非对称加密之 - RSA

一、什么是非对称加密算法？

非对称主要是相对于对称加密算法而言的。对称加密算法加解密使用同一个秘钥；非对称算法则有一个公钥和一个私钥，公钥与私钥是一对的。一般，我们利用公钥加密，私钥解密。

RSA是可以双向加密的：私钥加密，公钥解密；公钥加密，私钥解密。

二、非对称加密算法的特点

算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥。但是由于算法复杂，使得非对称算法加解密速度没有对称算法加解密的速度快。

对称密钥体制中只有一种密钥，并且是非公开的，如果要解密就得让对方知道密钥。所以保证其安全性就是保证密钥的安全。

非对称密钥体制有两种密钥，其中一个是公开的，这样就可以不需要像对称密码那样向对方传输密钥了。因此安全性就大了很多。

算法复杂度：对称密钥 < 非对称密钥
加解密速度：对称密钥 > 非对称密钥
安全性：对称密钥 < 非对称密钥

三、RSA 算法简介

RSA算法1978年就出现了，算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman。
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。
这种加密算法的特点主要是密钥的变化，密钥长度越长，安全性越高。

RSA算法的JDK实现默认密钥长度是1024，BC则是2048，密钥长度必须是64的倍数，在512到65536位之间。
有些算法只规定了公钥加密、私钥解密，RSA算法则支持公钥加密、私钥解密.私钥加密、公钥解密。

四、RSA加密算法使用到的接口、类、相关方法和参数

• KeyPairGenerator 密钥对生成器，用于生成密钥对
• KeyPair 密钥对，可以用于生成公私钥
• KeyFactory 密钥工厂，作用是生成密钥，包括公钥和私钥
     - generatePublic()方法 用来生成公钥
     - generatePrivate()方法 用来生成私钥
• PublicKey 公钥
• PrivateKey 私钥
• RSAPublicKey RSA公钥，继承自 PublicKey 与 RSAKey
• RSAPrivateKey RSA私钥，继承自 PrivateKey 与 RSAKey
• RSAPublicKeySpec 此类指定 RSA 公用密钥
     - RSAPublicKeySpec(BigInteger modulus,BigInteger publicExponent) 构造方法
         modulus - 系数 , publicExponent - 公用指数
     - getModulus() 方法 返回改系数
     - getPublicExponent() 方法 返回改公用指数
• RSAPrivateKeySpec 类比 RSAPublicKeySpec 类，构造方法与属性方法类似
• SecureRandom 强加密随机数生成器
• Cipher 提供加解密的功能

五、java 实现简单的 RSA 加解密

    public static void rsa() {
        try {
            
            /* step1 ： 生成密钥对生成器
             * 
             * 如果默认的提供程序（procider）提供RSA算法的实现，则返回包含该实现的 KeyPairGenerator 的实例。
             * 如果默认包中不存在该算法，则搜索其他包。
             * 
             * 也可以指定其它加密算法提供程序 ， 如 BC：
             * KeyPairGenerator.getInstance("RSA", new BouncyCastleProvider());
             */
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            //KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA", new BouncyCastleProvider());
            
            /* step2：初始化密钥对生成器 ， 确定密钥长度大小与随机源
             * 
             * 使用默认的参数集合并使用提供程序（以最高优先级安装）的 SecureRandom 实现作为随机源。
             * 如果任何安装的提供程序都不提供 SecureRandom 的实现，则使用系统提供的随机源。
             * 
             * 当然也可以指定随机源，如下：
             * keyPairGenerator.initialize(1024,new SecureRandom(byte[] bytes));
             */
            keyPairGenerator.initialize(1024);
            //keyPairGenerator.initialize(1024,new SecureRandom(DateFormatUtils.format(new Date(),"yyyyMMdd").getBytes()));
            // step3：获取密钥对
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            // step4：获取密钥
            RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
            RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
            // step5：创建 Cipher 对象
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            // step6：加密
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
            byte[] encodeByte = cipher.doFinal(str.getBytes());
            String encodeStr = Hex.encodeHexString(encodeByte);
            System.out.println("加密数据：" + encodeStr);
            // step7：解密
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
            byte[] decodeByte = cipher.doFinal(Hex.decodeHex(encodeStr.toCharArray()));
            String decodeStr = new String(decodeByte);
            System.out.println("解密数据："+decodeStr);
        } catch (Exception e) {
        }
    }

• KeyPairGenerator 密钥对生成器在创建时可以指定加密算法提供程序，一般使用 BouncyCastle（简称 BC）；也可以使用 JDK 自带的默认加密算法提供程序。
  初始化 KeyPairGenerator 时可以指定随机源 SecureRandom；如果不指定，则使用提供程序（以最高优先级安装）的 SecureRandom 实现作为随机源。
• SecureRandom 强随机数生成器；在 new 对象时可以传参 byte[] ，参数称为 "种子" 。如果选择无参构造，则自供种子。

    /**
     * 加密方法返回 encodeByteArray ;
     * Hex.encodeHexString 将encodeByteArray数组转换为 encodeString ;
     */
    byte[] encodeByte = cipher.doFinal(str.getBytes());
    String encodeStr = Hex.encodeHexString(encodeByte);
    System.out.println("加密数据：" + encodeStr);
    // step7：解密
    /**
     * Hex.decodeHex(encodeStr.toCharArray()) 将 encodeString 转换为 byteArray ;
     */
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
    byte[] decodeByte = cipher.doFinal(Hex.decodeHex(encodeStr.toCharArray()));
    String decodeStr = new String(decodeByte);

注意：
如果使用 BC 作为算法提供者，BouncyCastleProvider 对象应使用单例模式。
因为这个类里面有较多静态的属性与方法， new一个多一个， GC不回收 。
必然会造成内存上升，直至内存溢出，服务宕机

六、实现简单的 js 加密 + java 解密

1. 后台 java 生成加密模（modulus）与公钥指数（exponent）提供给前端

RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
String modulus = 
    new String(Hex.encodeHex(publicKey.getModulus().toByteArray()));
String exponent = 
    new String(Hex.encodeHex(publicKey.getPublicExponent().toByteArray()));

• 加密模与公钥指数由 RSA公钥 RSAPublicKey 生成

2. 前端 js 进行 RSA 加密，此例引用第三类库 security.js，示例代码如下：

• RSAUtils.getKeyPair(exponent, '', modulus) 方法
  其中，exponent（公钥指数） 与 modulus（加密模） 生成代码参考上面步骤。
• RSAUtils.encryptedString(publicKey, strOld) 加密方法

注意：

• 当exponent、modulus为''空时，可能会导致浏览器卡死；
• 使用 encodeURIComponent 方法对明文进行编码转换，使用 encodeURI必然会造成 特殊符号+丢失（如果原明文中存在+的话）；
  后台 java程序可使用URLDecoder.decode(pwd,"UTF-8")进行解码；

3. 后台解密

// step1 : 将密文转换为16进制 byte 数组
byte[] en_data = Hex.decodeHex(encrypttext.toCharArray());
// step2：解密得到 decryptByteArray
Cipher ci = Cipher.getInstance("RSA", DEFAULT_PROVIDER);
ci.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
byte[] decryptByteArray = ci.doFinal(data);
// step3：将 decryptByteArray 转换为 decryptString 
String decryptString = new String(decryptByteArray);
// step4：将 decryptString 反转
decryptString = StringUtils.reverse(decryptString);
// step5：对 decryptString 进行 URLDecoder 解码，并得到解密后明文
decryptString = URLDecoder.decode(decryptString ,"UTF-8");

哈哈哈

至此，完成的前端 js 进行 RSA 加密，后台 java 解密的流程已经结束。

本博客只是博主方便复习而记录。如有误导，概不负责~

demo 源码下载

1. 下载连接         密码：bqxq

2. 或者直接扫下面二维码下载

   
   
   扫一扫可直接下载源码