RSA加密算法Java应用解析-目前地球上最有影响力的加密算法
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RSA加密算法Java应用解析-目前地球上最有影响力的加密算法

1.RSA加密算法简介

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。
正是基于这种理论，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。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与 公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要。

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，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。
本文实际地址CSDN博客:http://blog.csdn.net/qq_22260641 点击打开链接

2.RSA加密算法在Java中的应用案例

上面的那些是网上的,就不多说了,其中涉及到的数学知识,大家也可以自己问度娘,网上太多了,在这个快餐年代,估计也没多少人看我长幅大篇的说理论,我这里直接上干货,在Java上的案例,已经测试可用了,下面是三个代码块,包括js和test

2.1 RSACoder.java

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import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import javax.crypto.Cipher;
import java.security.*;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Created by humf.需要依赖 commons-codec 包 
 */
public class RSACoder {
    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";

    public static byte[] decryptBASE64(String key) {
        return Base64.decodeBase64(key);
    }

    public static String encryptBASE64(byte[] bytes) {
        return Base64.encodeBase64String(bytes);
    }

    /**
     * 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));
    }

    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[] decryptByPrivateKey(String data, String key)
            throws Exception {
        return decryptByPrivateKey(decryptBASE64(data),key);
    }

    /**
     * 解密<br>
     * 用公钥解密
     *
     * @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(String 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.getBytes());
    }

    /**
     * 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, Key> 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, Key> keyMap)
            throws Exception {
        Key key = keyMap.get(PUBLIC_KEY);
        return encryptBASE64(key.getEncoded());
    }

    /**
     * 初始化密钥
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static Map<String, Key> initKey() throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator
                .getInstance(KEY_ALGORITHM);
        keyPairGen.initialize(1024);
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
        Map<String, Key> keyMap = new HashMap(2);
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, keyPair.getPublic());// 公钥
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, keyPair.getPrivate());// 私钥
        return keyMap;
    }
}

2.2 RSACoder.js

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<!--  依赖 jsencrypt 项目-->
<script src="bin/jsencrypt.min.js"></script>
<script type="text/javascript">
    var encrypt = new JSEncrypt();
    encrypt.setPublicKey('java生成的公钥');
    var encrypted = encrypt.encrypt('加密的字符串');
</script>

2.3 RSACoderTest.java

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import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import java.security.Key;
import java.util.Map;

import static org.junit.Assert.assertEquals;
import static org.junit.Assert.assertTrue;

/**
 * Created by humf.测试demo
 */
public class RSACoderTest {
    private String publicKey;
    private String privateKey;

    @Before
    public void setUp() throws Exception {
        Map<String, Key> 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[] encodedData = RSACoder.encryptByPublicKey(inputStr, 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:" + sign);
        // 验证签名
        boolean status = RSACoder.verify(encodedData, publicKey, sign);
        System.err.println("状态:" + status);
        assertTrue(status);
    }
}

3.总结

RSA的安全性依赖于大数分解，但是否等同于大数分解一直未能得到理论上的证明，因为没有证明破解RSA就一定需要作大数分解。假设存在一种无须分解大数的算法，那它肯定可以修改成为大数分解算法。 RSA 的一些变种算法已被证明等价于大数分解。不管怎样，分解n是最显然的攻击方法。人们已能分解多个十进制位的大素数。因此，模数n必须选大一些，因具体适用情况而定。

缺点:

1）产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。

2）安全性，RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价，而且密码学界多数人士倾向于因子分解不是NP问题。现今，人们已能分解140多个十进制位的大素数，这就要求使用更长的密钥，速度更慢；另外，人们正在积极寻找攻击RSA的方法，如选择密文攻击，一般攻击者是将某一信息作一下伪装（Blind），让拥有私钥的实体签署。然后，经过计算就可得到它所想要的信息。实际上，攻击利用的都是同一个弱点，即存在这样一个事实：乘幂保留了输入的乘法结构：
（XM)d = Xd /*Md mod n

前面已经提到，这个固有的问题来自于公钥密码系统的最有用的特征–每个人都能使用公钥。但从算法上无法解决这一问题，主要措施有两条：一条是采用好的公钥协议，保证工作过程中实体不对其他实体任意产生的信息解密，不对自己一无所知的信息签名；另一条是决不对陌生人送来的随机文档签名，签名时首先使用One-Way Hash Function对文档作HASH处理，或同时使用不同的签名算法。除了利用公共模数，人们还尝试一些利用解密指数或φ（n）等等攻击.
3）速度太慢，由于RSA 的分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 600 bits以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级；且随着大数分解技术的发展，这个长度还在增加，不利于数据格式的标准化。SET(Secure Electronic Transaction）协议中要求CA采用2048比特长的密钥，其他实体使用1024比特的密钥。为了速度问题，人们广泛使用单， 公钥密码结合使用的方法，优缺点互补：单钥密码加密速度快，人们用它来加密较长的文件，然后用RSA来给文件密钥加密，极好的解决了单钥密码的密钥分发问题。

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# JAVA, RSA

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