JAVA非对称加密算法-RSA算法

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一、概述

  1. RSA是基于大数因子分解难题。目前各种主流计算机语言都支持RSA算法的实现
  2. java6支持RSA算法
  3. RSA算法可以用于数据加密和数字签名
  4. RSA算法相对于DES/AES等对称加密算法，他的速度要慢的多
  5. 总原则：公钥加密，私钥解密 / 私钥加密，公钥解密

二、模型分析

RSA算法构建密钥对简单的很，这里我们还是以甲乙双方发送数据为模型

  1. 甲方在本地构建密钥对（公钥+私钥），并将公钥公布给乙方
  2. 甲方将数据用私钥进行加密，发送给乙方
  3. 乙方用甲方提供的公钥对数据进行解密

如果乙方向传送数据给甲方：

  1. 乙方用公钥对数据进行加密，然后传送给甲方
  2. 甲方用私钥对数据进行解密

三、代码分析

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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.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;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
/**
 * 非对称加密算法RSA算法组件
 * 非对称算法一般是用来传送对称加密算法的密钥来使用的，相对于DH算法，RSA算法只需要一方构造密钥，不需要
 * 大费周章的构造各自本地的密钥对了。DH算法只能算法非对称算法的底层实现。而RSA算法算法实现起来较为简单
 * @author kongqz
 * */
public class RSACoder {
    //非对称密钥算法
    public static final String KEY_ALGORITHM="RSA";
    
    
    /**
     * 密钥长度，DH算法的默认密钥长度是1024
     * 密钥长度必须是64的倍数，在512到65536位之间
     * */
    private static final int KEY_SIZE=512;
    //公钥
    private static final String PUBLIC_KEY="RSAPublicKey";
    
    //私钥
    private static final String PRIVATE_KEY="RSAPrivateKey";
    
    /**
     * 初始化密钥对
     * @return Map 甲方密钥的Map
     * */
    public static Map<String,Object> initKey() throws Exception{
        //实例化密钥生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化密钥生成器
        keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
        //生成密钥对
        KeyPair keyPair=keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //甲方公钥
        RSAPublicKey publicKey=(RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        //甲方私钥
        RSAPrivateKey privateKey=(RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        //将密钥存储在map中
        Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
        
    }
    
    
    /**
     * 私钥加密
     * @param data待加密数据
     * @param key 密钥
     * @return byte[] 加密数据
     * */
    public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
        
        //取得私钥
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(key);
        KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //生成私钥
        PrivateKey privateKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        //数据加密
        Cipher cipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    /**
     * 公钥加密
     * @param data待加密数据
     * @param key 密钥
     * @return byte[] 加密数据
     * */
    public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
        
        //实例化密钥工厂
        KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化公钥
        //密钥材料转换
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        
        //数据加密
        Cipher cipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    /**
     * 私钥解密
     * @param data 待解密数据
     * @param key 密钥
     * @return byte[] 解密数据
     * */
    public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
        //取得私钥
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(key);
        KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //生成私钥
        PrivateKey privateKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        //数据解密
        Cipher cipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    /**
     * 公钥解密
     * @param data 待解密数据
     * @param key 密钥
     * @return byte[] 解密数据
     * */
    public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
        
        //实例化密钥工厂
        KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化公钥
        //密钥材料转换
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //数据解密
        Cipher cipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, pubKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    /**
     * 取得私钥
     * @param keyMap 密钥map
     * @return byte[] 私钥
     * */
    public static byte[] getPrivateKey(Map<String,Object> keyMap){
        Key key=(Key)keyMap.get(PRIVATE_KEY);
        return key.getEncoded();
    }
    /**
     * 取得公钥
     * @param keyMap 密钥map
     * @return byte[] 公钥
     * */
    public static byte[] getPublicKey(Map<String,Object> keyMap) throws Exception{
        Key key=(Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
        return key.getEncoded();
    }
    /**
     * @param args
     * @throws Exception 
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //初始化密钥
        //生成密钥对
        Map<String,Object> keyMap=RSACoder.initKey();
        //公钥
        byte[] publicKey=RSACoder.getPublicKey(keyMap);
        
        //私钥
        byte[] privateKey=RSACoder.getPrivateKey(keyMap);
        System.out.println("公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey));
        System.out.println("私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey));
        
        System.out.println("================密钥对构造完毕,甲方将公钥公布给乙方，开始进行加密数据的传输=============");
        String str="RSA密码交换算法";
        System.out.println("/n===========甲方向乙方发送加密数据==============");
        System.out.println("原文:"+str);
        //甲方进行数据的加密
        byte[] code1=RSACoder.encryptByPrivateKey(str.getBytes(), privateKey);
        System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code1));
        System.out.println("===========乙方使用甲方提供的公钥对数据进行解密==============");
        //乙方进行数据的解密
        byte[] decode1=RSACoder.decryptByPublicKey(code1, publicKey);
        System.out.println("乙方解密后的数据："+new String(decode1)+"/n/n");
        
        System.out.println("===========反向进行操作，乙方向甲方发送数据==============/n/n");
        
        str="乙方向甲方发送数据RSA算法";
        
        System.out.println("原文:"+str);
        
        //乙方使用公钥对数据进行加密
        byte[] code2=RSACoder.encryptByPublicKey(str.getBytes(), publicKey);
        System.out.println("===========乙方使用公钥对数据进行加密==============");
        System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code2));
        
        System.out.println("=============乙方将数据传送给甲方======================");
        System.out.println("===========甲方使用私钥对数据进行解密==============");
        
        //甲方使用私钥对数据进行解密
        byte[] decode2=RSACoder.decryptByPrivateKey(code2, privateKey);
        
        System.out.println("甲方解密后的数据："+new String(decode2));
    }
}

控制台输出：
公钥：
MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAM0qc+eVm4pyBbCBuM4jRxOYsxWkylLXVklyWp3JNs71
B6vLVg2Iwh6TwPbpXbGWOI11RMLhe5bwLpdeBqP4f4MCAwEAAQ==
私钥：
MIIBVQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAT8wggE7AgEAAkEAzSpz55WbinIFsIG4ziNHE5izFaTK
UtdWSXJanck2zvUHq8tWDYjCHpPA9uldsZY4jXVEwuF7lvAul14Go/h/gwIDAQABAkByhW3pKSOH
Zhoy6lYkCqEUGTptrGybTUQG/2QBi12iqzenm7rKlasjdMEr6Q8RX5RpGArzvhvLepAPqPZ5LXjR
AiEA7vI8/9HHrZSbHQ4Up7xby7bOULknoRjZy68HRMPRSXUCIQDbzwQfvrYNqLiauTcNsg6ejCJw
cxSCLlJupgwBBjyOFwIgVEbWIviPr/ZpGz9bI6o4ykoozKnxg01ri/6o1qUmTP0CIQDBC0XO73oJ
8vT2BdZA8/D884vHgHoxfqcswC3otGZ4TwIhANGXz8GHxM0zuOg8pds54S1ARlrkUXFULocVZ2Ka
ngFf
================密钥对构造完毕,甲方将公钥公布给乙方，开始进行加密数据的传输=============
===========甲方向乙方发送加密数据==============
原文:RSA密码交换算法
加密后的数据：kF3vekz0DpJmLzwdrWjfZLyGBWsKzFOwm+8im85KZr6QA49csvCl9KgsfjSVLuXwgsPrFoEhkiqQ
0+VApr001A==
===========乙方使用甲方提供的公钥对数据进行解密==============
乙方解密后的数据：RSA密码交换算法

===========反向进行操作，乙方向甲方发送数据==============

原文:乙方向甲方发送数据RSA算法
===========乙方使用公钥对数据进行加密==============
加密后的数据：xM1MB3DlDKRwSozf9z8YQlftrWpKT8lkabi17cN/ZLOEkOO8jVLKVAjpjsMwtJMcpHTjntdkHKOm
s1V8xbh3og==
=============乙方将数据传送给甲方======================
===========甲方使用私钥对数据进行解密==============
甲方解密后的数据：乙方向甲方发送数据RSA算法

四、总结

  1. RSA与DH算法不同，只需要一套密钥就能完成加密、解密的工作
  2. 通过代码能看出来，公钥长度明显小于私钥
  3. 遵循：公钥加密-私钥解密，私钥加密-公钥解密的原则
  4. 公钥和私钥肯定是完全不同
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