKey(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
 86                                                                            InvalidKeySpecException,
 87                                                                            NoSuchPaddingException,
 88                                                                            InvalidKeyException,
 89                                                                            IllegalBlockSizeException,
 90                                                                            BadPaddingException,
 91                                                                            UnsupportedEncodingException {
 92         PublicKey pubKey = toPublicKey(keyByte);//还原公钥
 93
 94         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
 95         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);//设置加密模式并且初始化key
 96         return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
 97     }
 98
 99     /**
100      * 私钥解密
101      * @param data        待解密数据
102      * @param keyByte    私钥
103      */
104     public static byte[] decryptPriKey(byte[] data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
105                                                                            InvalidKeySpecException,
106                                                                            NoSuchPaddingException,
107                                                                            InvalidKeyException,
108                                                                            IllegalBlockSizeException,
109                                                                            BadPaddingException {
110         PrivateKey priKey = toPrivateKey(keyByte);//还原私钥
111
112         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
113         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey);
114         return cipher.doFinal(data);
115     }
116
117     /**
118      * 公钥解密
119      * @param data
120      * @param keyByte    公钥
121      */
122     public static byte[] decryptPubKey(byte[] data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
123                                                                            InvalidKeySpecException,
124                                                                            NoSuchPaddingException,
125                                                                            InvalidKeyException,
126                                                                            IllegalBlockSizeException,
127                                                                            BadPaddingException {
128         PublicKey pubKey = toPublicKey(keyByte);//还原公钥
129
130         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
131         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, pubKey);
132         return cipher.doFinal(data);
133     }
134
135     /**
136      * 获取公钥
137      */
138     public static byte[] getPublicKey(KeyPair keyPair){
139         return keyPair.getPublic().getEncoded();
140     }
141
142     /**
143      * 获取私钥
144      */
145     public static byte[] getPrivateKey(KeyPair keyPair){
146         return keyPair.getPrivate().getEncoded();
147     }
148
149     /**
150      * 测试
151      */
152     public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException,
153                                                   InvalidKeyException,
154                                                   InvalidKeySpecException,
155                                                   NoSuchPaddingException,
156                                                   IllegalBlockSizeException,
157                                                   BadPaddingException,
158                                                   UnsupportedEncodingException{
159         byte[] pubKey1;//甲方公钥
160         byte[] priKey1;//甲方私钥
161
162         /*********************测试是否可以正确生成以上2个key*********************/
163         KeyPair keyPair1 = RSAJDK.initKey();//生成甲方密钥对
164         pubKey1 = RSAJDK.getPublicKey(keyPair1);
165         priKey1 = RSAJDK.getPrivateKey(keyPair1);
166
167         System.out.println("甲方公钥pubKey1-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey1)+"@@pubKey1.length-->"+pubKey1.length);
168         System.out.println("甲方私钥priKey1-->"+Base64.encodeBase64String(priKey1)+"@@priKey1.length-->"+priKey1.length);
169
170         /*********************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*********************/
171         System.out.println("甲方-->乙方");
172         String data = "找一个好姑娘啊！";
173         byte[] encodeStr = RSAJDK.encryptPriKey(data, priKey1);
174         System.out.println("甲方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr));
175         byte[] decodeStr = RSAJDK.decryptPubKey(encodeStr, pubKey1);
176         System.out.println("乙方解密后的数据-->"+new String(decodeStr,"UTF-8"));
177
178         /*********************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*********************/
179         System.out.println("乙方-->甲方");
180         String data2 = "找一个好姑娘啊！";
181         byte[] encodeStr2 = RSAJDK.encryptPubKey(data2, pubKey1);
182         System.out.println("乙方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr2));
183         byte[] decodeStr2 = RSAJDK.decryptPriKey(encodeStr2, priKey1);
184         System.out.println("甲方解密后的数据-->"+new String(decodeStr2,"UTF-8"));
185     }
186 }