Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA
从早忙到晚的闲人 2013-11-07
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：RonRivest,AdiShamir和LeonardAdleman。
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
importjava.security.Key;
importjava.security.KeyFactory;
importjava.security.KeyPair;
importjava.security.KeyPairGenerator;
importjava.security.PrivateKey;
importjava.security.PublicKey;
importjava.security.Signature;
importjava.security.interfaces.RSAPrivateKey;
importjava.security.interfaces.RSAPublicKey;
importjava.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
importjava.security.spec.X509EncodedKeySpec;
importjava.util.HashMap;
importjava.util.Map;
importjavax.crypto.Cipher;
/**
*RSA安全编码组件
*
*@author梁栋
*@version1.0
*@since1.0
*/
publicabstractclassRSACoderextendsCoder{
publicstaticfinalStringKEY_ALGORITHM="RSA";
publicstaticfinalStringSIGNATURE_ALGORITHM="MD5withRSA";
privatestaticfinalStringPUBLIC_KEY="RSAPublicKey";
privatestaticfinalStringPRIVATE_KEY="RSAPrivateKey";
/**
*用私钥对信息生成数字签名
*
*@paramdata
*加密数据
*@paramprivateKey
*私钥
*
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticStringsign(byte[]data,StringprivateKey)throwsException{
//解密由base64编码的私钥
byte[]keyBytes=decryptBASE64(privateKey);
//构造PKCS8EncodedKeySpec对象
PKCS8EncodedKeySpecpkcs8KeySpec=newPKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
//KEY_ALGORITHM指定的加密算法
KeyFactorykeyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//取私钥匙对象
PrivateKeypriKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
//用私钥对信息生成数字签名
Signaturesignature=Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
signature.initSign(priKey);
signature.update(data);
returnencryptBASE64(signature.sign());
}
/**
*校验数字签名
*
*@paramdata
*加密数据
*@parampublicKey
*公钥
*@paramsign
*数字签名
*
*@return校验成功返回true失败返回false
*@throwsException
*
*/
publicstaticbooleanverify(byte[]data,StringpublicKey,Stringsign)
throwsException{
//解密由base64编码的公钥
byte[]keyBytes=decryptBASE64(publicKey);
//构造X509EncodedKeySpec对象
X509EncodedKeySpeckeySpec=newX509EncodedKeySpec(keyBytes);
//KEY_ALGORITHM指定的加密算法
KeyFactorykeyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//取公钥匙对象
PublicKeypubKey=keyFactory.generatePublic(keySpec);
Signaturesignature=Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
signature.initVerify(pubKey);
signature.update(data);
//验证签名是否正常
returnsignature.verify(decryptBASE64(sign));
}
/**
*解密<br>
*用私钥解密
*
*@paramdata
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]decryptByPrivateKey(byte[]data,Stringkey)
throwsException{
//对密钥解密
byte[]keyBytes=decryptBASE64(key);
//取得私钥
PKCS8EncodedKeySpecpkcs8KeySpec=newPKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactorykeyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
KeyprivateKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
//对数据解密
Ciphercipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey);
returncipher.doFinal(data);
}
/**
*解密<br>
*用公钥解密
*
*@paramdata
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]decryptByPublicKey(byte[]data,Stringkey)
throwsException{
//对密钥解密
byte[]keyBytes=decryptBASE64(key);
//取得公钥
X509EncodedKeySpecx509KeySpec=newX509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactorykeyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
KeypublicKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
//对数据解密
Ciphercipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,publicKey);
returncipher.doFinal(data);
}
/**
*加密<br>
*用公钥加密
*
*@paramdata
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]encryptByPublicKey(byte[]data,Stringkey)
throwsException{
//对公钥解密
byte[]keyBytes=decryptBASE64(key);
//取得公钥
X509EncodedKeySpecx509KeySpec=newX509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactorykeyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
KeypublicKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
//对数据加密
Ciphercipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,publicKey);
returncipher.doFinal(data);
}
/**
*加密<br>
*用私钥加密
*
*@paramdata
*@paramkey
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticbyte[]encryptByPrivateKey(byte[]data,Stringkey)
throwsException{
//对密钥解密
byte[]keyBytes=decryptBASE64(key);
//取得私钥
PKCS8EncodedKeySpecpkcs8KeySpec=newPKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactorykeyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
KeyprivateKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
//对数据加密
Ciphercipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,privateKey);
returncipher.doFinal(data);
}
/**
*取得私钥
*
*@paramkeyMap
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticStringgetPrivateKey(Map<String,Object>keyMap)
throwsException{
Keykey=(Key)keyMap.get(PRIVATE_KEY);
returnencryptBASE64(key.getEncoded());
}
/**
*取得公钥
*
*@paramkeyMap
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticStringgetPublicKey(Map<String,Object>keyMap)
throwsException{
Keykey=(Key)keyMap.get(PUBLIC_KEY);
returnencryptBASE64(key.getEncoded());
}
/**
*初始化密钥
*
*@return
*@throwsException
*/
publicstaticMap<String,Object>initKey()throwsException{
KeyPairGeneratorkeyPairGen=KeyPairGenerator
.getInstance(KEY_ALGORITHM);
keyPairGen.initialize(1024);
KeyPairkeyPair=keyPairGen.generateKeyPair();
//公钥
RSAPublicKeypublicKey=(RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
//私钥
RSAPrivateKeyprivateKey=(RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
Map<String,Object>keyMap=newHashMap<String,Object>(2);
keyMap.put(PUBLIC_KEY,publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY,privateKey);
returnkeyMap;
}
}
再给出一个测试类：
Java代码收藏代码
importstaticorg.junit.Assert.*;
importorg.junit.Before;
importorg.junit.Test;
importjava.util.Map;
/**
*
*@author梁栋
*@version1.0
*@since1.0
*/
publicclassRSACoderTest{
privateStringpublicKey;
privateStringprivateKey;
@Before
publicvoidsetUp()throwsException{
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
publicvoidtest()throwsException{
System.err.println("公钥加密——私钥解密");
StringinputStr="abc";
byte[]data=inputStr.getBytes();
byte[]encodedData=RSACoder.encryptByPublicKey(data,publicKey);
byte[]decodedData=RSACoder.decryptByPrivateKey(encodedData,
privateKey);
StringoutputStr=newString(decodedData);
System.err.println("加密前:"+inputStr+"\n\r"+"解密后:"+outputStr);
assertEquals(inputStr,outputStr);
}
@Test
publicvoidtestSign()throwsException{
System.err.println("私钥加密——公钥解密");
StringinputStr="sign";
byte[]data=inputStr.getBytes();
byte[]encodedData=RSACoder.encryptByPrivateKey(data,privateKey);
byte[]decodedData=RSACoder
.decryptByPublicKey(encodedData,publicKey);
StringoutputStr=newString(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
Stringsign=RSACoder.sign(encodedData,privateKey);
System.err.println("签名:\r"+sign);
//验证签名
booleanstatus=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：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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：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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。
