RSA私钥加密研究

朋友碰到调用第三方API的加密问题，JAVA代码中用pfx私钥文件来加密字符串，流程如下： 

• 输入私钥文件地址pfxPath、私钥密码pfxKey、被加密串dataContent
• dataContent转成base64串，使用sun.misc.BASE64Decoder包
• 用pfx私钥及PKCS12方式生成privateKey
• privateKey和RSA/ECB/PKCS1Padding加密方式生成加密字节数组，再转成十六进制字符串

需求是在.net程序中得到同样的加密字符串，常见方法如下：

1. 使用.net framework中相应的加密类实现同样的算法
2. #1失败，根据原理，实现同样的算法
3. 使用工具把java/jar包转成.net程序能调用的dll，如IKVM.NET，下载：http://www.ikvm.net/download.html 
4. 将调用java生成加密串的代码打成jar包，包含在命令行中，在.net程序中调用，取得结果 

照理说，第4种方法是最简单快速的，不过属于暴力破解的法子，按常规的思路，我还是第1种方法入手。

首先我很奇怪为什么有API是用私钥来加密，虽然说公钥私钥交换使用是可以的，但什么场景会这样使用？知乎有些推论：http://www.zhihu.com/question/25912483 

但是如果你想发布一个公告，需要一个手段来证明这确实是你本人发的，而不是其他人冒名顶替的。那你可以在你的公告开头或者结尾附上一段用你的私钥加密的内容（例如说就是你公告正文的一段话），那所有其他人都可以用你的公钥来解密，看看解出来的内容是不是相符的。如果是的话，那就说明这公告确实是你发的---因为只有你的公钥才能解开你的私钥加密的内容，而其他人是拿不到你的私钥的。

 

从现象来说，公钥加密，每次得到的加密信息都不固定，私钥加密得到的加密信息是固定的。可能基于这些原因，此API才用私钥来加密吧。

C#提供的RSA算法类有RSACryptoServiceProvider，它的实现按常规的做法，公钥加密，私钥解密，默认情况下，没有提供用私钥加密的现成方法，#1方法失效；

网上有用私钥加密的实现，类似的参考有：

C#使用RSA进行私钥加密公钥解密（蜗牛大侠）, http://blog.csdn.net/a351945755/article/details/21965533

基于私钥加密公钥解密的RSA算法C#实现（zhilunchen），http://blog.csdn.net/zhilunchen/article/details/2943158,

C#使用RSA私钥加密公钥解密的改进，解决特定情况下解密后出现乱码的问题，http://www.byywee.com/page/M0/S545/545934.html

BigInteger类下载：http://www.codeproject.com/Articles/2728/C-BigInteger-Class

 

但朋友和我验证后都失败了，得出来的加密串与java得出的不一致，关键的算法如下： 

//paramsters是C#加载私钥文件后输出的RSAParameters对象

BigInteger d = new BigInteger(paramsters.D);

BigInteger n = new BigInteger(paramsters.Modulus); 

BigInteger biText = new BigInteger(context); //context是被加密串转成base64后取字节数组

BigInteger biEnText = biText.modPow(d, n);

 

看上去可能是算法不一样所致，有必要去查看一下java是如何实现的。

Java加密串部分：

Cipher cipher = Cipher.getInstance(RsaConst.RSA_CHIPER);// RSA_CHIPER = "RSA/ECB/PKCS1Padding";

cipher.init(mode, privateKey); //mode = Cipher.ENCRYPT_MODE = 1

byte[] doFinal = cipher.doFinal(subarray(srcData, i, i + blockSize));

 

Cipher是个基类，从“RSA/ECB/PKCS1Padding”找到com.sun.crypto.provider.RSACipher（源码地址）

 再找到它执行的方法：doFinal()（源码地址）

这两句就是真正的执行代码： 

     data = padding.pad(buffer, 0, bufOfs);
     return RSACore.rsa(data, privateKey);

 

接下来找到sun.security.rsa.RSACore （源码地址）

public static byte[] rsa(byte[] msg, RSAPrivateKey key)
            throws BadPaddingException {
        if (key instanceof RSAPrivateCrtKey) {
            return crtCrypt(msg, (RSAPrivateCrtKey)key);
        } else {
            return priCrypt(msg, key.getModulus(), key.getPrivateExponent());
        }
    }

这里有两个方法，crtCrypt和priCrypt，那么到底执行哪种方法呢？取决于加载的私钥文件是哪种类型，这点很容易验证，调试java代码就可以获知，朋友提供的私钥文件是实现了sun.security.rsa.RSAPrivateCrtKeyImpl的RSAPrivateCrtKey类，所以它会执行crtCrypt方法。

private static byte[] crtCrypt(byte[] msg, RSAPrivateCrtKey key)
            throws BadPaddingException {
        BigInteger n = key.getModulus();
        BigInteger c = parseMsg(msg, n);
        BigInteger p = key.getPrimeP();
        BigInteger q = key.getPrimeQ();
        BigInteger dP = key.getPrimeExponentP();
        BigInteger dQ = key.getPrimeExponentQ();
        BigInteger qInv = key.getCrtCoefficient();
        BigInteger e = key.getPublicExponent();
        BigInteger d = key.getPrivateExponent(); 

        BlindingRandomPair brp;
        if (ENABLE_BLINDING) {
            brp = getBlindingRandomPair(e, d, n);
            c = c.multiply(brp.u).mod(n);
        }

        // m1 = c ^ dP mod p
        BigInteger m1 = c.modPow(dP, p);

        // m2 = c ^ dQ mod q
        BigInteger m2 = c.modPow(dQ, q);

        // h = (m1 - m2) * qInv mod p
        BigInteger mtmp = m1.subtract(m2);

        if (mtmp.signum() < 0) {
            mtmp = mtmp.add(p);
        }

        BigInteger h = mtmp.multiply(qInv).mod(p); 

        // m = m2 + q * h
        BigInteger m = h.multiply(q).add(m2); 

        if (ENABLE_BLINDING) {
            m = m.multiply(brp.v).mod(n);
        }

        return toByteArray(m, getByteLength(n));
}

 

 用C#来实现同样的算法费时颇多，先用#3的方法来试验一下，用工具IKVM把相关的jar包生成dll，在C#调用调试。 

Java中privateKey的属性与C#中RSAParameters中的属性对比：（原理在这）

d=Q； e=Exponent；n=Modulus；p=P；pe=DP；q=Q；qe=DQ；encodedKey在C#中的byte[]数组与java的byte[]转成的C#的sbyte[]数组相等； 

在C#中把一个个方法拆下来运行，结果与java生成的都不一致，与这些算法相关的类较多，如BlindingRandomPair，RSAPadding等，一个个实现很费时，研究下相关的源码也是一乐趣。

同时发现网上所写的C#代码用私钥加密的算法，与java中用公钥加密的算法一样，但是不能替代java中的私钥加密算法。请看对比： 

public static byte[] rsa(byte[] msg, RSAPublicKey key)
            throws BadPaddingException {
        return crypt(msg, key.getModulus(), key.getPublicExponent());
} 

private static byte[] crypt(byte[] msg, BigInteger n, BigInteger exp)
            throws BadPaddingException {
        BigInteger m = parseMsg(msg, n);
        BigInteger c = m.modPow(exp, n);
        return toByteArray(c, getByteLength(n));
}

 

在与上面所写的C#自写的私钥加密关键部分：

//paramsters是C#加载私钥文件后输出的RSAParameters对象
BigInteger d = new BigInteger(paramsters.D);
BigInteger n = new BigInteger(paramsters.Modulus); 
BigInteger biText = new BigInteger(context); //context是被加密串转成base64后取字节数组
BigInteger biEnText = biText.modPow(d, n);

除了取publicExponent和D算子不同外（因为key类型不一样）。

 

综上所述，第3种方法和第4种方法都是可以解决的，但实质还是在java环境下运行。 

第3种方法的概略是： 

-  封装好调用，Export成jar包，修改jar包中的META-INF\MAINFEST.MF文件，设置Main-Class和Class-Path（可能会包含其它的jar包，如果没有则不设置）

-  可以用ikvm –jar xxx.jar验证一下，看是否能正常运行Main中的测试代码（如果包含其它jar包，最好放在同一路径下）

-  用ikvmc –target:library xxx.jar (lib1.jar lib2.jar)命令生成相应的dll文件

-  在C#项目中引用，测试（必须引入IKVM.OpenJDK.Core）

 

第4种方法则很简单，用java命令调用，或者用bat封装命令，在代码中用Process调用，读取输出流，解析即可。