依赖
<!-- RSA -->
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/commons-codec/commons-codec -->
<dependency>
<groupId>commons-codec</groupId>
<artifactId>commons-codec</artifactId>
<version>1.15</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>commons-io</groupId>
<artifactId>commons-io</artifactId>
<version>2.4</version>
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<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>
代码
package cn.code9xs.utils;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.io.IOUtils;
import javax.crypto.Cipher;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.security.*;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class RSAUtil {
public static final String CHARSET = "UTF-8";
public static final String RSA_ALGORITHM = "RSA";
public static Map<String, String> createKeys(int keySize){
//为RSA算法创建一个KeyPairGenerator对象（KeyPairGenerator，密钥对生成器，用于生成公钥和私钥对）
KeyPairGenerator kpg;
try{
kpg = KeyPairGenerator.getInstance(RSA_ALGORITHM);
}catch(NoSuchAlgorithmException e){
throw new IllegalArgumentException("No such algorithm-->[" + RSA_ALGORITHM + "]");
}
//初始化KeyPairGenerator对象,密钥长度
kpg.initialize(keySize);
//生成密匙对
KeyPair keyPair = kpg.generateKeyPair();
//得到公钥
Key publicKey = keyPair.getPublic();
//返回一个publicKey经过二次加密后的字符串
String publicKeyStr = Base64.encodeBase64URLSafeString(publicKey.getEncoded());
//得到私钥
Key privateKey = keyPair.getPrivate();
//返回一个privateKey经过二次加密后的字符串
String privateKeyStr = Base64.encodeBase64URLSafeString(privateKey.getEncoded());
Map<String, String> keyPairMap = new HashMap<String, String>();
keyPairMap.put("publicKey", publicKeyStr);
keyPairMap.put("privateKey", privateKeyStr);
return keyPairMap;
}
/**
* 得到公钥
* @param publicKey 密钥字符串（经过base64编码）
* @throws Exception
*/
public static RSAPublicKey getPublicKey(String publicKey) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException {
//通过X509编码的Key指令获得公钥对象
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(publicKey));
RSAPublicKey key = (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
return key;
}
/**
* 得到私钥
* @param privateKey 密钥字符串（经过base64编码）
* @throws Exception
*/
public static RSAPrivateKey getPrivateKey(String privateKey) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException {
//通过PKCS#8编码的Key指令获得私钥对象
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(privateKey));
RSAPrivateKey key = (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
return key;
}
/**
* 公钥加密
* @param data
* @param publicKey
* @return
*/
public static String publicEncrypt(String data, RSAPublicKey publicKey){
try{
Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
return Base64.encodeBase64URLSafeString(rsaSplitCodec(cipher, Cipher.ENCRYPT_MODE, data.getBytes(CHARSET), publicKey.getModulus().bitLength()));
}catch(Exception e){
throw new RuntimeException("加密字符串[" + data + "]时遇到异常", e);
}
}
/**
* 私钥解密
* @param data
* @param privateKey
* @return
*/
public static String privateDecrypt(String data, RSAPrivateKey privateKey){
try{
Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
return new String(rsaSplitCodec(cipher, Cipher.DECRYPT_MODE, Base64.decodeBase64(data), privateKey.getModulus().bitLength()), CHARSET);
}catch(Exception e){
throw new RuntimeException("解密字符串[" + data + "]时遇到异常", e);
}
}
/**
* 私钥加密
* @param data
* @param privateKey
* @return
*/
public static String privateEncrypt(String data, RSAPrivateKey privateKey){
try{
Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
return Base64.encodeBase64URLSafeString(rsaSplitCodec(cipher, Cipher.ENCRYPT_MODE, data.getBytes(CHARSET), privateKey.getModulus().bitLength()));
}catch(Exception e){
throw new RuntimeException("加密字符串[" + data + "]时遇到异常", e);
}
}
/**
* 公钥解密
* @param data
* @param publicKey
* @return
*/
public static String publicDecrypt(String data, RSAPublicKey publicKey){
try{
Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
return new String(rsaSplitCodec(cipher, Cipher.DECRYPT_MODE, Base64.decodeBase64(data), publicKey.getModulus().bitLength()), CHARSET);
}catch(Exception e){
throw new RuntimeException("解密字符串[" + data + "]时遇到异常", e);
}
}
private static byte[] rsaSplitCodec(Cipher cipher, int opmode, byte[] datas, int keySize){
int maxBlock = 0;
if(opmode == Cipher.DECRYPT_MODE){
maxBlock = keySize / 8;
}else{
maxBlock = keySize / 8 - 11;
}
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
int offSet = 0;
byte[] buff;
int i = 0;
try{
while(datas.length > offSet){
if(datas.length-offSet > maxBlock){
buff = cipher.doFinal(datas, offSet, maxBlock);
}else{
buff = cipher.doFinal(datas, offSet, datas.length-offSet);
}
out.write(buff, 0, buff.length);
i++;
offSet = i * maxBlock;
}
}catch(Exception e){
throw new RuntimeException("加解密阀值为["+maxBlock+"]的数据时发生异常", e);
}
byte[] resultDatas = out.toByteArray();
IOUtils.closeQuietly(out);
return resultDatas;
}
}
原理
从DH算法我们可以看到，公钥-私钥组成的密钥对是非常有用的加密方式，因为公钥是可以公开的，而私钥是完全保密的，由此奠定了非对称加密的基础。
非对称加密就是加密和解密使用的不是相同的密钥：只有同一个公钥-私钥对才能正常加解密。
因此，如果小明要加密一个文件发送给小红，他应该首先向小红索取她的公钥，然后，他用小红的公钥加密，把加密文件发送给小红，此文件只能由小红的私钥解开，因为小红的私钥在她自己手里，所以，除了小红，没有任何人能解开此文件。
非对称加密的典型算法就是RSA算法，它是由Ron Rivest，Adi Shamir，Leonard Adleman这三个哥们一起发明的，所以用他们仨的姓的首字母缩写表示。
非对称加密相比对称加密的显著优点在于，对称加密需要协商密钥，而非对称加密可以安全地公开各自的公钥，在N个人之间通信的时候：使用非对称加密只需要N个密钥对，每个人只管理自己的密钥对。而使用对称加密需要则需要N*(N-1)/2个密钥，因此每个人需要管理N-1个密钥，密钥管理难度大，而且非常容易泄漏。
既然非对称加密这么好，那我们抛弃对称加密，完全使用非对称加密行不行？也不行。因为非对称加密的缺点就是运算速度非常慢，比对称加密要慢很多。
所以，在实际应用的时候，非对称加密总是和对称加密一起使用。假设小明需要给小红需要传输加密文件，他俩首先交换了各自的公钥，然后：
- 小明生成一个随机的AES口令，然后用小红的公钥通过RSA加密这个口令，并发给小红；
- 小红用自己的RSA私钥解密得到AES口令；
- 双方使用这个共享的AES口令用AES加密通信。
可见非对称加密实际上应用在第一步，即加密“AES口令”。这也是我们在浏览器中常用的HTTPS协议的做法，即浏览器和服务器先通过RSA交换AES口令，接下来双方通信实际上采用的是速度较快的AES对称加密，而不是缓慢的RSA非对称加密。
Java标准库提供了RSA算法的实现，示例代码如下：
import java.math.BigInteger;
import java.security.*;
import javax.crypto.Cipher;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 明文:
byte[] plain = "Hello, encrypt use RSA".getBytes("UTF-8");
// 创建公钥／私钥对:
Person alice = new Person("Alice");
// 用Alice的公钥加密:
byte[] pk = alice.getPublicKey();
System.out.println(String.format("public key: %x", new BigInteger(1, pk)));
byte[] encrypted = alice.encrypt(plain);
System.out.println(String.format("encrypted: %x", new BigInteger(1, encrypted)));
// 用Alice的私钥解密:
byte[] sk = alice.getPrivateKey();
System.out.println(String.format("private key: %x", new BigInteger(1, sk)));
byte[] decrypted = alice.decrypt(encrypted);
System.out.println(new String(decrypted, "UTF-8"));
}
}
class Person {
String name;
// 私钥:
PrivateKey sk;
// 公钥:
PublicKey pk;
public Person(String name) throws GeneralSecurityException {
this.name = name;
// 生成公钥／私钥对:
KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
kpGen.initialize(1024);
KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair();
this.sk = kp.getPrivate();
this.pk = kp.getPublic();
}
// 把私钥导出为字节
public byte[] getPrivateKey() {
return this.sk.getEncoded();
}
// 把公钥导出为字节
public byte[] getPublicKey() {
return this.pk.getEncoded();
}
// 用公钥加密:
public byte[] encrypt(byte[] message) throws GeneralSecurityException {
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, this.pk);
return cipher.doFinal(message);
}
// 用私钥解密:
public byte[] decrypt(byte[] input) throws GeneralSecurityException {
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, this.sk);
return cipher.doFinal(input);
}
}
RSA的公钥和私钥都可以通过getEncoded()方法获得以byte[]表示的二进制数据，并根据需要保存到文件中。要从byte[]数组恢复公钥或私钥，可以这么写：
byte[] pkData = ...
byte[] skData = ...
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA");
// 恢复公钥:
X509EncodedKeySpec pkSpec = new X509EncodedKeySpec(pkData);
PublicKey pk = kf.generatePublic(pkSpec);
// 恢复私钥:
PKCS8EncodedKeySpec skSpec = new PKCS8EncodedKeySpec(skData);
PrivateKey sk = kf.generatePrivate(skSpec);
以RSA算法为例，它的密钥有256/512/1024/2048/4096等不同的长度。长度越长，密码强度越大，当然计算速度也越慢。
如果修改待加密的byte[]数据的大小，可以发现，使用512bit的RSA加密时，明文长度不能超过53字节，使用1024bit的RSA加密时，明文长度不能超过117字节，这也是为什么使用RSA的时候，总是配合AES一起使用，即用AES加密任意长度的明文，用RSA加密AES口令。
20220818
浙公网安备 33010602011771号