Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA

Java非对称加密算法rsa

    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：

甲方构建密钥对儿，将公钥公布给乙方，将私钥保留。

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。

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：











通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一）

Java代码  收藏代码

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>

     * 用公钥解密

     * 

     * @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：

Java代码  收藏代码

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; 

 

    @Before 

    public 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); 

    } 

 

    @Test 

    public 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); 

 

    } 

 

    @Test 

    public 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：

Console代码  收藏代码

公钥:  

 

MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYU/+I0+z1aBl5X6DUUOHQ7FZpmBSDbKTtx89J 

EcB64jFCkunELT8qiKly7fzEqD03g8ALlu5XvX+bBqHFy7YPJJP0ekE2X3wjUnh2NxlqpH3/B/xm 

1ZdSlCwDIkbijhBVDjA/bu5BObhZqQmDwIxlQInL9oVz+o6FbAZCyHBd7wIDAQAB 

 

私钥：  

 

MIICdgIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmAwggJcAgEAAoGBAJhT/4jT7PVoGXlfoNRQ4dDsVmmY 

FINspO3Hz0kRwHriMUKS6cQtPyqIqXLt/MSoPTeDwAuW7le9f5sGocXLtg8kk/R6QTZffCNSeHY3 

GWqkff8H/GbVl1KULAMiRuKOEFUOMD9u7kE5uFmpCYPAjGVAicv2hXP6joVsBkLIcF3vAgMBAAEC 

gYBvZHWoZHmS2EZQqKqeuGr58eobG9hcZzWQoJ4nq/CarBAjw/VovUHE490uK3S9ht4FW7Yzg3LV 

/MB06Huifh6qf/X9NQA7SeZRRC8gnCQk6JuDIEVJOud5jU+9tyumJakDKodQ3Jf2zQtNr+5ZdEPl 

uwWgv9c4kmpjhAdyMuQmYQJBANn6pcgvyYaia52dnu+yBUsGkaFfwXkzFSExIbi0MXTkhEb/ER/D 

rLytukkUu5S5ecz/KBa8U4xIslZDYQbLz5ECQQCy5dutt7RsxN4+dxCWn0/1FrkWl2G329Ucewm3 

QU9CKu4D+7Kqdj+Ha3lXP8F0Etaaapi7+EfkRUpukn2ItZV/AkEAlk+I0iphxT1rCB0Q5CjWDY5S 

Df2B5JmdEG5Y2o0nLXwG2w44OLct/k2uD4cEcuITY5Dvi/4BftMCZwm/dnhEgQJACIktJSnJwxLV 

o9dchENPtlsCM9C/Sd2EWpqISSUlmfugZbJBwR5pQ5XeMUqKeXZYpP+HEBj1nS+tMH9u2/IGEwJA 

fL8mZiZXan/oBKrblAbplNcKWGRVD/3y65042PAEeghahlJMiYquV5DzZajuuT0wbJ5xQuZB01+X 

nfpFpBJ2dw== 

 

公钥加密——私钥解密 

加密前: abc 

 

解密后: abc 

公钥:  

 

MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDdOj40yEB48XqWxmPILmJAc7UecIN7F32etSHF 

9rwbuEh3+iTPOGSxhoSQpOED0vOb0ZIMkBXZSgsxLaBSin2RZ09YKWRjtpCA0kDkiD11gj4tzTiM 

l9qq1kwSK7ZkGAgodEn3yIILVmQDuEImHOXFtulvJ71ka07u3LuwUNdB/wIDAQAB 

 

私钥：  

 

MIICdwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmEwggJdAgEAAoGBAN06PjTIQHjxepbGY8guYkBztR5w 

g3sXfZ61IcX2vBu4SHf6JM84ZLGGhJCk4QPS85vRkgyQFdlKCzEtoFKKfZFnT1gpZGO2kIDSQOSI 

PXWCPi3NOIyX2qrWTBIrtmQYCCh0SffIggtWZAO4QiYc5cW26W8nvWRrTu7cu7BQ10H/AgMBAAEC 

gYEAz2JWBizjI31bqhP4XiP9PuY5F3vqBW4T+L9cFbQiyumKJc58yzTWUAUGKIIn3enXLG7dNqGr 

mbJro4JeFIJ3CiVDpXR9+FluIgI4SXm7ioGKF2NOMA9LR5Fu82W+pLfpTN2y2SaLYWEDZyp53BxY 

j9gUxaxi1MQs+C1ZgDF2xmECQQDy70bQntbRfysP+ppCtd56YRnES1Tyekw0wryS2tr+ivQJl7JF 

gp5rPAOXpgrq36xHDwUspQ0sJ0vj0O7ywxr1AkEA6SAaLhrJJrYucC0jxwAhUYyaPN+aOsWymaRh 

9jA/Wc0wp29SbGTh5CcMuGpXm1g0M+FKW3dGiHgS3rVUKim4owJAbnxgapUzAgiiHxxMeDaavnHW 

9C2GrtjsO7qtZOTgYI/1uT8itvZW8lJTF+9OW8/qXE76fXl7ai9dFnl5kzMk2QJBALfHz/vCsArt 

mkRiwY6zApE4Z6tPl1V33ymSVovvUzHnOdD1SKQdD5t+UV/crb3QVi8ED0t2B0u0ZSPfDT/D7kMC 

QDpwdj9k2F5aokLHBHUNJPFDAp7a5QMaT64gv/d48ITJ68Co+v5WzLMpzJBYXK6PAtqIhxbuPEc2 

I2k1Afmrwyw= 

 

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/QF2Mx0Zxt8Xsg7ucVpn 

i3wwbYWs9wSzIf0UjlM= 

 

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。