RSA加密解密与加签验签

RSA公钥加密算法是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。1987年7月首次在美国公布，当时他们三人都在麻省理工学院工作实习。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。

　　RSA是目前最有影响力和最常用的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。

　　RSA公开密钥密码体制。所谓的公开密钥密码体制就是使用不同的加密密钥与解密密钥，是一种“由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的”密码体制。

　　在公开密钥密码体制中，加密密钥（即公开密钥）PK是公开信息，而解密密钥（即秘密密钥）SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公开的。虽然解密密钥SK是由公开密钥PK决定的，但却不能根据PK计算出SK。

　　基于这种理论，1978年出现了著名的RSA算法，它通常是先生成一对RSA 密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可以在网络服务器中注册。为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。这就使加密的计算量很大。

　　RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现今的三十多年里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，截止2017年被普遍认为是最优秀的公钥方案之一。

　　SET(Secure Electronic Transaction)协议中要求CA采用2048bits长的密钥，其他实体使用1024比特的密钥。RSA密钥长度随着保密级别提高，增加很快。

　　RSA算法是一种非对称密码算法，所谓非对称，就是指该算法需要一对密钥，使用其中一个加密，则需要用另一个才能解密。

　　我们接下来看下Java中如何实现RSA加密解密与加签验签。我们先来看RSA加密解密。　　

/**
 * RSA加密解密操作步骤
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //先给出一个待加密的字符串
        String data="青青子衿，悠悠我心。但为君故，沉吟至今。";
        //1.构建公私钥匙对
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //2.获取钥匙对中的公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
        //3.获取钥匙对中的私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        //4.对待加密的数据进行加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,publicKey);
        byte[] bytesEncrypt = cipher.doFinal(data.getBytes());//产生的是乱码,需要用Base64进行转码
        //5.Base64编码
        byte[] encodeBase64 = Base64.getEncoder().encode(bytesEncrypt);
        System.out.println("加密后的数据:"+new String(encodeBase64));
        //6.在解密时,先对用Base64编码的信息进行解码
        byte[] bytesDecode = Base64.getDecoder().decode(encodeBase64);
        //7.解密
        Cipher cipher2=Cipher.getInstance("RSA");
        cipher2.init(Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey);
        byte[] bytesDecrypt = cipher2.doFinal(bytesDecode);
        System.out.println("解密后的数据:"+new String(bytesDecrypt));
    }
}

公钥和私钥本身存储的信息是乱码，在实际使用中，我们还可以通过Base64将这些乱码编码为可识别的ASCII码，然后将公钥和私钥信息持久化存储到文件中，在以后需要使用时，可以从文件中读取公钥和私钥信息。为此，我们可以写一个RSA的工具类，从一个储存公钥和私钥信息的文件里读取公钥和私钥信息，然后定义获取公钥和私钥的方法，以及加密和解密数据的方法。首先，我们提供一对公私钥信息，假定公钥信息储存在一个名称为rsa_public_key.pem的文件里，信息如下：

-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDY90KtriCa4KjNe3mgrGGbDB95
8A2byBKf+wOmPmOopP3gGeg7+DFAPNYCC+tL8h2bpUI3IPKOm2Hon8kM/p628i1J
Z7JjopYVZW6JKqA2ImyneeUEK748FXwXTRAAMCTqQG/7a178BGawTdHi6hk+M6UF
lT0EhL6JA8ULKFoiHwIDAQAB
-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----

假定私钥信息储存在一个名称为rsa_private_key.pem的文件里，信息如下：：

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----

　接下来，我们写一个RSAUtil工具类，代码如下：　　

/**
 * 工具类
 */
public class RSAUtil {
    /*
        读取秘钥数据
     */
    public static byte[] readKeyDatas(String keyFilePath){
        BufferedReader bufferedReader=null;
        try{
            bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader(keyFilePath));
            String str=null;
            StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder();
            while ((str=bufferedReader.readLine())!=null){
                if(str.contains("---")){
                    continue;
                }
                stringBuilder.append(str);
            }
            return stringBuilder.toString().getBytes();
        }catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                bufferedReader.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return null;
    }
    /*
        生成公钥
     */
    public static PublicKey getPublicKey(String publicKeyPath){
        //1.读取公钥文件,获取公钥数据
        byte[] bytesPublicBase64 = readKeyDatas(publicKeyPath);
        //2.对读取回来的数据进行Base64解码
        byte[] bytesPublic = Base64.getDecoder().decode(bytesPublicBase64);
        //3.把解码后的数据,重新封装成一个PublicKey对象
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytesPublic);
        KeyFactory keyFactory=null;
        try {
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);
            return publicKey;
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvalidKeySpecException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
    /*
        生成私钥
     */
    public static PrivateKey getPrivateKey(String privateKeyPath){
        //1.读取私钥文件,获取私钥数据
        byte[] bytesPrivateBase64 = readKeyDatas(privateKeyPath);
        //2.对读取回来的数据进行Base64解码
        byte[] bytesPrivate = Base64.getDecoder().decode(bytesPrivateBase64);
        //3.把解码后的数据,重新封装成一个PrivateKey对象
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytesPrivate);
        KeyFactory keyFactory=null;
        try {
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
            return privateKey;
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvalidKeySpecException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
    /*
        加密数据
     */
    public static String encodeData(PublicKey publicKey,String originData){
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,publicKey);
            byte[] bytesEncrypt = cipher.doFinal(originData.getBytes());
            //Base64编码
            byte[] bytesEncryptBase64 = Base64.getEncoder().encode(bytesEncrypt);
            return new String(bytesEncryptBase64);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvalidKeyException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BadPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalBlockSizeException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
    /*
        解密数据
     */
    public static String decodeData(PrivateKey privateKey,String encodeData){
        try {
            //Base64解码
            byte[] bytesEncrypt = Base64.getDecoder().decode(encodeData);
            //加密
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey);
            byte[] bytesDecrypt = cipher.doFinal(bytesEncrypt);
            return new String(bytesDecrypt);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvalidKeyException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BadPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalBlockSizeException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

这样的话，以后需要使用公钥和私钥，以及加密解密时，调用上述工具类中的相应方法即可。

最后，我们再来看用RSA如何对数据进行加签验签，具体代码如下：

/**
 * 加签  验签    签名验证：验证数据的合法来源   即验证数据来源的合法性
 * 加签：私钥
 * 验签：公钥
 */
public class Test2 {
    private static String privateKeyPath="储存私钥信息的文件路径";
    private static String publicKeyPath="储存公钥信息的文件路径";
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String data="验证该数据是否为合法的服务器发送";
        /**
         * 加签过程
         */
        PrivateKey privateKey = RSAUtil.getPrivateKey(privateKeyPath);
        Signature signature = Signature.getInstance("Sha1WithRSA");
        signature.initSign(privateKey);
        signature.update(data.getBytes("UTF-8"));
        byte[] signed = signature.sign();
        /**
         * 验签过程
         */
        PublicKey publicKey = RSAUtil.getPublicKey(publicKeyPath);
        Signature signature2 = Signature.getInstance("Sha1WithRSA");
        signature2.initVerify(publicKey);
        signature2.update(data.getBytes("UTF-8"));
        boolean verify = signature2.verify(signed);
        System.out.println("验签结果:"+verify);
    }
}