Java加密技术（四）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：

[java] view
plaincopyprint?

package com.somnus.cipher;

import java.io.IOException;

import java.io.InputStream;

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.Arrays;

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import javax.crypto.Cipher;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

import org.apache.commons.codec.binary.Hex;

/** 非对称加密算法RSA

* @Title: RsaEncrypt.java

* @Description: TODO

* @author Somnus

* @date 2015年6月5日 下午2:02:44

* @version V1.0

*/

public class RSAUtil {

public static final String ALGORITHM = "RSA";

public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";

private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";

private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";

private static final String PUBLIC_KEY_PATH = "public.cer";

private static final String PRIVATE_KEY_PATH = "private.key";

private static Map<String, Object> keymap;

static{

RSAUtil rutil = new RSAUtil();

try {

keymap = rutil.initKey();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

/**

* 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(String data) throws Exception {

// 解密由base64编码的私钥

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(getPrivateKey());

// 构造PKCS8EncodedKeySpec对象

PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);

// ALGORITHM 指定的加密算法

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(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(Hex.decodeHex(data.toCharArray()));

return Base64.encodeBase64String(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(String data,String sign)throws Exception {

// 解密由base64编码的公钥

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(getPublicKey());

// 构造X509EncodedKeySpec对象

X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);

// ALGORITHM 指定的加密算法

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);

// 取公钥匙对象

PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);

Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);

signature.initVerify(pubKey);

signature.update(Hex.decodeHex(data.toCharArray()));

// 验证签名是否正常

return signature.verify(Base64.decodeBase64(sign));

}

/**

* 解密<br>

* 用私钥解密

*

* @param data

* @return

* @throws Exception

*/

public static String decryptByPrivateKey(String data)throws Exception {

// 对密钥解密

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(getPrivateKey());

// 取得私钥

PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);

Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

//初始化Cipher对象，设置为解密模式

Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);

// 执行解密操作

byte[] buff = cipher.doFinal(Hex.decodeHex(data.toCharArray()));

System.out.println(Arrays.toString(buff));

return new String(buff);

}

/**

* 解密<br>

* 用公钥解密

*

* @param data

* @return

* @throws Exception

*/

public static String decryptByPublicKey(String data)throws Exception {

// 对密钥解密

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(getPublicKey());

// 取得公钥

X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);

Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

//初始化Cipher对象，设置为解密模式

Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);

// 执行解密操作

byte[] buff = cipher.doFinal(Hex.decodeHex(data.toCharArray()));

System.out.println(Arrays.toString(buff));

return new String(buff);

}

/**

* 加密<br>

* 用公钥加密

*

* @param data

* @return

* @throws Exception

*/

public static String encryptByPublicKey(String data)throws Exception {

// 对公钥解密

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(getPublicKey());

// 取得公钥

X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);

Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

// 实例化Cipher对象，它用于完成实际的加密操作

Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);

byte[] buff = cipher.doFinal(data.getBytes());

System.out.println(Arrays.toString(buff));

// 执行加密操作。加密后的结果通常都会用Base64编码进行传输

return Hex.encodeHexString(buff);

}

/**

* 加密<br>

* 用私钥加密

*

* @param data

* @return

* @throws Exception

*/

public static String encryptByPrivateKey(String data) throws Exception {

// 对密钥解密

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(getPrivateKey());

// 取得私钥

PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);

Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

// 对数据加密

Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);

byte[] buff = cipher.doFinal(data.getBytes());

System.out.println(Arrays.toString(buff));

// 执行加密操作。加密后的结果通常都会用Base64编码进行传输

return Hex.encodeHexString(buff);

}

/**

* 取得私钥

*

* @param keyMap

* @return

* @throws Exception

*/

public static String getPrivateKey()throws Exception{

Key key = (Key) keymap.get(PRIVATE_KEY);

return Base64.encodeBase64String(key.getEncoded());

}

/**

* 取得公钥

*

* @param keyMap

* @return

* @throws Exception

*/

public static String getPublicKey()throws Exception {

Key key = (Key) keymap.get(PUBLIC_KEY);

return Base64.encodeBase64String(key.getEncoded());

}

/**

* 初始化密钥

*

* @return

* @throws Exception

* @throws Exception

*/

public Map<String, Object> initKey() throws Exception{

InputStream in1 = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(PUBLIC_KEY_PATH);

InputStream in2 = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(PRIVATE_KEY_PATH);

try {

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);

/*生成公钥*/

byte[] encodedpubkey = new byte[in1.available()];

in1.read(encodedpubkey);

X509EncodedKeySpec pubKeySpec = new X509EncodedKeySpec(encodedpubkey);

PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(pubKeySpec);

/*生成私钥*/

byte[] encodedprikey = new byte[in2.available()];

in2.read(encodedprikey);

PKCS8EncodedKeySpec priKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(encodedprikey);

PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(priKeySpec);

/*封装进map*/

Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>();

keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);

keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);

return keyMap;

} catch(Exception e){

e.printStackTrace();

throw e;

} finally {

in1.close();

in2.close();

}

}

/**

* 初始化密钥 2

* @return

* @throws Exception

*/

public static Map<String, Object> initKey2() throws Exception {

KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(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;

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

System.out.println("公钥加密————————————————————私钥解密");

String data = "Somnus";

System.out.println("原文: " + data);

String encryptData = encryptByPublicKey(data);

System.out.println("加密后: " + encryptData);

String decryptData = decryptByPrivateKey(encryptData);

System.out.println("解密后: " + decryptData);

System.out.println("私钥加密————————————————————公钥解密");

System.out.println("原文: " + data);

String encryptData2 = encryptByPrivateKey(data);

System.out.println("加密后: " + encryptData2);

String decryptData2 = decryptByPublicKey(encryptData2);

System.out.println("解密后: " + decryptData2);

System.out.println("私钥签名——公钥验证签名");

// 产生签名

String sign = sign(encryptData2);

System.out.println("签名:\r" + sign);

// 验证签名

boolean status = verify(encryptData2,sign);

System.out.println("状态:" + status);

}

}

控制台输出：

[java] view
plaincopyprint?

公钥加密————————————————————私钥解密

原文: Somnus

[82, 112, 47, -49, -44, 28, 117, 87, -32, -5, -116, 56, -60, 87, -1, -36, 89, 84, -9, 17, -66, 64, -115, -114, 72, -86, 79, 63, -15, -35, -14, 40, -50, 16, -105, 73, 80, 7, -48, 75, -114, -64, 80, 74, 6, -74, 24, -59, -59, 31, 121, -63, 45, 93, 20, 25, -116, 51, -74, -40, 22, 55, -31, -106]

加密后: 52702fcfd41c7557e0fb8c38c457ffdc5954f711be408d8e48aa4f3ff1ddf228ce1097495007d04b8ec0504a06b618c5c51f79c12d5d14198c33b6d81637e196

[83, 111, 109, 110, 117, 115]

解密后: Somnus

私钥加密————————————————————公钥解密

原文: Somnus

[69, -38, -21, -84, -56, -1, 50, -33, -46, 11, 124, 37, -106, 53, 67, 81, -9, 39, -15, -89, 59, -49, 102, 71, 89, -7, 22, 42, 49, -29, 28, 114, -36, -1, -123, -7, 124, -104, -38, 83, 12, 76, 61, -117, 118, -54, 99, 99, 47, -118, 28, -119, 83, -5, 124, 122, -3, 109, 45, -38, -31, 98, 99, -107]

加密后: 45daebacc8ff32dfd20b7c2596354351f727f1a73bcf664759f9162a31e31c72dcff85f97c98da530c4c3d8b76ca63632f8a1c8953fb7c7afd6d2ddae1626395

[83, 111, 109, 110, 117, 115]

解密后: Somnus

私钥签名——公钥验证签名

签名:

GfLuZt88KdtRoTL7nJoeoRYGW0Lqu9eV4o9J8OVzH9jbHHGa/ZZDlCAjqS1jwkMYaXrut+W2a8v867mZDvQJtw==

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。