java加解密之RSA使用

阿新 • • 發佈：2019-01-27

最近為了分析一段請求流，不得不去研究一下RSA加密。

首先，強調一點：金鑰的“鑰”讀“yue”，不是“yao”，額。。。

網上關於RSA的原理一抓一大把的，這裡只是簡單說說我的理解：

1. 兩個足夠大的互質數p, q；

2. 用於模運算的模 n=p*q；

3. 公鑰KU（e, n）中的e滿足 1<e< (p-1)(q-1)，且與(p-1)(q-1)互質；

4. 金鑰KR（d, n）中的d滿足 d*e % (p-1)(q-1）= 1，%是取餘運算。

因為公鑰是公開的，所以我知道了e和n，那麼根據2,3,4式子的關係，我們只要從n的值推出p, q的值則可計算出d的值，也就能找到金鑰。

然而，關鍵就在這裡， n=p*q，如果兩個互質數p和q足夠大，那麼根據目前的計算機技術和其他工具，至今也沒能從n分解出p和q，這是數學上的一個難題，也正是這個難題成為了RSA加密至今被廣泛使用的原因。換句話說，只要金鑰長度n足夠大（一般1024足矣），基本上不可能從公鑰資訊推出私鑰資訊。

好了，這裡作為研究的隨筆，記錄一下java如何使用，以下主要有三種方法，基本大同小異，只是獲取公鑰私鑰的途徑不一樣就是了：

方法一：

利用KeyPairGenerator直接生成公鑰和金鑰，一般私鑰保留給服務端，公鑰交給客戶端。

public class RSACryptography {
	
	public static String data="hello world";

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// TODO Auto-generated method stub
		
		KeyPair keyPair=genKeyPair(1024);
		
		//獲取公鑰，並以base64格式打印出來
		PublicKey publicKey=keyPair.getPublic();		
		System.out.println("公鑰："+new String(Base64.getEncoder().encode(publicKey.getEncoded())));
		
		//獲取私鑰，並以base64格式打印出來
		PrivateKey privateKey=keyPair.getPrivate();		
		System.out.println("私鑰："+new String(Base64.getEncoder().encode(privateKey.getEncoded())));
		
		//公鑰加密
		byte[] encryptedBytes=encrypt(data.getBytes(), publicKey);	
		System.out.println("加密後："+new String(encryptedBytes));
		
		//私鑰解密
		byte[] decryptedBytes=decrypt(encryptedBytes, privateKey);		
		System.out.println("解密後："+new String(decryptedBytes));
	}
	
	//生成金鑰對
	public static KeyPair genKeyPair(int keyLength) throws Exception{
		KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
		keyPairGenerator.initialize(1024);		
		return keyPairGenerator.generateKeyPair();
	}
	
	//公鑰加密
	public static byte[] encrypt(byte[] content, PublicKey publicKey) throws Exception{
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA");//java預設"RSA"="RSA/ECB/PKCS1Padding"
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
		return cipher.doFinal(content);
	}
	
	//私鑰解密
	public static byte[] decrypt(byte[] content, PrivateKey privateKey) throws Exception{
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA");
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
		return cipher.doFinal(content);
	}

}

執行結果：

方法二：

實際上，方法一隻是用來生成金鑰就OK了，生成的金鑰需要儲存到本地檔案中，所以一般不會在客戶端呼叫KeyPairGenerator進行金鑰的生成操作。

這裡，我們可以將方法一得到的金鑰儲存到檔案，下次我們直接讀取就可以了。我假設以String的形式儲存在檔案內，那麼接下來直接使用讀取到的String生成金鑰即可。

當然，你也可以使用openssl來生成也可以，不過我覺得麻煩就不弄了。

public class RSACryptography {
	
	public static String data="hello world";
	public static String publicKeyString="MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCISLP98M/56HexX/9FDM8iuIEQozy6kn2JMcbZS5/BhJ+U4PZIChJfggYlWnd8NWn4BYr2kxxyO8Qgvc8rpRZCkN0OSLqLgZGmNvoSlDw80UXq90ZsVHDTOHuSFHw8Bv//B4evUNJBB8g9tpVxr6P5EJ6FMoR/kY2dVFQCQM4+5QIDAQAB";
	public static String privateKeyString="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";
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// TODO Auto-generated method stub
		
		
		//獲取公鑰 
		PublicKey publicKey=getPublicKey(publicKeyString);
		
		//獲取私鑰 
		PrivateKey privateKey=getPrivateKey(privateKeyString);		
		
		//公鑰加密
		byte[] encryptedBytes=encrypt(data.getBytes(), publicKey);	
		System.out.println("加密後："+new String(encryptedBytes));
		
		//私鑰解密
		byte[] decryptedBytes=decrypt(encryptedBytes, privateKey);		
		System.out.println("解密後："+new String(decryptedBytes));
	}
	
	//將base64編碼後的公鑰字串轉成PublicKey例項
	public static PublicKey getPublicKey(String publicKey) throws Exception{
		byte[ ] keyBytes=Base64.getDecoder().decode(publicKey.getBytes());
		X509EncodedKeySpec keySpec=new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance("RSA");
		return keyFactory.generatePublic(keySpec);	
	}
	
	//將base64編碼後的私鑰字串轉成PrivateKey例項
	public static PrivateKey getPrivateKey(String privateKey) throws Exception{
		byte[ ] keyBytes=Base64.getDecoder().decode(privateKey.getBytes());
		PKCS8EncodedKeySpec keySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance("RSA");
		return keyFactory.generatePrivate(keySpec);
	}
	
	//公鑰加密
	public static byte[] encrypt(byte[] content, PublicKey publicKey) throws Exception{
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA");//java預設"RSA"="RSA/ECB/PKCS1Padding"
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
		return cipher.doFinal(content);
	}
	
	//私鑰解密
	public static byte[] decrypt(byte[] content, PrivateKey privateKey) throws Exception{
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA");
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
		return cipher.doFinal(content);
	}

}

執行結果：

方法三：

除了儲存金鑰字串之外，其他的做法一般是隻儲存模n（modulus），公鑰和私鑰的e和d（exponent）。

其中，n, e, d可以這樣獲取到，獲取到後可以儲存到本地檔案中。

		//獲取公鑰
		RSAPublicKey publicKey=(RSAPublicKey) getPublicKey(publicKeyString);
		BigInteger modulus1=publicKey.getModulus();
		BigInteger exponent1=publicKey.getPublicExponent();
			
		//獲取私鑰
		RSAPrivateKey privateKey=(RSAPrivateKey) getPrivateKey(privateKeyString);		
		BigInteger modulus2=privateKey.getModulus();
		BigInteger exponent2=privateKey..getPrivateExponent();

這裡，假設我已經從檔案中讀取到了modulus和exponent：

public class RSACryptography {
	
	public static String data="hello world";
	public static String modulusString="95701876885335270857822974167577168764621211406341574477817778908798408856077334510496515211568839843884498881589280440763139683446418982307428928523091367233376499779842840789220784202847513854967218444344438545354682865713417516385450114501727182277555013890267914809715178404671863643421619292274848317157";
	public static String publicExponentString="65537";
	public static String privateExponentString="15118200884902819158506511612629910252530988627643229329521452996670429328272100404155979400725883072214721713247384231857130859555987849975263007110480563992945828011871526769689381461965107692102011772019212674436519765580328720044447875477151172925640047963361834004267745612848169871802590337012858580097";
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// TODO Auto-generated method stub		
		
		//由n和e獲取公鑰
		PublicKey publicKey=getPublicKey(modulusString, publicExponentString);
		
		//由n和d獲取私鑰
		PrivateKey privateKey=getPrivateKey(modulusString, privateExponentString);
		
		//公鑰加密
		byte[] encryptedBytes=encrypt(data.getBytes(), publicKey);	
		System.out.println("加密後："+new String(encryptedBytes));
		
		//私鑰解密
		byte[] decryptedBytes=decrypt(encryptedBytes, privateKey);		
		System.out.println("解密後："+new String(decryptedBytes));
	}
	
	//將base64編碼後的公鑰字串轉成PublicKey例項
	public static PublicKey getPublicKey(String modulusStr, String exponentStr) throws Exception{
		BigInteger modulus=new BigInteger(modulusStr);
		BigInteger exponent=new BigInteger(exponentStr);
		RSAPublicKeySpec publicKeySpec=new RSAPublicKeySpec(modulus, exponent);
		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance("RSA");
		return keyFactory.generatePublic(publicKeySpec);
	}
	
	//將base64編碼後的私鑰字串轉成PrivateKey例項
	public static PrivateKey getPrivateKey(String modulusStr, String exponentStr) throws Exception{
		BigInteger modulus=new BigInteger(modulusStr);
		BigInteger exponent=new BigInteger(exponentStr);
		RSAPrivateKeySpec privateKeySpec=new RSAPrivateKeySpec(modulus, exponent);
		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance("RSA");
		return keyFactory.generatePrivate(privateKeySpec);
	}
	
	//公鑰加密
	public static byte[] encrypt(byte[] content, PublicKey publicKey) throws Exception{
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA");//java預設"RSA"="RSA/ECB/PKCS1Padding"
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
		return cipher.doFinal(content);
	}
	
	//私鑰解密
	public static byte[] decrypt(byte[] content, PrivateKey privateKey) throws Exception{
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA");
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
		return cipher.doFinal(content);
	}

}

執行結果：

這裡三種方式總結起來也就是

1,.KeyPairGenerator獲取key；

2. String獲取key；

3. modulus和exponent獲取key。

--------------------後來，我發現，資料太長拋異常了，好吧---------------------------

然而，當加密的資料太長的時候則需要分組加密，不然資料過長會拋異常，如“Encryt data is too much”，或者“data length is longer than 127”等。

上面三個方法使用的key的n值（modulus）是1024bit的，也就是128byte，根據RSA加密規則，加密1 byte位元組的資料，需要12 byte，即其他11byte可能用於記錄其他資訊什麼的，這裡我就不清楚了，而1024bit長度的key則最多可以加密128-11=117byte的資料，所以，對於超過117byte的資料，我們需要以117byte為一組進行資料分割。

public class RSACryptography {
	
	public static String data="hello world";
	public static String modulusString="95701876885335270857822974167577168764621211406341574477817778908798408856077334510496515211568839843884498881589280440763139683446418982307428928523091367233376499779842840789220784202847513854967218444344438545354682865713417516385450114501727182277555013890267914809715178404671863643421619292274848317157";
	public static String publicExponentString="65537";
	public static String privateExponentString="15118200884902819158506511612629910252530988627643229329521452996670429328272100404155979400725883072214721713247384231857130859555987849975263007110480563992945828011871526769689381461965107692102011772019212674436519765580328720044447875477151172925640047963361834004267745612848169871802590337012858580097";
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// TODO Auto-generated method stub		
		
		//由n和e獲取公鑰
		PublicKey publicKey=getPublicKey(modulusString, publicExponentString);
		
		//由n和d獲取私鑰
		PrivateKey privateKey=getPrivateKey(modulusString, privateExponentString);
		
		//公鑰加密
		String encrypted=encrypt(data, publicKey);	
		System.out.println("加密後："+encrypted);	
		
		//私鑰解密
		String decrypted=decrypt(encrypted,  privateKey);		
		System.out.println("解密後："+new String(decrypted));
	}
	
	//將base64編碼後的公鑰字串轉成PublicKey例項
	public static PublicKey getPublicKey(String modulusStr, String exponentStr) throws Exception{
		BigInteger modulus=new BigInteger(modulusStr);
		BigInteger exponent=new BigInteger(exponentStr);
		RSAPublicKeySpec publicKeySpec=new RSAPublicKeySpec(modulus, exponent);
		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance("RSA");
		return keyFactory.generatePublic(publicKeySpec);
	}
	
	//將base64編碼後的私鑰字串轉成PrivateKey例項
	public static PrivateKey getPrivateKey(String modulusStr, String exponentStr) throws Exception{
		BigInteger modulus=new BigInteger(modulusStr);
		BigInteger exponent=new BigInteger(exponentStr);
		RSAPrivateKeySpec privateKeySpec=new RSAPrivateKeySpec(modulus, exponent);
		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance("RSA");
		return keyFactory.generatePrivate(privateKeySpec);
	}
	
	//公鑰加密，並轉換成十六進位制字串打印出來
	public static String encrypt(String content, PublicKey publicKey) throws Exception{
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA");//java預設"RSA"="RSA/ECB/PKCS1Padding"
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
		
		int splitLength=((RSAPublicKey)publicKey).getModulus().bitLength()/8-11;
		byte[][] arrays=splitBytes(content.getBytes(), splitLength);
		StringBuffer sb=new StringBuffer();
		for(byte[] array : arrays){			
			sb.append(bytesToHexString(cipher.doFinal(array)));
		}
		return sb.toString();
	}
	
	//私鑰解密，並轉換成十六進位制字串打印出來
	public static String decrypt(String content, PrivateKey privateKey) throws Exception{
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA");
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
		
		int splitLength=((RSAPrivateKey)privateKey).getModulus().bitLength()/8;
		byte[] contentBytes=hexString2Bytes(content);
		byte[][] arrays=splitBytes(contentBytes, splitLength);
		StringBuffer sb=new StringBuffer();
		for(byte[] array : arrays){	
			sb.append(new String(cipher.doFinal(array)));
		}
		return sb.toString();
	}
	
	//拆分byte陣列
	public static byte[][] splitBytes(byte[] bytes, int splitLength){
		int x; //商，資料拆分的組數，餘數不為0時+1
		int y; //餘數
		y=bytes.length%splitLength;
		if(y!=0){
			x=bytes.length/splitLength+1;
		}else{
			x=bytes.length/splitLength;
		}
		byte[][] arrays=new byte[x][];
		byte[] array;
		for(int i=0; i<x; i++){
			
			if(i==x-1 && bytes.length%splitLength!=0){
				array=new byte[bytes.length%splitLength];
				System.arraycopy(bytes, i*splitLength, array, 0, bytes.length%splitLength);
			}else{
				array=new byte[splitLength];
				System.arraycopy(bytes, i*splitLength, array, 0, splitLength);
			}
			arrays[i]=array;
		}
		return arrays;
	}
	
	//byte陣列轉十六進位制字串
	public static String bytesToHexString(byte[] bytes) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer(bytes.length);
        String sTemp;
        for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
            sTemp = Integer.toHexString(0xFF & bytes[i]);
            if (sTemp.length() < 2)
                sb.append(0);
            sb.append(sTemp.toUpperCase());
        }
        return sb.toString();
    }
	
	//十六進位制字串轉byte陣列
	public static byte[] hexString2Bytes(String hex) {
        int len = (hex.length() / 2);
        hex=hex.toUpperCase();
        byte[] result = new byte[len];
        char[] achar = hex.toCharArray();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            int pos = i * 2;
            result[i] = (byte) (toByte(achar[pos]) << 4 | toByte(achar[pos + 1]));
        }
        return result;
    }
	
	private static byte toByte(char c) {
        byte b = (byte) "0123456789ABCDEF".indexOf(c);
        return b;
    }

}

執行結果就不貼出來了。

最後，有一點必須強調，因為中間磨了我不少時間。

中間加密後，如果要打印出來，必須以十六進位制或者BCD碼的形式列印，不能new String（byte[]）後，再從這個String裡getbytes（），也不要用base64，不然會破壞原資料。

比如，舉個例子：

		byte[ ] bytes=new byte[ ]{108, -56, 111, 34, -67};
		byte[ ] newBytes=new String(bytes).getBytes();
		StringBuffer sb=new StringBuffer();
		for(int i=0; i<newBytes.length; i++){
			sb.append(newBytes[i]+"|");
		}
		System.out.println(sb.toString());

將一個byte陣列new String後再getbytes出來後，看看執行結果：

最後一個byte由-67變為了63，這個務必注意啊~

java加解密之RSA使用

java加解密之RSA使用

java加解密之3重DES

Java 加解密技術系列之 RSA

Java 加解密技術之SHA

Java 加解密技術系列之 DES

[JAVA加解密]RSA演算法、ElGamal演算法

password學4——Java 加密解密之消息摘要算法（MD5 SHA MAC）

Java加解密與數字簽名

Java加解密服務API解讀

加解密之——註冊機制實現

JAVA加密解密之凱撒加密（Caesar cipher）演算法

Java加密解密之數字簽名

Java加密解密之對稱加密

Java加密解密之MAC（訊息認證碼）

Java加密解密之非對稱加密

[JAVA加解密]仿照DH演算法編寫ECDH演算法時遇到的一些問題

JAVA加密解密之數字證書

JAVA加密解密之DH（Diffie-Hellman）演算法

第十八篇：JAVA加密解密之DH（Diffie-Hellman）演算法

nodejs和java加解密

java加解密之RSA使用

相關推薦