使用RSA非对称加密完成JavaScript前端分段加密和java后端分段解密

前言

最近研究了RSA非对称加密，关于什么是RSA，网上各种文章一搜一大把，但是关于如何使用RSA完成前后端的组合加密解密，东西就非常少了，并且由于RSA的特性，一个1024位的密钥只能加密117位字节数据，当数据量超过117位字节的时候，程序就会抛出异常，下面就给出如何完成前端RSA分段解密和后端RSA分段解密。

准备

前端RSA的JS类库jsencrypt-master后端java的RSA辅助方法类，代码如下：

package com.cityamoy.api.util;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.math.BigInteger;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.RSAPrivateCrtKeySpec;
import java.security.spec.RSAPrivateKeySpec;
import java.security.spec.RSAPublicKeySpec;

import javax.crypto.Cipher;

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

/**
* RSA非对称加密辅助类
* @author spirit
* @date 2017年12月5日 下午4:34:11
*/
public class RSAUtil {

/** 指定加密算法为DESede */
private static String ALGORITHM = "RSA/ECB/PKCS1Padding";//MD5withRSA///RSA/ECB/PKCS1Padding
/** 指定key的大小(64的整数倍,最小512位) */
private static int KEYSIZE = 1024;
/* RSA最大加密明文大小 */
private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;
/* RSA最大解密密文大小 */
private static final int MAX_DECRYPT_BLOCK = 128;
/* 公钥模量 */
public static String publicModulus = null;
/* 公钥指数 */
public static String publicExponent = null;
/* 私钥模量 */
public static String privateModulus = null;
/* 私钥指数 */
public static String privateExponent = null;
private static KeyFactory keyFactory = null;

static {
try {
keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
} catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
System.out.println(ex.getMessage());
}
}

public RSAUtil(){
try {
generateKeyPairString(KEYSIZE);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

public RSAUtil(int keySize){
try {
generateKeyPairString(keySize);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

/**
* 生成密钥对字符串
*/
private void generateKeyPairString(int keySize) throws Exception{
/** RSA算法要求有一个可信任的随机数源 */
SecureRandom sr = new SecureRandom();
/** 为RSA算法创建一个KeyPairGenerator对象 */
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
/** 利用上面的随机数据源初始化这个KeyPairGenerator对象 */
kpg.initialize(keySize, sr);
/** 生成密匙对 */
KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
/** 得到公钥 */
Key publicKey = kp.getPublic();
/** 得到私钥 */
Key privateKey = kp.getPrivate();
/** 用字符串将生成的密钥写入文件 */

String algorithm = publicKey.getAlgorithm(); // 获取算法
KeyFactory keyFact = KeyFactory.getInstance(algorithm);
BigInteger prime = null;
BigInteger exponent = null;

RSAPublicKeySpec keySpec = (RSAPublicKeySpec)keyFact.getKeySpec(publicKey, RSAPublicKeySpec.class);
prime = keySpec.getModulus();
exponent = keySpec.getPublicExponent();
RSAUtil.publicModulus = HexUtil.bytes2Hex(prime.toByteArray());
RSAUtil.publicExponent = HexUtil.bytes2Hex(exponent.toByteArray());

RSAPrivateCrtKeySpec privateKeySpec = (RSAPrivateCrtKeySpec)keyFact.getKeySpec(privateKey, RSAPrivateCrtKeySpec.class);
BigInteger privateModulus = privateKeySpec.getModulus();
BigInteger privateExponent = privateKeySpec.getPrivateExponent();
RSAUtil.privateModulus = HexUtil.bytes2Hex(privateModulus.toByteArray());
RSAUtil.privateExponent = HexUtil.bytes2Hex(privateExponent.toByteArray());
}

/**
* 根据给定的16进制系数和专用指数字符串构造一个RSA专用的公钥对象。
*
* @param hexModulus        系数。
* @param hexPublicExponent 专用指数。
* @return RSA专用公钥对象。
*/
public static RSAPublicKey getRSAPublicKey(String hexModulus, String hexPublicExponent) {
if (isBlank(hexModulus) || isBlank(hexPublicExponent)) {
System.out.println("hexModulus and hexPublicExponent cannot be empty. return null(RSAPublicKey).");
return null;
}
byte[] modulus = null;
byte[] publicExponent = null;
try {
modulus = HexUtil.hex2Bytes(hexModulus);
publicExponent = HexUtil.hex2Bytes(hexPublicExponent);
} catch (Exception ex) {
System.out.println("hexModulus or hexPublicExponent value is invalid. return null(RSAPublicKey).");
ex.printStackTrace();
}
if (modulus != null && publicExponent != null) {
return generateRSAPublicKey(modulus, publicExponent);
}
return null;
}

/**
* 根据给定的系数和专用指数构造一个RSA专用的公钥对象。
*
* @param modulus        系数。
* @param publicExponent 专用指数。
* @return RSA专用公钥对象。
*/
public static RSAPublicKey generateRSAPublicKey(byte[] modulus, byte[] publicExponent) {
RSAPublicKeySpec publicKeySpec = new RSAPublicKeySpec(new BigInteger(modulus),
new BigInteger(publicExponent));
try {
return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(publicKeySpec);
} catch (InvalidKeySpecException ex) {
System.out.println("RSAPublicKeySpec is unavailable.");
ex.printStackTrace();
} catch (NullPointerException ex) {
System.out.println("RSAUtils#KEY_FACTORY is null, can not generate KeyFactory instance.");
ex.printStackTrace();
}
return null;
}

/**
* 根据给定的16进制系数和专用指数字符串构造一个RSA专用的私钥对象。
*
* @param hexModulus         系数。
* @param hexPrivateExponent 专用指数。
* @return RSA专用私钥对象。
*/
public static RSAPrivateKey getRSAPrivateKey(String hexModulus, String hexPrivateExponent) {
if (isBlank(hexModulus) || isBlank(hexPrivateExponent)) {
System.out.println("hexModulus and hexPrivateExponent cannot be empty. RSAPrivateKey value is null to return.");
return null;
}
byte[] modulus = null;
byte[] privateExponent = null;
try {
modulus = HexUtil.hex2Bytes(hexModulus);
privateExponent = HexUtil.hex2Bytes(hexPrivateExponent);
} catch (Exception ex) {
System.out.println("hexModulus or hexPrivateExponent value is invalid. return null(RSAPrivateKey).");
ex.printStackTrace();
}
if (modulus != null && privateExponent != null) {
return generateRSAPrivateKey(modulus, privateExponent);
}
return null;
}

/**
* 根据给定的系数和专用指数构造一个RSA专用的私钥对象。
*
* @param modulus         系数。
* @param privateExponent 专用指数。
* @return RSA专用私钥对象。
*/
public static RSAPrivateKey generateRSAPrivateKey(byte[] modulus, byte[] privateExponent) {
RSAPrivateKeySpec privateKeySpec = new RSAPrivateKeySpec(new BigInteger(modulus),
new BigInteger(privateExponent));
try {
return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(privateKeySpec);
} catch (InvalidKeySpecException ex) {
System.out.println("RSAPrivateKeySpec is unavailable.");
ex.printStackTrace();
} catch (NullPointerException ex) {
System.out.println("RSAUtils#KEY_FACTORY is null, can not generate KeyFactory instance.");
ex.printStackTrace();
}
return null;
}

/**
* 使用给定的公钥加密给定的字符串。
*
* @param publicKey 给定的公钥。
* @param plaintext 字符串。
* @return 给定字符串的密文。
*/
public static String encryptString(Key key, String plaintext) {
if (key == null || plaintext == null) {
return null;
}
byte[] data = plaintext.getBytes();
try {
byte[] en_data = encrypt(key, data);
return new String(Base64.encodeBase64String(en_data));
//			return new String(HexUtil.bytes2Hex(en_data));
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
}
return null;
}

/**
* 使用指定的公钥加密数据。
*
* @param publicKey 给定的公钥。
* @param data      要加密的数据。
* @return 加密后的数据。
*/

public static byte[] encrypt(Key key, byte[] data) throws Exception {
Cipher ci = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
ci.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
int inputLen = data.length;
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
int offSet = 0;
byte[] cache;
int i = 0;
// 对数据分段加密
while (inputLen - offSet > 0) {
if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
cache = ci.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
} else {
cache = ci.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
}
out.write(cache, 0, cache.length);
i++;
offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
}
byte[] encryptedData = out.toByteArray();
out.close();
return encryptedData;
}

/**
* 使用给定的公钥解密给定的字符串。
* @param publicKey 给定的公钥
* @param encrypttext 密文
* @return 原文字符串。
*/
public static String decryptString(Key key, String encrypttext) {
if (key == null || isBlank(encrypttext)) {
return null;
}
try {
byte[] en_data = Base64.decodeBase64(encrypttext);
//			byte[] en_data = HexUtil.hex2Bytes(encrypttext);
byte[] data = decrypt(key, en_data);
return new String(data);
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
System.out.println(String.format("\"%s\" Decryption failed. Cause: %s", encrypttext, ex.getCause().getMessage()));
}
return null;
}

/**
* 使用指定的公钥解密数据。
* @param publicKey 指定的公钥
* @param data 要解密的数据
* @return 原数据
* @throws Exception
*/
public static byte[] decrypt(Key key, byte[] data) throws Exception {
Cipher ci = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
ci.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
//		return ci.doFinal(data);
int inputLen = data.length;
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
int offSet = 0;
byte[] cache;
int i = 0;
// 对数据分段解密
while (inputLen - offSet > 0) {
if (inputLen - offSet > MAX_DECRYPT_BLOCK) {
cache = ci.doFinal(data, offSet, MAX_DECRYPT_BLOCK);
} else {
cache = ci.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
}
out.write(cache, 0, cache.length);
i++;
offSet = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;
}
byte[] decryptedData = out.toByteArray();
out.close();
return decryptedData;
}

/**
* 判断非空字符串
* @param cs 待判断的CharSequence序列
* @return 是否非空
*/
private static boolean isBlank(final CharSequence cs) {
int strLen;
if (cs == null || (strLen = cs.length()) == 0) {
return true;
}
for (int i = 0; i < strLen; i++) {
if (Character.isWhitespace(cs.charAt(i)) == false) {
return false;
}
}
return true;
}

public static void main(String[] args) {
new RSAUtil();
String source = "123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！123hello你好！";

System.out.println("RSAUtil.publicModulus=="+RSAUtil.publicModulus);
System.out.println("RSAUtil.publicExponent=="+RSAUtil.publicExponent);
System.out.println("RSAUtil.privateModulus=="+RSAUtil.privateModulus);
System.out.println("RSAUtil.privateExponent=="+RSAUtil.privateExponent);

//公钥加密，私钥解密
PublicKey publicKey = RSAUtil.getRSAPublicKey(RSAUtil.publicModulus, RSAUtil.publicExponent);
String encript = RSAUtil.encryptString(publicKey, source);
System.out.println("加密后数据："+encript);
PrivateKey privateKey = RSAUtil.getRSAPrivateKey(RSAUtil.privateModulus, RSAUtil.privateExponent);
String newSource = RSAUtil.decryptString(privateKey, encript);
System.out.println("解密后数据:"+newSource);

//私钥加密，公钥解密
//		String priKeyStr = RSAUtil.encryptString(privateKey, source);
//		System.out.println("加密后数据："+priKeyStr);
//		String oldSource = RSAUtil.decryptString(publicKey, priKeyStr);
//		System.out.println("解密后数据:"+oldSource);
}
}

还有一个辅助类，HexUtil

package com.init.mine.util;

public class HexUtil {
private static final char[] DIGITS_LOWER = { '0', '1', '2', '3', '4', '5',
'6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };
private static final char[] DIGITS_UPPER = { '0', '1', '2', '3', '4', '5',
'6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };

/**
* 16进制转byte数组
* @param data 16进制字符串
* @return byte数组
* @throws Exception 转化失败的异常
*/
public static byte[] hex2Bytes(final String data) throws Exception {
final int len = data.length();

if ((len & 0x01) != 0) {
throw new Exception("Odd number of characters.");
}

final byte[] out = new byte[len >> 1];

// two characters form the hex value.
for (int i = 0, j = 0; j < len; i++) {
int f = toDigit(data.charAt(j), j) << 4;
j++;
f = f | toDigit(data.charAt(j), j);
j++;
out[i] = (byte) (f & 0xFF);
}
return out;
}

/**
* bytes数组转16进制String
* @param data bytes数组
* @return 转化结果
*/
public static String bytes2Hex(final byte[] data) {
return bytes2Hex(data, true);
}

/**
* bytes数组转16进制String
* @param data bytes数组
* @param toLowerCase 是否小写
* @return 转化结果
*/
public static String bytes2Hex(final byte[] data, final boolean toLowerCase) {
return bytes2Hex(data, toLowerCase ? DIGITS_LOWER : DIGITS_UPPER);
}

/**
* bytes数组转16进制String
* @param data bytes数组
* @param toDigits DIGITS_LOWER或DIGITS_UPPER
* @return 转化结果
*/
private static String bytes2Hex(final byte[] data, final char[] toDigits) {
final int l = data.length;
final char[] out = new char[l << 1];
// two characters form the hex value.
for (int i = 0, j = 0; i < l; i++) {
out[j++] = toDigits[(0xF0 & data[i]) >>> 4];
out[j++] = toDigits[0x0F & data[i]];
}
return new String(out);
}
/**
* 16转化为数字
* @param ch 16进制
* @param index 索引
* @return 转化结果
* @throws Exception 转化失败异常
*/
private static int toDigit(final char ch, final int index)
throws Exception {
final int digit = Character.digit(ch, 16);
if (digit == -1) {
throw new Exception("Illegal hexadecimal character " + ch
+ " at index " + index);
}
return digit;
}

/*
* 16进制字符串转字符串
*/
public static String hex2String(String hex) throws Exception{
String r = bytes2String(hexString2Bytes(hex));
return r;
}

/*
* 字节数组转字符串
*/
public static String bytes2String(byte[] b) throws Exception {
String r = new String (b,"UTF-8");
return r;
}

/*
* 16进制字符串转字节数组
*/
public static byte[] hexString2Bytes(String hex) {

if ((hex == null) || (hex.equals(""))){
return null;
}
else if (hex.length()%2 != 0){
return null;
}
else{
hex = hex.toUpperCase();
int len = hex.length()/2;
byte[] b = new byte[len];
char[] hc = hex.toCharArray();
for (int i=0; i<len; i++){
int p=2*i;
b[i] = (byte) (charToByte(hc[p]) << 4 | charToByte(hc[p+1]));
}
return b;
}
}

/*
* 字符转换为字节
*/
private static byte charToByte(char c) {
return (byte) "0123456789ABCDEF".indexOf(c);
}

/*
* 字符串转16进制字符串
*/
public static String string2HexString(String s) throws Exception{
String r = bytes2HexString(string2Bytes(s));
return r;
}

/*
* 字节数组转16进制字符串
*/
public static String bytes2HexString(byte[] b) {
String r = "";

for (int i = 0; i < b.length; i++) {
String hex = Integer.toHexString(b[i] & 0xFF);
if (hex.length() == 1) {
hex = '0' + hex;
}
r += hex.toUpperCase();
}

return r;
}

/*
* 字符串转字节数组
*/
public static byte[] string2Bytes(String s){
byte[] r = s.getBytes();
return r;
}

}

具体操作

点击下载【准备】部分的JS类库，完成后解压，获取jsencrypt-master\bin\jsencrypt.js，同级目录下还有一个jsencrypt.min.js，是用于生产环境的，这里我就不做其他操作了，我就只改写jsencrypt.js，也就是我演示需要用到的js文件，将这个js文件拷贝到我们的项目中，打开之后添加一个js方法，方法如下：

JSEncrypt.prototype.encryptLong = function(string) {
var k = this.getKey();
try {
var lt = "";
var ct = "";
//RSA每次加密117bytes，需要辅助方法判断字符串截取位置
//1.获取字符串截取点
var bytes = new Array();
bytes.push(0);
var byteNo = 0;
var len,c;
len = string.length;
var temp = 0;
for(var i = 0; i < len; i++){
c = string.charCodeAt(i);
if(c >= 0x010000 && c <= 0x10FFFF){
byteNo += 4;
}else if(c >= 0x000800 && c <= 0x00FFFF){
byteNo += 3;
}else if(c >= 0x000080 && c <= 0x0007FF){
byteNo += 2;
}else{
byteNo += 1;
}
if((byteNo % 117) >= 114 || (byteNo % 117) == 0){
if(byteNo-temp >= 114){
bytes.push(i);
temp = byteNo;
}
}
}
//2.截取字符串并分段加密
if(bytes.length > 1){
for(var i=0;i< bytes.length-1; i++){
var str;
if(i == 0){
str = string.substring(0,bytes[i+1]+1);
}else{
str = string.substring(bytes[i]+1,bytes[i+1]+1);
}
var t1 = k.encrypt(str);
ct += t1;
};
if(bytes[bytes.length-1] != string.length-1){
var lastStr = string.substring(bytes[bytes.length-1]+1);
ct += k.encrypt(lastStr);
}
return hex2b64(ct);
}
var t = k.encrypt(string);
var y = hex2b64(t);
return y;
} catch (ex) {
return false;
}
};

然后在我们的前端页面里面写上具体的加密方式，并调用我们加在jsencrypt.js里面的方法，将加密的数据传输到后台，再调用JAVA辅助类进行解密就OK了，辅助类底部的main方法也写有具体的调用方式，就一句代码的事，就不重复了，这里贴一下前端如何使用JS库加密数据：

function generateEntype(){
var words = "这里写上一句超长的话！";
var publicKey = "your publicKey";//这里的公钥是通过base64加密转化的
var encrypt = new JSEncrypt();
encrypt.setPublicKey(publicKey);
var encryptPwd = encrypt.encryptLong(words);
$.ajax({
url: "store/savePage",
type: 'post',
data: {data:encryptPwd},
dataType: 'json',
//contentType: 'application/json; charset=utf-8',
success: function (data) {
console.info(data);
},
error: function (xhr) {
//console.error('出错了');
}
});
}

补充

写到这里，差不多已经完了，上面的方法以及代码都是自己不断探索总结出来的东西，希望可以帮助到读者。jsencrypt这个JS类库是我踩过的所有坑中最好的一个了，但是这个东西还是有缺陷的，除了上面我们解决掉的超长数据分段加密，它只能用公钥进行加密，私钥进行解密。由于我只探索到这里就已经完成了自己需要的东西，所以就暂时停止了，如果我解决了后面说的这个问题，就在后续的博客中进行更新。