Android数据加密之Rsa加密

前言：

最近无意中和同事交流数据安全传输的问题，想起自己曾经使用过的Rsa非对称加密算法，闲下来总结一下。 

其他几种加密方式：

 •Android数据加密之Rsa加密
 •Android数据加密之Aes加密
 •Android数据加密之Des加密
 •Android数据加密之MD5加密
 •Android数据加密之Base64编码算法
 •Android数据加密之SHA安全散列算法 

什么是Rsa加密？

RSA算法是最流行的公钥密码算法，使用长度可以变化的密钥。RSA是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。

RSA算法原理如下：

1.随机选择两个大质数p和q，p不等于q，计算N=pq；
2.选择一个大于1小于N的自然数e，e必须与(p-1)(q-1)互素。
3.用公式计算出d：d×e = 1 (mod (p-1)(q-1)) 。
4.销毁p和q。

最终得到的N和e就是“公钥”，d就是“私钥”，发送方使用N去加密数据，接收方只有使用d才能解开数据内容。

RSA的安全性依赖于大数分解，小于1024位的N已经被证明是不安全的，而且由于RSA算法进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上倍，这是RSA最大的缺陷，因此通常只能用于加密少量数据或者加密密钥，但RSA仍然不失为一种高强度的算法。

该如何使用呢?  

第一步：首先生成秘钥对 

 /**
  * 随机生成RSA密钥对
  *
  * @param keyLength 密钥长度，范围：512～2048
  *     一般1024
  * @return
  */
 public static KeyPair generateRSAKeyPair(int keyLength) {
  try {
   KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(RSA);
   kpg.initialize(keyLength);
   return kpg.genKeyPair();
  } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
   e.printStackTrace();
   return null;
  }
 }

具体加密实现： 

公钥加密 

 /**
  * 用公钥对字符串进行加密
  *
  * @param data 原文
  */
 public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
  // 得到公钥
  X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
  KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
  PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);
  // 加密数据
  Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
  cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPublic);
  return cp.doFinal(data);
 }

私钥加密 

 /**
  * 私钥加密
  *
  * @param data  待加密数据
  * @param privateKey 密钥
  * @return byte[] 加密数据
  */
 public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {
  // 得到私钥
  PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
  KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
  PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);
  // 数据加密
  Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
  cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPrivate);
  return cipher.doFinal(data);
 }

公钥解密 

 /**
  * 公钥解密
  *
  * @param data  待解密数据
  * @param publicKey 密钥
  * @return byte[] 解密数据
  */
 public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
  // 得到公钥
  X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
  KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
  PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);
  // 数据解密
  Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
  cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPublic);
  return cipher.doFinal(data);
 }

私钥解密 

 /**
  * 使用私钥进行解密
  */
 public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {
  // 得到私钥
  PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
  KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
  PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);

  // 解密数据
  Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
  cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPrivate);
  byte[] arr = cp.doFinal(encrypted);
  return arr;
 }

几个全局变量解说： 

 public static final String RSA = "RSA";// 非对称加密密钥算法
 public static final String ECB_PKCS1_PADDING = "RSA/ECB/PKCS1Padding";//加密填充方式
 public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 2048;//秘钥默认长度
 public static final byte[] DEFAULT_SPLIT = "#PART#".getBytes(); // 当要加密的内容超过bufferSize，则采用partSplit进行分块加密
 public static final int DEFAULT_BUFFERSIZE = (DEFAULT_KEY_SIZE / 8) - 11;// 当前秘钥支持加密的最大字节数

关于加密填充方式：之前以为上面这些操作就能实现rsa加解密，以为万事大吉了，呵呵，这事还没完，悲剧还是发生了，Android这边加密过的数据，服务器端死活解密不了，原来android系统的RSA实现是"RSA/None/NoPadding"，而标准JDK实现是"RSA/None/PKCS1Padding" ，这造成了在android机上加密后无法在服务器上解密的原因，所以在实现的时候这个一定要注意。 

实现分段加密：搞定了填充方式之后又自信的认为万事大吉了，可是意外还是发生了，RSA非对称加密内容长度有限制，1024位key的最多只能加密127位数据，否则就会报错(javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes) ，　RSA 是常用的非对称加密算法。最近使用时却出现了“不正确的长度”的异常，研究发现是由于待加密的数据超长所致。RSA 算法规定：待加密的字节数不能超过密钥的长度值除以 8 再减去 11（即：KeySize / 8 - 11），而加密后得到密文的字节数，正好是密钥的长度值除以 8（即：KeySize / 8）。

公钥分段加密 

/**
  * 用公钥对字符串进行分段加密
  *
  */
 public static byte[] encryptByPublicKeyForSpilt(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
  int dataLen = data.length;
  if (dataLen <= DEFAULT_BUFFERSIZE) {
   return encryptByPublicKey(data, publicKey);
  }
  List allBytes = new ArrayList(2048);
  int bufIndex = 0;
  int subDataLoop = 0;
  byte[] buf = new byte[DEFAULT_BUFFERSIZE];
  for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
   buf[bufIndex] = data[i];
   if (++bufIndex == DEFAULT_BUFFERSIZE || i == dataLen - 1) {
    subDataLoop++;
    if (subDataLoop != 1) {
     for (byte b : DEFAULT_SPLIT) {
      allBytes.add(b);
     }
    }
    byte[] encryptBytes = encryptByPublicKey(buf, publicKey);
    for (byte b : encryptBytes) {
     allBytes.add(b);
    }
    bufIndex = 0;
    if (i == dataLen - 1) {
     buf = null;
    } else {
     buf = new byte[Math.min(DEFAULT_BUFFERSIZE, dataLen - i - 1)];
    }
   }
  }
  byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
  {
   int i = 0;
   for (Byte b : allBytes) {
    bytes[i++] = b.byteValue();
   }
  }
  return bytes;
 }

私钥分段加密 

 /**
  * 分段加密
  *
  * @param data  要加密的原始数据
  * @param privateKey 秘钥
  */
 public static byte[] encryptByPrivateKeyForSpilt(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {
  int dataLen = data.length;
  if (dataLen <= DEFAULT_BUFFERSIZE) {
   return encryptByPrivateKey(data, privateKey);
  }
  List allBytes = new ArrayList(2048);
  int bufIndex = 0;
  int subDataLoop = 0;
  byte[] buf = new byte[DEFAULT_BUFFERSIZE];
  for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
   buf[bufIndex] = data[i];
   if (++bufIndex == DEFAULT_BUFFERSIZE || i == dataLen - 1) {
    subDataLoop++;
    if (subDataLoop != 1) {
     for (byte b : DEFAULT_SPLIT) {
      allBytes.add(b);
     }
    }
    byte[] encryptBytes = encryptByPrivateKey(buf, privateKey);
    for (byte b : encryptBytes) {
     allBytes.add(b);
    }
    bufIndex = 0;
    if (i == dataLen - 1) {
     buf = null;
    } else {
     buf = new byte[Math.min(DEFAULT_BUFFERSIZE, dataLen - i - 1)];
    }
   }
  }
  byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
  {
   int i = 0;
   for (Byte b : allBytes) {
    bytes[i++] = b.byteValue();
   }
  }
  return bytes;
 }

公钥分段解密 

 /**
  * 公钥分段解密
  *
  * @param encrypted 待解密数据
  * @param publicKey 密钥
  */
 public static byte[] decryptByPublicKeyForSpilt(byte[] encrypted, byte[] publicKey) throws Exception {
  int splitLen = DEFAULT_SPLIT.length;
  if (splitLen <= 0) {
   return decryptByPublicKey(encrypted, publicKey);
  }
  int dataLen = encrypted.length;
  List allBytes = new ArrayList(1024);
  int latestStartIndex = 0;
  for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
   byte bt = encrypted[i];
   boolean isMatchSplit = false;
   if (i == dataLen - 1) {
    // 到data的最后了
    byte[] part = new byte[dataLen - latestStartIndex];
    System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
    byte[] decryptPart = decryptByPublicKey(part, publicKey);
    for (byte b : decryptPart) {
     allBytes.add(b);
    }
    latestStartIndex = i + splitLen;
    i = latestStartIndex - 1;
   } else if (bt == DEFAULT_SPLIT[0]) {
    // 这个是以split[0]开头
    if (splitLen > 1) {
     if (i + splitLen < dataLen) {
      // 没有超出data的范围
      for (int j = 1; j < splitLen; j++) {
       if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {
        break;
       }
       if (j == splitLen - 1) {
        // 验证到split的最后一位，都没有break，则表明已经确认是split段
        isMatchSplit = true;
       }
      }
     }
    } else {
     // split只有一位，则已经匹配了
     isMatchSplit = true;
    }
   }
   if (isMatchSplit) {
    byte[] part = new byte[i - latestStartIndex];
    System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
    byte[] decryptPart = decryptByPublicKey(part, publicKey);
    for (byte b : decryptPart) {
     allBytes.add(b);
    }
    latestStartIndex = i + splitLen;
    i = latestStartIndex - 1;
   }
  }
  byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
  {
   int i = 0;
   for (Byte b : allBytes) {
    bytes[i++] = b.byteValue();
   }
  }
  return bytes;
 }

私钥分段解密 

 /**
  * 使用私钥分段解密
  *
  */
 public static byte[] decryptByPrivateKeyForSpilt(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {
  int splitLen = DEFAULT_SPLIT.length;
  if (splitLen <= 0) {
   return decryptByPrivateKey(encrypted, privateKey);
  }
  int dataLen = encrypted.length;
  List allBytes = new ArrayList(1024);
  int latestStartIndex = 0;
  for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
   byte bt = encrypted[i];
   boolean isMatchSplit = false;
   if (i == dataLen - 1) {
    // 到data的最后了
    byte[] part = new byte[dataLen - latestStartIndex];
    System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
    byte[] decryptPart = decryptByPrivateKey(part, privateKey);
    for (byte b : decryptPart) {
     allBytes.add(b);
    }
    latestStartIndex = i + splitLen;
    i = latestStartIndex - 1;
   } else if (bt == DEFAULT_SPLIT[0]) {
    // 这个是以split[0]开头
    if (splitLen > 1) {
     if (i + splitLen < dataLen) {
      // 没有超出data的范围
      for (int j = 1; j < splitLen; j++) {
       if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {
        break;
       }
       if (j == splitLen - 1) {
        // 验证到split的最后一位，都没有break，则表明已经确认是split段
        isMatchSplit = true;
       }
      }
     }
    } else {
     // split只有一位，则已经匹配了
     isMatchSplit = true;
    }
   }
   if (isMatchSplit) {
    byte[] part = new byte[i - latestStartIndex];
    System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
    byte[] decryptPart = decryptByPrivateKey(part, privateKey);
    for (byte b : decryptPart) {
     allBytes.add(b);
    }
    latestStartIndex = i + splitLen;
    i = latestStartIndex - 1;
   }
  }
  byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
  {
   int i = 0;
   for (Byte b : allBytes) {
    bytes[i++] = b.byteValue();
   }
  }
  return bytes;
 }

这样总算把遇见的问题解决了，项目中使用的方案是客户端公钥加密，服务器私钥解密，服务器开发人员说是出于效率考虑，所以还是自己写了个程序测试一下真正的效率 

第一步：准备100条对象数据 

  List personList=new ArrayList<>();
  int testMaxCount=100;//测试的最大数据条数
  //添加测试数据
  for(int i=0;i"+jsonData);
  Log.e("MainActivity","加密前json数据长度 ---->"+jsonData.length());

第二步：生成秘钥对 

  KeyPair keyPair=RSAUtils.generateRSAKeyPair(RSAUtils.DEFAULT_KEY_SIZE);
  // 公钥
  RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
  // 私钥
  RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate(); 

接下来分别使用公钥加密 私钥解密   私钥加密 公钥解密 

  //公钥加密
  long start=System.currentTimeMillis();
  byte[] encryptBytes= RSAUtils.encryptByPublicKeyForSpilt(jsonData.getBytes(),publicKey.getEncoded());
  long end=System.currentTimeMillis();
  Log.e("MainActivity","公钥加密耗时 cost time---->"+(end-start));
  String encryStr=Base64Encoder.encode(encryptBytes);
  Log.e("MainActivity","加密后json数据 --1-->"+encryStr);
  Log.e("MainActivity","加密后json数据长度 --1-->"+encryStr.length());
  //私钥解密
  start=System.currentTimeMillis();
  byte[] decryptBytes= RSAUtils.decryptByPrivateKeyForSpilt(Base64Decoder.decodeToBytes(encryStr),privateKey.getEncoded());
  String decryStr=new String(decryptBytes);
  end=System.currentTimeMillis();
  Log.e("MainActivity","私钥解密耗时 cost time---->"+(end-start));
  Log.e("MainActivity","解密后json数据 --1-->"+decryStr);

  //私钥加密
  start=System.currentTimeMillis();
  encryptBytes= RSAUtils.encryptByPrivateKeyForSpilt(jsonData.getBytes(),privateKey.getEncoded());
  end=System.currentTimeMillis();
  Log.e("MainActivity","私钥加密密耗时 cost time---->"+(end-start));
  encryStr=Base64Encoder.encode(encryptBytes);
  Log.e("MainActivity","加密后json数据 --2-->"+encryStr);
  Log.e("MainActivity","加密后json数据长度 --2-->"+encryStr.length());
  //公钥解密
  start=System.currentTimeMillis();
  decryptBytes= RSAUtils.decryptByPublicKeyForSpilt(Base64Decoder.decodeToBytes(encryStr),publicKey.getEncoded());
  decryStr=new String(decryptBytes);
  end=System.currentTimeMillis();
  Log.e("MainActivity","公钥解密耗时 cost time---->"+(end-start));
  Log.e("MainActivity","解密后json数据 --2-->"+decryStr);

运行结果：

对比发现：私钥的加解密都很耗时，所以可以根据不同的需求采用不能方案来进行加解密。个人觉得服务器要求解密效率高，客户端私钥加密，服务器公钥解密比较好一点 

加密后数据大小的变化：数据量差不多是加密前的1.5倍

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