一个基于RSA算法的Java数字签名例子

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一、前言：

　　网络数据安全包括数据的本身的安全性、数据的完整性（防止篡改）、数据来源的不可否认性等要素。对数据采用加密算法加密可以保证数据本身的安全性，利用消息摘要可以保证数据的完整性，但是还有一点就是数据来源的不可否认性（也就是数据来自哪里接收者是清楚的，而且发送数据者不可抵赖）。

有些方案曾经使用消息认证码（MAC）来保证数据来源于合法的发送着，但是利用消息认证码会带来一个问题，就是通讯双方必须事先约定两者之间的通讯用共享密码。在我们的互联网如此庞大的今天，这显然是不合适的，而数字签名可以解决我们的这个问题。数字签名（通常的数字签名）的基础是公钥密码体系（例如：RSA）。发送者有独一无二的公钥和私钥，公钥是公开的，私钥秘密保留。发送者利用私钥对数据的消息摘要进行数字签名，接收者利用发送者的公钥来验证数字签名，其实就是把加密过程颠倒过来使用。由于发送者的私钥是独一无二的，而且是秘密的，因此当能够验证解开数字签名的数字摘要是正确的后，那么我们就可以肯定发送者的身份了，这就是数字签名的基本原理。

为什么要用消息摘要呢？原因是这样的，由于公钥加密算法加解密的速度较慢，对整个数据进行加密肯定是行不通的，而消息摘要有个好处就是短而且长度固定，就象数据的指纹一样，所以对摘要进行签名。

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二、数字签字的原理：

在数字签名应用中，首先由发送者身份生成它的私钥和公钥，然后由发送者通过私钥把数据加密后，并将加密后的数据发送给接收者；接收者把发送者加密过的数据通过发送者的共钥进行签名验证。

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三、例子说明：

现在我们就转入正题了。JAVA的数字签名类封装在Signature类（java.security.Signature）中。
接下来，我会编写三个功能（即三个Java类）： 
       a、生成一对密钥，即私钥和公钥，对于密钥的保存可以使用对象流的方式进行保存和传送,也可以使用编码的方式保存；在这里基于方便，我是使用编码方式进行保存的；类名是：GenerateKeyPair.java

b、编写发送者的功能：首先通过私钥加密待输出数据Data，并输出Data和签名后的Data；类名是：SignatureData.java
      
     c、编写接收者的功能：使用发送者的公钥来验证发送过来的加密Data，判断签名的合法性；类名是：VerifySignature.java

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四、生成一对密钥，即私钥和公钥，对于密钥的保存可以使用对象流的方式进行保存和传送,也可以使用编码的方式保存；在这里基于方便，我是使用编码方式进行保存的；类名是：GenerateKeyPair.java：

package com._21cn.cryptto;
import java.security.KeyPair;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;

public class GenerateKeyPair {

private String priKey;
private String pubKey;
public void run() {
try {
java.security.KeyPairGenerator keygen = java.security.KeyPairGenerator
.getInstance("RSA");
SecureRandom secrand = new SecureRandom();
secrand.setSeed("21cn".getBytes()); // 初始化随机产生器
keygen.initialize(1024, secrand);
KeyPair keys = keygen.genKeyPair();

PublicKey pubkey = keys.getPublic();
PrivateKey prikey = keys.getPrivate();

pubKey = bytesToHexStr(pubkey.getEncoded());
priKey = bytesToHexStr(prikey.getEncoded());

System.out.println("pubKey=" + pubKey);
System.out.println("priKey=" + priKey);

System.out.println("写入对象 pubkeys ok");
System.out.println("生成密钥对成功");
} catch (java.lang.Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("生成密钥对失败");
}
;

}

/**
* Transform the specified byte into a Hex String form.
*/
public static final String bytesToHexStr(byte[] bcd) {
StringBuffer s = new StringBuffer(bcd.length * 2);

for (int i = 0; i < bcd.length; i++) {
s.append(bcdLookup[(bcd[i] >>> 4) & 0x0f]);
s.append(bcdLookup[bcd[i] & 0x0f]);
}

return s.toString();
}

/**
* Transform the specified Hex String into a byte array.
*/
public static final byte[] hexStrToBytes(String s) {
byte[] bytes;

bytes = new byte[s.length() / 2];

for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
bytes[i] = (byte) Integer.parseInt(s.substring(2 * i, 2 * i + 2),
16);
}

return bytes;
}

private static final char[] bcdLookup = { '0', '1', '2', '3', '4', '5',
'6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
GenerateKeyPair n = new GenerateKeyPair();
n.run();
}

五、编写发送者的功能：首先通过私钥加密待输出数据Data，并输出Data和签名后的Data；类名是：SignatureData.java

package com._21cn.cryptto;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;

public class SignatureData {

public void run() {
try {
String prikeyvalue = "30820277020100300d";//这是GenerateKeyPair输出的私钥编码
PKCS8EncodedKeySpec priPKCS8=new PKCS8EncodedKeySpec(hexStrToBytes(prikeyvalue));
KeyFactory keyf=KeyFactory.getInstance("RSA");
PrivateKey myprikey=keyf.generatePrivate(priPKCS8);

String myinfo = "orderId=10dkfadsfksdkssdkd&amount=80&orderTime=20060509"; // 要签名的信息
// 用私钥对信息生成数字签名
java.security.Signature signet = java.security.Signature
.getInstance("MD5withRSA");
signet.initSign(myprikey);
signet.update(myinfo.getBytes("ISO-8859-1"));
byte[] signed = signet.sign(); // 对信息的数字签名

System.out.println("signed(签名内容)原值=" + bytesToHexStr(signed));
System.out.println("info（原值）=" + myinfo);

System.out.println("签名并生成文件成功");
} catch (java.lang.Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("签名并生成文件失败");
}
;

}
/**
* Transform the specified byte into a Hex String form.
*/
public static final String bytesToHexStr(byte[] bcd) {
StringBuffer s = new StringBuffer(bcd.length * 2);

for (int i = 0; i < bcd.length; i++) {
s.append(bcdLookup[(bcd[i] >>> 4) & 0x0f]);
s.append(bcdLookup[bcd[i] & 0x0f]);
}

return s.toString();
}

/**
* Transform the specified Hex String into a byte array.
*/
public static final byte[] hexStrToBytes(String s) {
byte[] bytes;

bytes = new byte[s.length() / 2];

for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
bytes[i] = (byte) Integer.parseInt(s.substring(2 * i, 2 * i + 2),
16);
}

return bytes;
}

private static final char[] bcdLookup = { '0', '1', '2', '3', '4', '5',
'6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
SignatureData s = new SignatureData();
s.run();

}

六、编写接收者的功能：使用发送者的公钥来验证发送过来的加密Data，判断签名的合法性；类名是：VerifySignature.java

package com._21cn.cryptto;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

public class VerifySignature {

public void run1() {
try {
String pubkeyvalue = "30819f300d06092a864886f70d01010105";//这是GenerateKeyPair输出的公钥编码
X509EncodedKeySpec bobPubKeySpec = new X509EncodedKeySpec(hexStrToBytes(pubkeyvalue));
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(bobPubKeySpec);

String info = "orderId=10dkfadsfksdkssdkd&amount=80&orderTime=20060519";
byte[] signed = hexStrToBytes("2292e02ba6bf6f1b1688a6fa2");//这是SignatureData输出的数字签名
java.security.Signature signetcheck=java.security.Signature.getInstance("MD5withRSA");
signetcheck.initVerify(pubKey);
signetcheck.update(info.getBytes());
if (signetcheck.verify(signed)) {
System.out.println("info=" + info);
System.out.println("签名正常");
}
else System.out.println("非签名正常");
}
catch (java.lang.Exception e) {e.printStackTrace();}
}