Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA

Java非对称加密算法rsa
    接下来我们介绍典型的非对称加密算法——RSA

RSA
    这种算法1978年就出现了，它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。它易于理解和操作，也很流行。算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman。
    这种加密算法的特点主要是密钥的变化，上文我们看到DES只有一个密钥。相当于只有一把钥匙，如果这把钥匙丢了，数据也就不安全了。RSA同时有两把钥匙，公钥与私钥。同时支持数字签名。数字签名的意义在于，对传输过来的数据进行校验。确保数据在传输工程中不被修改。

流程分析：
甲方构建密钥对儿，将公钥公布给乙方，将私钥保留。
甲方使用私钥加密数据，然后用私钥对加密后的数据签名，发送给乙方签名以及加密后的数据；乙方使用公钥、签名来验证待解密数据是否有效，如果有效使用公钥对数据解密。
乙方使用公钥加密数据，向甲方发送经过加密后的数据；甲方获得加密数据，通过私钥解密。


按如上步骤给出序列图，如下：





通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一）
Java代码  收藏代码
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.Signature; 
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; 
 
/**
* RSA安全编码组件
* 
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/ 
public abstract class RSACoder extends Coder { 
    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"; 
 
    /**
     * 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)); 
    } 
 
    /**
     * 解密<br>
     * 用私钥解密
     * 
     * @param data
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */ 
    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(byte[] 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); 
    } 
 
    /**
     * 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, Object> 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, Object> keyMap) 
            throws Exception { 
        Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY); 
 
        return encryptBASE64(key.getEncoded()); 
    } 
 
    /**
     * 初始化密钥
     * 
     * @return
     * @throws Exception
     */ 
    public static Map<String, Object> initKey() throws Exception { 
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator 
                .getInstance(KEY_ALGORITHM); 
        keyPairGen.initialize(1024); 
 
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair(); 
 
        // 公钥 
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic(); 
 
        // 私钥 
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate(); 
 
        Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2); 
 
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey); 
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey); 
        return keyMap; 
    } 
} 

再给出一个测试类：
Java代码  收藏代码
import static org.junit.Assert.*; 
 
import org.junit.Before; 
import org.junit.Test; 
 
import java.util.Map; 
 
/**
* 
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/ 
public class RSACoderTest { 
    private String publicKey; 
    private String privateKey; 
 
    @Before 
    public void setUp() throws Exception { 
        Map<String, Object> 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[] data = inputStr.getBytes(); 
 
        byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPublicKey(data, 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:\r" + sign); 
 
        // 验证签名 
        boolean status = RSACoder.verify(encodedData, publicKey, sign); 
        System.err.println("状态:\r" + status); 
        assertTrue(status); 
 
    } 
 
} 

控制台输出：
Console代码  收藏代码
公钥:  
 
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYU/+I0+z1aBl5X6DUUOHQ7FZpmBSDbKTtx89J 
EcB64jFCkunELT8qiKly7fzEqD03g8ALlu5XvX+bBqHFy7YPJJP0ekE2X3wjUnh2NxlqpH3/B/xm 
1ZdSlCwDIkbijhBVDjA/bu5BObhZqQmDwIxlQInL9oVz+o6FbAZCyHBd7wIDAQAB 
 
私钥：  
 
MIICdgIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmAwggJcAgEAAoGBAJhT/4jT7PVoGXlfoNRQ4dDsVmmY 
FINspO3Hz0kRwHriMUKS6cQtPyqIqXLt/MSoPTeDwAuW7le9f5sGocXLtg8kk/R6QTZffCNSeHY3 
GWqkff8H/GbVl1KULAMiRuKOEFUOMD9u7kE5uFmpCYPAjGVAicv2hXP6joVsBkLIcF3vAgMBAAEC 
gYBvZHWoZHmS2EZQqKqeuGr58eobG9hcZzWQoJ4nq/CarBAjw/VovUHE490uK3S9ht4FW7Yzg3LV 
/MB06Huifh6qf/X9NQA7SeZRRC8gnCQk6JuDIEVJOud5jU+9tyumJakDKodQ3Jf2zQtNr+5ZdEPl 
uwWgv9c4kmpjhAdyMuQmYQJBANn6pcgvyYaia52dnu+yBUsGkaFfwXkzFSExIbi0MXTkhEb/ER/D 
rLytukkUu5S5ecz/KBa8U4xIslZDYQbLz5ECQQCy5dutt7RsxN4+dxCWn0/1FrkWl2G329Ucewm3 
QU9CKu4D+7Kqdj+Ha3lXP8F0Etaaapi7+EfkRUpukn2ItZV/AkEAlk+I0iphxT1rCB0Q5CjWDY5S 
Df2B5JmdEG5Y2o0nLXwG2w44OLct/k2uD4cEcuITY5Dvi/4BftMCZwm/dnhEgQJACIktJSnJwxLV 
o9dchENPtlsCM9C/Sd2EWpqISSUlmfugZbJBwR5pQ5XeMUqKeXZYpP+HEBj1nS+tMH9u2/IGEwJA 
fL8mZiZXan/oBKrblAbplNcKWGRVD/3y65042PAEeghahlJMiYquV5DzZajuuT0wbJ5xQuZB01+X 
nfpFpBJ2dw== 
 
公钥加密——私钥解密 
加密前: abc 
 
解密后: abc 
公钥:  
 
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDdOj40yEB48XqWxmPILmJAc7UecIN7F32etSHF 
9rwbuEh3+iTPOGSxhoSQpOED0vOb0ZIMkBXZSgsxLaBSin2RZ09YKWRjtpCA0kDkiD11gj4tzTiM 
l9qq1kwSK7ZkGAgodEn3yIILVmQDuEImHOXFtulvJ71ka07u3LuwUNdB/wIDAQAB 
 
私钥：  
 
MIICdwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmEwggJdAgEAAoGBAN06PjTIQHjxepbGY8guYkBztR5w 
g3sXfZ61IcX2vBu4SHf6JM84ZLGGhJCk4QPS85vRkgyQFdlKCzEtoFKKfZFnT1gpZGO2kIDSQOSI 
PXWCPi3NOIyX2qrWTBIrtmQYCCh0SffIggtWZAO4QiYc5cW26W8nvWRrTu7cu7BQ10H/AgMBAAEC 
gYEAz2JWBizjI31bqhP4XiP9PuY5F3vqBW4T+L9cFbQiyumKJc58yzTWUAUGKIIn3enXLG7dNqGr 
mbJro4JeFIJ3CiVDpXR9+FluIgI4SXm7ioGKF2NOMA9LR5Fu82W+pLfpTN2y2SaLYWEDZyp53BxY 
j9gUxaxi1MQs+C1ZgDF2xmECQQDy70bQntbRfysP+ppCtd56YRnES1Tyekw0wryS2tr+ivQJl7JF 
gp5rPAOXpgrq36xHDwUspQ0sJ0vj0O7ywxr1AkEA6SAaLhrJJrYucC0jxwAhUYyaPN+aOsWymaRh 
9jA/Wc0wp29SbGTh5CcMuGpXm1g0M+FKW3dGiHgS3rVUKim4owJAbnxgapUzAgiiHxxMeDaavnHW 
9C2GrtjsO7qtZOTgYI/1uT8itvZW8lJTF+9OW8/qXE76fXl7ai9dFnl5kzMk2QJBALfHz/vCsArt 
mkRiwY6zApE4Z6tPl1V33ymSVovvUzHnOdD1SKQdD5t+UV/crb3QVi8ED0t2B0u0ZSPfDT/D7kMC 
QDpwdj9k2F5aokLHBHUNJPFDAp7a5QMaT64gv/d48ITJ68Co+v5WzLMpzJBYXK6PAtqIhxbuPEc2 
I2k1Afmrwyw= 
 
私钥加密——公钥解密 
加密前: sign 
 
解密后: sign 
私钥签名——公钥验证签名 
签名: 
ud1RsIwmSC1pN22I4IXteg1VD2FbiehKUfNxgVSHzvQNIK+d20FCkHCqh9djP3h94iWnIUY0ifU+ 
mbJkhAl/i5krExOE0hknOnPMcEP+lZV1RbJI2zG2YooSp2XDleqrQk5e/QF2Mx0Zxt8Xsg7ucVpn 
i3wwbYWs9wSzIf0UjlM= 
 
状态: 
true 


    简要总结一下，使用公钥加密、私钥解密，完成了乙方到甲方的一次数据传递，通过私钥加密、公钥解密，同时通过私钥签名、公钥验证签名，完成了一次甲方到乙方的数据传递与验证，两次数据传递完成一整套的数据交互！

类似数字签名，数字信封是这样描述的：

数字信封
　　数字信封用加密技术来保证只有特定的收信人才能阅读信的内容。
流程：
    信息发送方采用对称密钥来加密信息，然后再用接收方的公钥来加密此对称密钥（这部分称为数字信封），再将它和信息一起发送给接收方；接收方先用相应的私钥打开数字信封，得到对称密钥，然后使用对称密钥再解开信息。