詳解RSA加密算法的原理與Java實(shí)現(xiàn)

更新時(shí)間：2022年10月21日 08:43:31 作者：鴨血粉絲Tang

這篇文章主要和大家分享非對(duì)稱加密中的一種算法，那就是 RSA 加密算法。本文介紹了RSA算法的原理與Java實(shí)現(xiàn)，感興趣的小伙伴可以嘗試一下

對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密

在說(shuō) RSA 之前，我們得先來(lái)說(shuō)說(shuō)這個(gè)什么事對(duì)稱加密，什么又是非對(duì)稱加密？

對(duì)稱加密指的就是加密和解密使用同一個(gè)秘鑰，所以叫對(duì)稱加密。對(duì)稱加密只有一個(gè)秘鑰，作為私鑰。

非對(duì)稱加密指的是：加密和解密使用不同的秘鑰，一把作為公開(kāi)的公鑰，另一把作為私鑰。公鑰加密的信息，只有私鑰才能解密。

那么對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密之間又有什么區(qū)別呢？

對(duì)稱加密中加密和解密使用的秘鑰是同一個(gè)；非對(duì)稱加密中采用兩個(gè)密鑰，一般使用公鑰進(jìn)行加密，私鑰進(jìn)行解密。
對(duì)稱加密解密的速度比較快，非對(duì)稱加密和解密花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)、速度相對(duì)較慢。
對(duì)稱加密的安全性相對(duì)較低，非對(duì)稱加密的安全性較高。

今天我們來(lái)講的就是非對(duì)稱加密中的 RSA 加密。

RSA加密是什么

RSA加密是一種非對(duì)稱加密?？梢栽诓恢苯觽鬟f密鑰的情況下，完成解密。這能夠確保信息的安全性，避免了直接傳遞密鑰所造成的被破解的風(fēng)險(xiǎn)。是由一對(duì)密鑰來(lái)進(jìn)行加解密的過(guò)程，分別稱為公鑰和私鑰。

通常情況下個(gè)人保存私鑰，公鑰是公開(kāi)的（可能同時(shí)多人持有）。

雖然私鑰是根據(jù)公鑰決定的，但是，我們是沒(méi)有辦法根據(jù)公鑰來(lái)推算出私鑰來(lái)的。

為提高保密強(qiáng)度，RSA密鑰至少為500位長(zhǎng)。這就使加密的計(jì)算量很大。為減少計(jì)算量，在傳送信息時(shí)，常采用傳統(tǒng)加密方法與公開(kāi)密鑰加密方法相結(jié)合的方式，即信息采用改進(jìn)的DES或IDEA對(duì)話密鑰加密，然后使用RSA密鑰加密對(duì)話密鑰和信息摘要。對(duì)方收到信息后，用不同的密鑰解密并可核對(duì)信息摘要

RSA的加密過(guò)程

RSA的加密過(guò)程其實(shí)并不復(fù)雜，

（1）A生成一對(duì)密鑰（公鑰和私鑰），私鑰不公開(kāi)，A自己保留。公鑰為公開(kāi)的，任何人可以獲取。

（2）A傳遞自己的公鑰給B，B用A的公鑰對(duì)消息進(jìn)行加密。

（3）A接收到B加密的消息，利用A自己的私鑰對(duì)消息進(jìn)行解密。

在這個(gè)過(guò)程中，只有2次傳遞過(guò)程，第一次是A傳遞公鑰給B，第二次是B傳遞加密消息給A，即使都被其他人截獲，也沒(méi)有危險(xiǎn)性，因?yàn)橹挥蠥的私鑰才能對(duì)消息進(jìn)行解密，防止了消息內(nèi)容的泄露。

但是大家有沒(méi)有想過(guò)，如果我們的消息被截獲了，雖然沒(méi)有被解密出來(lái)，但是如果說(shuō)我們的公鑰被攔截，然后將假指令進(jìn)行加密，然后傳遞給A，這不就涼涼了？那數(shù)據(jù)是不是就不能稱之為安全了？

不，RSA還有簽名的過(guò)程。

簽名過(guò)程如下：

（1）A生成一對(duì)密鑰（公鑰和私鑰），私鑰不公開(kāi)，A自己保留。公鑰為公開(kāi)的，任何人可以獲取。

（2）A用自己的私鑰對(duì)消息加簽，形成簽名，并將加簽的消息和消息本身一起傳遞給B。

（3）B收到消息后，在獲取A的公鑰進(jìn)行驗(yàn)簽，如果驗(yàn)簽出來(lái)的內(nèi)容與消息本身一致，證明消息是A回復(fù)的。

但是問(wèn)題又來(lái)了，雖然截獲的消息不能被篡改，但是消息的內(nèi)容可以利用公鑰驗(yàn)簽來(lái)獲得，并不能防止泄露。

那么應(yīng)該怎么用呢？

其實(shí)這就顯的并不是很好理解了我們是不是可以這么設(shè)計(jì)：

A和B都有一套自己的公鑰和私鑰，當(dāng)A要給B發(fā)送消息時(shí)，先用B的公鑰對(duì)消息加密，再對(duì)加密的消息使用A的私鑰加簽名，達(dá)到既不泄露也不被篡改，更能保證消息的安全性。

那么 Java 代碼怎么實(shí)現(xiàn) RSA 的呢？代碼如下：

import?java.io.ByteArrayOutputStream;
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.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import?java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import?javax.crypto.Cipher;
import?org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public?class?TestRSA?{

????/**
?????*?RSA最大加密明文大小
?????*/
????private?static?final?int?MAX_ENCRYPT_BLOCK?=?117;

????/**
?????*?RSA最大解密密文大小
?????*/
????private?static?final?int?MAX_DECRYPT_BLOCK?=?128;

????/**
?????*?獲取密鑰對(duì)
?????*
?????*?@return?密鑰對(duì)
?????*/
????public?static?KeyPair?getKeyPair()?throws?Exception?{
????????KeyPairGenerator?generator?=?KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
????????generator.initialize(1024);
????????return?generator.generateKeyPair();
????}

????/**
?????*?獲取私鑰
?????*
?????*?@param?privateKey?私鑰字符串
?????*?@return
?????*/
????public?static?PrivateKey?getPrivateKey(String?privateKey)?throws?Exception?{
????????KeyFactory?keyFactory?=?KeyFactory.getInstance("RSA");
????????byte[]?decodedKey?=?Base64.decodeBase64(privateKey.getBytes());
????????PKCS8EncodedKeySpec?keySpec?=?new?PKCS8EncodedKeySpec(decodedKey);
????????return?keyFactory.generatePrivate(keySpec);
????}

????/**
?????*?獲取公鑰
?????*
?????*?@param?publicKey?公鑰字符串
?????*?@return
?????*/
????public?static?PublicKey?getPublicKey(String?publicKey)?throws?Exception?{
????????KeyFactory?keyFactory?=?KeyFactory.getInstance("RSA");
????????byte[]?decodedKey?=?Base64.decodeBase64(publicKey.getBytes());
????????X509EncodedKeySpec?keySpec?=?new?X509EncodedKeySpec(decodedKey);
????????return?keyFactory.generatePublic(keySpec);
????}

????/**
?????*?RSA加密
?????*
?????*?@param?data?待加密數(shù)據(jù)
?????*?@param?publicKey?公鑰
?????*?@return
?????*/
????public?static?String?encrypt(String?data,?PublicKey?publicKey)?throws?Exception?{
????????Cipher?cipher?=?Cipher.getInstance("RSA");
????????cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,?publicKey);
????????int?inputLen?=?data.getBytes().length;
????????ByteArrayOutputStream?out?=?new?ByteArrayOutputStream();
????????int?offset?=?0;
????????byte[]?cache;
????????int?i?=?0;
????????//?對(duì)數(shù)據(jù)分段加密
????????while?(inputLen?-?offset?>?0)?{
????????????if?(inputLen?-?offset?>?MAX_ENCRYPT_BLOCK)?{
????????????????cache?=?cipher.doFinal(data.getBytes(),?offset,?MAX_ENCRYPT_BLOCK);
????????????}?else?{
????????????????cache?=?cipher.doFinal(data.getBytes(),?offset,?inputLen?-?offset);
????????????}
????????????out.write(cache,?0,?cache.length);
????????????i++;
????????????offset?=?i?*?MAX_ENCRYPT_BLOCK;
????????}
????????byte[]?encryptedData?=?out.toByteArray();
????????out.close();
????????//?獲取加密內(nèi)容使用base64進(jìn)行編碼,并以UTF-8為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化成字符串
????????//?加密后的字符串
????????return?new?String(Base64.encodeBase64String(encryptedData));
????}

????/**
?????*?RSA解密
?????*
?????*?@param?data?待解密數(shù)據(jù)
?????*?@param?privateKey?私鑰
?????*?@return
?????*/
????public?static?String?decrypt(String?data,?PrivateKey?privateKey)?throws?Exception?{
????????Cipher?cipher?=?Cipher.getInstance("RSA");
????????cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,?privateKey);
????????byte[]?dataBytes?=?Base64.decodeBase64(data);
????????int?inputLen?=?dataBytes.length;
????????ByteArrayOutputStream?out?=?new?ByteArrayOutputStream();
????????int?offset?=?0;
????????byte[]?cache;
????????int?i?=?0;
????????//?對(duì)數(shù)據(jù)分段解密
????????while?(inputLen?-?offset?>?0)?{
????????????if?(inputLen?-?offset?>?MAX_DECRYPT_BLOCK)?{
????????????????cache?=?cipher.doFinal(dataBytes,?offset,?MAX_DECRYPT_BLOCK);
????????????}?else?{
????????????????cache?=?cipher.doFinal(dataBytes,?offset,?inputLen?-?offset);
????????????}
????????????out.write(cache,?0,?cache.length);
????????????i++;
????????????offset?=?i?*?MAX_DECRYPT_BLOCK;
????????}
????????byte[]?decryptedData?=?out.toByteArray();
????????out.close();
????????//?解密后的內(nèi)容
????????return?new?String(decryptedData,?"UTF-8");
????}

????/**
?????*?簽名
?????*
?????*?@param?data?待簽名數(shù)據(jù)
?????*?@param?privateKey?私鑰
?????*?@return?簽名
?????*/
????public?static?String?sign(String?data,?PrivateKey?privateKey)?throws?Exception?{
????????byte[]?keyBytes?=?privateKey.getEncoded();
????????PKCS8EncodedKeySpec?keySpec?=?new?PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
????????KeyFactory?keyFactory?=?KeyFactory.getInstance("RSA");
????????PrivateKey?key?=?keyFactory.generatePrivate(keySpec);
????????Signature?signature?=?Signature.getInstance("MD5withRSA");
????????signature.initSign(key);
????????signature.update(data.getBytes());
????????return?new?String(Base64.encodeBase64(signature.sign()));
????}

????/**
?????*?驗(yàn)簽
?????*
?????*?@param?srcData?原始字符串
?????*?@param?publicKey?公鑰
?????*?@param?sign?簽名
?????*?@return?是否驗(yàn)簽通過(guò)
?????*/
????public?static?boolean?verify(String?srcData,?PublicKey?publicKey,?String?sign)?throws?Exception?{
????????byte[]?keyBytes?=?publicKey.getEncoded();
????????X509EncodedKeySpec?keySpec?=?new?X509EncodedKeySpec(keyBytes);
????????KeyFactory?keyFactory?=?KeyFactory.getInstance("RSA");
????????PublicKey?key?=?keyFactory.generatePublic(keySpec);
????????Signature?signature?=?Signature.getInstance("MD5withRSA");
????????signature.initVerify(key);
????????signature.update(srcData.getBytes());
????????return?signature.verify(Base64.decodeBase64(sign.getBytes()));
????}

????public?static?void?main(String[]?args)?{
????????try?{
????????????//?生成密鑰對(duì)
????????????KeyPair?keyPair?=?getKeyPair();
????????????String?privateKey?=?new?String(Base64.encodeBase64(keyPair.getPrivate().getEncoded()));
????????????String?publicKey?=?new?String(Base64.encodeBase64(keyPair.getPublic().getEncoded()));
????????????System.out.println("私鑰:"?+?privateKey);
????????????System.out.println("公鑰:"?+?publicKey);
????????????//?RSA加密
????????????String?data?=?"待加密的文字內(nèi)容";
????????????String?encryptData?=?encrypt(data,?getPublicKey(publicKey));
????????????System.out.println("加密后內(nèi)容:"?+?encryptData);
????????????//?RSA解密
????????????String?decryptData?=?decrypt(encryptData,?getPrivateKey(privateKey));
????????????System.out.println("解密后內(nèi)容:"?+?decryptData);

????????????//?RSA簽名
????????????String?sign?=?sign(data,?getPrivateKey(privateKey));
????????????//?RSA驗(yàn)簽
????????????boolean?result?=?verify(data,?getPublicKey(publicKey),?sign);
????????????System.out.print("驗(yàn)簽結(jié)果:"?+?result);
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????e.printStackTrace();
????????????System.out.print("加解密異常");
????????}
????}
}

同樣，當(dāng)我們看到 RSA 的 Java實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，我們就看到了他的缺點(diǎn)，上來(lái)就先定義最大加密明文大小和最大解密密文大小，那么這個(gè) 117 是怎么來(lái)的？

Java 默認(rèn)的 RSA 加密實(shí)現(xiàn)不允許明文長(zhǎng)度超過(guò)密鑰長(zhǎng)度減去 11(單位是字節(jié)，也就是 byte)。也就是說(shuō)，如果我們定義的密鑰(我們可以通過(guò) java.security.KeyPairGenerator.initialize(int keysize) 來(lái)定義密鑰長(zhǎng)度)長(zhǎng)度為 1024(單位是位，也就是 bit)，生成的密鑰長(zhǎng)度就是 1024位 / 8位/字節(jié) = 128字節(jié)，那么我們需要加密的明文長(zhǎng)度不能超過(guò) 128字節(jié) -11 字節(jié) = 117字節(jié)。也就是說(shuō)，我們最大能將 117 字節(jié)長(zhǎng)度的明文進(jìn)行加密，否則會(huì)出問(wèn)題( javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 53 bytes 的異常)。

那么我們使用 RSA 的時(shí)候應(yīng)該注意什么內(nèi)容呢？

1.加密的系統(tǒng)不要具備解密的功能，否則 RSA 可能不太合適，

因?yàn)檫@樣即使黑客攻破了加密系統(tǒng)，他拿到的也只是一堆無(wú)法破解的密文數(shù)據(jù)。

2.生成密文的長(zhǎng)度和明文長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，但明文長(zhǎng)度不能超過(guò)密鑰長(zhǎng)度

不管明文長(zhǎng)度是多少，RSA 生成的密文長(zhǎng)度總是固定的。但是明文長(zhǎng)度不能超過(guò)密鑰長(zhǎng)度。

也就是阿粉上面說(shuō)的那個(gè)117字節(jié)數(shù)，不然就只能等著出現(xiàn)異常了。

到此這篇關(guān)于詳解RSA加密算法的原理與Java實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java RSA加密算法內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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