漫谈Java加密技术（四）

七月 29, 2008 | 标签 rsa  公钥  私钥  数字签名  非对称加密   | 浏览
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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：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：

1. 甲方构建密钥对儿，将公钥公布给乙方，将私钥保留。
2. 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。
3. 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：

1.

2.

3.

通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一） 

   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.HashMap;   
import java.util.Map;   
  
import javax.crypto.Cipher;   
  
/** *//**  
 * RSA安全编码组件  
 *   
 * @author 梁栋  http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn 
 * @version 1.0  
 * @since 1.0  
 */  
public abstract class RSACoder extends Coder {   
    public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";   
    public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";   
  
    private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";   
    private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";   
  
    /** *//**  
     * 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(byte[] data, String privateKey) throws Exception {   
        // 解密由base64编码的私钥   
        byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);   
  
        // 构造PKCS8EncodedKeySpec对象   
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);   
  
        // KEY_ALGORITHM 指定的加密算法   
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_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(data);   
  
        return encryptBASE64(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(byte[] data, String publicKey, String sign)   
            throws Exception {   
  
        // 解密由base64编码的公钥   
        byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey);   
  
        // 构造X509EncodedKeySpec对象   
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);   
  
        // KEY_ALGORITHM 指定的加密算法   
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);   
  
        // 取公钥匙对象   
        PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);   
  
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);   
        signature.initVerify(pubKey);   
        signature.update(data);   
  
        // 验证签名是否正常   
        return signature.verify(decryptBASE64(sign));   
    }   
  
    /** *//**  
     * 解密<br>  
     * 用私钥解密  http://www.5a520.cn http://www.feng123.com
     *   
     * @param data  
     * @param key  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String key)   
            throws Exception {   
        // 对密钥解密   
        byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);   
  
        // 取得私钥   
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);   
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);   
        Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);   
  
        // 对数据解密   
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());   
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);   
  
        return cipher.doFinal(data);   
    }   
  
    /** *//**  
     * 解密<br>  
     * 用私钥解密  
     *   
     * @param data  
     * @param key  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String key)   
            throws Exception {   
        // 对密钥解密   
        byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);   
  
        // 取得公钥   
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);   
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);   
        Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);   
  
        // 对数据解密   
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());   
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);   
  
        return cipher.doFinal(data);   
    }   
  
    /** *//**  
     * 加密<br>  
     * 用公钥加密  
     *   
     * @param data  
     * @param key  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String key)   
            throws Exception {   
        // 对公钥解密   
        byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);   
  
        // 取得公钥   
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);   
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);   
        Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);   
  
        // 对数据加密   
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());   
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);   
  
        return cipher.doFinal(data);   
    }   
  
    /** *//**  
     * 加密<br>  
     * 用私钥加密  
     *   
     * @param data  
     * @param key  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String key)   
            throws Exception {   
        // 对密钥解密   
        byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);   
  
        // 取得私钥   
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);   
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);   
        Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);   
  
        // 对数据加密   
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());   
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);   
  
        return cipher.doFinal(data);   
    }   
  
    /** *//**  
     * 取得私钥  
     *   
     * @param keyMap  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)   
            throws Exception {   
        Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);   
  
        return encryptBASE64(key.getEncoded());   
    }   
  
    /** *//**  
     * 取得公钥  
     *   
     * @param keyMap  
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)   
            throws Exception {   
        Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);   
  
        return encryptBASE64(key.getEncoded());   
    }   
  
    /** *//**  
     * 初始化密钥  
     *   
     * @return  
     * @throws Exception  
     */  
    public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {   
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator   
                .getInstance(KEY_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;   
    }   
}

再给出一个测试类： 

  import static org.junit.Assert.*;   
  
import org.junit.Before;   
import org.junit.Test;   
  
import java.util.Map;   
  
/** *//**  
 *   
 * @author 梁栋  http://www.bt285.cn  http://www.guihua.org
 * @version 1.0  
 * @since 1.0  
 */  
public class RSACoderTest {   
    private String publicKey;   
    private String privateKey;   
  
    @Before  
    public void setUp() throws Exception {   
        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  
    public void test() throws Exception {   
        System.err.println("公钥加密——私钥解密");   
        String inputStr = "abc";   
        byte[] data = inputStr.getBytes();   
  
        byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPublicKey(data, publicKey);   
  
        byte[] decodedData = RSACoder.decryptByPrivateKey(encodedData,   
                privateKey);   
  
        String outputStr = new String(decodedData);   
        System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);   
        assertEquals(inputStr, outputStr);   
  
    }   
  
    @Test  
    public void testSign() throws Exception {   
        System.err.println("私钥加密——公钥解密");   
        String inputStr = "sign";   
        byte[] data = inputStr.getBytes();   
  
        byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPrivateKey(data, privateKey);   
  
        byte[] decodedData = RSACoder   
                .decryptByPublicKey(encodedData, publicKey);   
  
        String outputStr = new String(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   
        String sign = RSACoder.sign(encodedData, privateKey);   
        System.err.println("签名:\r" + sign);   
  
        // 验证签名   
        boolean status = RSACoder.verify(encodedData, publicKey, sign);   
        System.err.println("状态:\r" + status);   
        assertTrue(status);   
  
    }   
  
}

控制台输出：
1. 公钥:
2.
3. MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYU/+I0+z1aBl5X6DUUOHQ7FZpmBSDbKTtx89J
4. EcB64jFCkunELT8qiKly7fzEqD03g8ALlu5XvX+bBqHFy7YPJJP0ekE2X3wjUnh2NxlqpH3/B/xm
5. 1ZdSlCwDIkbijhBVDjA/bu5BObhZqQmDwIxlQInL9oVz+o6FbAZCyHBd7wIDAQAB
6.
7. 私钥：
8.
9. MIICdgIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmAwggJcAgEAAoGBAJhT/4jT7PVoGXlfoNRQ4dDsVmmY
10. FINspO3Hz0kRwHriMUKS6cQtPyqIqXLt/MSoPTeDwAuW7le9f5sGocXLtg8kk/R6QTZffCNSeHY3
11. GWqkff8H/GbVl1KULAMiRuKOEFUOMD9u7kE5uFmpCYPAjGVAicv2hXP6joVsBkLIcF3vAgMBAAEC
12. gYBvZHWoZHmS2EZQqKqeuGr58eobG9hcZzWQoJ4nq/CarBAjw/VovUHE490uK3S9ht4FW7Yzg3LV
13. /MB06Huifh6qf/X9NQA7SeZRRC8gnCQk6JuDIEVJOud5jU+9tyumJakDKodQ3Jf2zQtNr+5ZdEPl
14. uwWgv9c4kmpjhAdyMuQmYQJBANn6pcgvyYaia52dnu+yBUsGkaFfwXkzFSExIbi0MXTkhEb/ER/D
15. rLytukkUu5S5ecz/KBa8U4xIslZDYQbLz5ECQQCy5dutt7RsxN4+dxCWn0/1FrkWl2G329Ucewm3
16. QU9CKu4D+7Kqdj+Ha3lXP8F0Etaaapi7+EfkRUpukn2ItZV/AkEAlk+I0iphxT1rCB0Q5CjWDY5S
17. Df2B5JmdEG5Y2o0nLXwG2w44OLct/k2uD4cEcuITY5Dvi/4BftMCZwm/dnhEgQJACIktJSnJwxLV
18. o9dchENPtlsCM9C/Sd2EWpqISSUlmfugZbJBwR5pQ5XeMUqKeXZYpP+HEBj1nS+tMH9u2/IGEwJA
19. fL8mZiZXan/oBKrblAbplNcKWGRVD/3y65042PAEeghahlJMiYquV5DzZajuuT0wbJ5xQuZB01+X
20. nfpFpBJ2dw==
21.
22. 公钥加密——私钥解密
23. 加密前: abc
24.
25. 解密后: abc
26. 公钥:
27.
28. MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDdOj40yEB48XqWxmPILmJAc7UecIN7F32etSHF
29. 9rwbuEh3+iTPOGSxhoSQpOED0vOb0ZIMkBXZSgsxLaBSin2RZ09YKWRjtpCA0kDkiD11gj4tzTiM
30. l9qq1kwSK7ZkGAgodEn3yIILVmQDuEImHOXFtulvJ71ka07u3LuwUNdB/wIDAQAB
31.
32. 私钥：
33.
34. MIICdwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmEwggJdAgEAAoGBAN06PjTIQHjxepbGY8guYkBztR5w
35. g3sXfZ61IcX2vBu4SHf6JM84ZLGGhJCk4QPS85vRkgyQFdlKCzEtoFKKfZFnT1gpZGO2kIDSQOSI
36. PXWCPi3NOIyX2qrWTBIrtmQYCCh0SffIggtWZAO4QiYc5cW26W8nvWRrTu7cu7BQ10H/AgMBAAEC
37. gYEAz2JWBizjI31bqhP4XiP9PuY5F3vqBW4T+L9cFbQiyumKJc58yzTWUAUGKIIn3enXLG7dNqGr
38. mbJro4JeFIJ3CiVDpXR9+FluIgI4SXm7ioGKF2NOMA9LR5Fu82W+pLfpTN2y2SaLYWEDZyp53BxY
39. j9gUxaxi1MQs+C1ZgDF2xmECQQDy70bQntbRfysP+ppCtd56YRnES1Tyekw0wryS2tr+ivQJl7JF
40. gp5rPAOXpgrq36xHDwUspQ0sJ0vj0O7ywxr1AkEA6SAaLhrJJrYucC0jxwAhUYyaPN+aOsWymaRh
41. 9jA/Wc0wp29SbGTh5CcMuGpXm1g0M+FKW3dGiHgS3rVUKim4owJAbnxgapUzAgiiHxxMeDaavnHW
42. 9C2GrtjsO7qtZOTgYI/1uT8itvZW8lJTF+9OW8/qXE76fXl7ai9dFnl5kzMk2QJBALfHz/vCsArt
43. mkRiwY6zApE4Z6tPl1V33ymSVovvUzHnOdD1SKQdD5t+UV/crb3QVi8ED0t2B0u0ZSPfDT/D7kMC
44. QDpwdj9k2F5aokLHBHUNJPFDAp7a5QMaT64gv/d48ITJ68Co+v5WzLMpzJBYXK6PAtqIhxbuPEc2
45. I2k1Afmrwyw=
46.
47. 私钥加密——公钥解密
48. 加密前: sign
49.
50. 解密后: sign
51. 私钥签名——公钥验证签名
52. 签名:
53. ud1RsIwmSC1pN22I4IXteg1VD2FbiehKUfNxgVSHzvQNIK+d20FCkHCqh9djP3h94iWnIUY0ifU+
54. mbJkhAl/i5krExOE0hknOnPMcEP+lZV1RbJI2zG2YooSp2XDleqrQk5e/QF2Mx0Zxt8Xsg7ucVpn
55. i3wwbYWs9wSzIf0UjlM=
56.
57. 状态:
58. 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。


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