4.2 RSA数字签名技术

数字签名技术 - RSA数字签名技术

RSA算法不仅是非对称加密算法，也是数字签名算法中的主力军，和MD、SHA系列算法结合，产生数字签名算法。

算法系列

RSA数字签名技术可以分为MD和SHA系列量大类，数字签名技术本身就是信息摘要和非对称加密技术的结合。

• MD系列包括：MD2withRSA、MD5withRSA
• SHA系列包括：SHA1withRSA、SHA224withRSA、SHA256withRSA、SHA384withRSA、SHA512withRSA五种。

这些算法的密钥长度都在512-65535位之间，必须是64的倍数。产生的签名长度和密钥长度一致。

算法基本过程

• 将数据使用摘要算法计算摘要（hash值）；
• 使用私钥对摘要进行加密；
• 将加密数据和原始数据一起传输；
• 接收方对原始数据（要保持原始数据的序列一致性，约定好）计算摘要;
• 使用公钥解密签名串，比较二者Hash值是否一致；

Java中的算法实现

Java中不仅仅实现了RSA算法，还实现了RSA数字签名算法，JDK仅提供了MD2withRSA、MD5withRSA和SHA1withRSA三种数字签名算法。

JDK中对三种算法的默认密钥长度为1024

示例代码：

public class SignatureTest {

    public static final String SIGN_ALGORITHM = "MD5withRSA";
    private static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";
    private static final int KEY_SIZE = 512;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        KeyPair keyPair = initKey();
        String input = "Sign Me";
        
        byte[] sign = sign(input.getBytes(), keyPair.getPrivate().getEncoded());
        boolean verify = verify(input.getBytes(), sign, keyPair.getPublic().getEncoded());

        String msg = String.format("原始数据: %s , Sign : %s , Verify : %s", input, toBase64(sign), verify);
        System.out.println(msg);
        // 从二进制位角度看,sign的长度和密钥长度一致
        System.out.println("Sign Size : " + (sign.length * 8) + " Key Size : " + KEY_SIZE);
    }

    public static KeyPair initKey() throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGr = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        keyPairGr.initialize(KEY_SIZE);
        KeyPair keyPair = keyPairGr.generateKeyPair();
        return keyPair;
    }

    public static byte[] sign(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {
        // 将byte[]的key格式化回来
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        // 获取算法实例并初始化
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGN_ALGORITHM);
        signature.initSign(priKey);
        signature.update(data);
        byte[] sign = signature.sign();
        return sign;
    }

    public static boolean verify(byte[] data, byte[] sign, byte[] publicKey) throws Exception {
        // 获取算法实例并初始化
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGN_ALGORITHM);
        signature.initVerify(pubKey);
        signature.update(data);
        // 验证数据和签名是否一致,放否认,放篡改
        boolean verify = signature.verify(sign);
        return verify;
    }

    public static String toBase64(byte[] data) {
        return new String(Base64.getEncoder().encode(data));
    }

}