JAVA 使用RSA算法进行数字签名验证-附完整代码

前言：

        公司项目是有做资金管理相关的，涉及到充值，提现，转账等关键性的功能，需要保证数据传输的安全性，所以使用了较为简单的RSA进行生成秘钥且每个接口都需要做验签。

简介：

RSA是一种非对称加密算法，它是由Rivest-Shamir-Adleman三位密码学家于1978年提出的。

RSA算法的加密规则如下：

1. 钥匙生成：RSA算法使用两个密钥，一个是公钥（public key），用于加密数据，另一个是私钥（private key），用于解密数据。首先，密钥生成者生成一对公钥和私钥，其中公钥可以公开给任何人使用，而私钥必须保密。

2. 加密过程：发送方使用接收方的公钥对数据进行加密。发送方将数据按照一定的规则进行转换，并使用公钥进行加密操作。加密后的数据将无法直接被解密，只能使用私钥才能将其解密。

3. 解密过程：接收方使用自己的私钥对加密后的数据进行解密。接收方使用私钥对加密后的数据进行解密操作，从而得到原始的明文数据。

RSA算法的安全性基于两个数学难题：

1. 质因数分解问题：将一个大的合数（通常是两个大素数的乘积）分解成质数的乘积。这个问题在目前的计算能力下非常困难。

2. 数论中的指数问题：计算一个大数的指数函数的反函数。这个问题同样在目前的计算能力下非常困难。

通过利用这两个数学难题，RSA算法能够保证数据的加密和解密过程的安全性，确保只有持有私钥的人才能够解密数据。

本次案例用于签名验证，使用私钥用于数字签名，公钥用于验证签名的有效性

测试代码：

  public static void main(String[] args) {
    Entity entity = new Entity();
    // 使用RSA算法生成 公钥与私钥, 生成的公私钥 是一一对应的。
    createRSAKey(entity);
    String body = "123456";
    String body2 = "77897";
    // 将入参数据以及私钥进行数字加签
    String sign = sign(body, entity.getPrivateKey());
    // 根据入参数据以及公钥进行验证签名，若入参数据body被修改或者秘钥不正确都会导致验签失败；例如加签使用body，验签使用body2则导致验签失败
    boolean verifyFlag = verify(body,entity.getPublicKey(), sign);
    if (verifyFlag) {
      logger.info("验签成功");
    } else {
      logger.info("验签失败");
    }
  }

1. 根据RSA生成一对秘钥

构建保存秘钥的实体类Entity

@Data
@Builder
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Entity {

  /**
   * 公钥
   **/
  private String publicKey;
  /**
   * 私钥
   **/
  private String privateKey;

}

根据RSA算法生成秘钥

  /**
   * 生成对应的 与我通信的公钥和私钥
   * @return
   */
  public static void createRSAKey(Entity entity) {
    try {
      // 创建KeyPairGenerator 指定算法为RSA，用于生成对应的公钥和私钥
      KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
      // 指定字节长度
      keyPairGenerator.initialize(1024);

      // 秘钥生成器
      KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

      // 公钥
      RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
      // 进行Base64编码存入
      String clientPublicKey = Base64.encodeBase64String(publicKey.getEncoded());
      logger.info("生成的clientPublicKey是: {}", clientPublicKey);
      entity.setPublicKey(clientPublicKey);

      // 私钥
      RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
      // 进行Base64编码存入
      String clientPrivateKey = Base64.encodeBase64String(privateKey.getEncoded());
      logger.info("生成的clientPrivateKey是: {}", clientPrivateKey);
      entity.setPrivateKey(clientPrivateKey);
    } catch (Exception e) {
      logger.error("生成秘钥失败");
      e.printStackTrace();
    }
  }

2. 生成数字签名

  /**
   * 利用私钥信息生成数字签名
   * @param data 入参数据body
   * @param privateKey 私钥
   * @return
   */
  public static String sign(String data, String privateKey) {
    try {
      // 入参数据body字节数组
      byte[] dataBytes = data.getBytes();
      // 获取私钥秘钥字节数组
      byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(privateKey);
      // 使用给定的编码密钥创建一个新的PKCS8EncodedKeySpec。
      // PKCS8EncodedKeySpec 是 PKCS#8标准作为密钥规范管理的编码格式
      PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
      // 实例化KeyFactory,指定为加密算法 为 RSA
      KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
      // 获得PrivateKey对象
      PrivateKey privateKey1 = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
      // 用私钥对信息生成数字签名，指定签名算法为 MD5withRSA
      Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
      // 初始化签名
      signature.initSign(privateKey1);
      // 数据body带入
      signature.update(dataBytes);
      // 对签名进行Base64编码
      return Base64.encodeBase64String(signature.sign());
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
    return null;
  }

3. 校验数字签名

  /**
   * 利用公钥校验数字签名
   * @param data 入参数据body
   * @param publicKey 公钥
   * @param sign 签名
   * @return
   */
  public static boolean verify(String data, String publicKey, String sign) {
    try {
      // 入参数据body字节数组
      byte[] dataBytes = data.getBytes("UTF-8");
      // 获取公钥秘钥字节数组
      byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(publicKey);
      // 使用给定的编码密钥创建一个新的X509EncodedKeySpec
      // X509EncodedKeySpec是基于X.509证书提前的公钥，一种java秘钥规范
      X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
      // 实例化KeyFactory,指定为加密算法 为 RSA
      KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
      // 获取publicKey对象
      PublicKey publicKey1 = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
      // 用私钥对信息生成数字签名，指定签名算法为 MD5withRSA
      Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
      // 带入公钥进行验证
      signature.initVerify(publicKey1);
      // 数据body带入
      signature.update(dataBytes);
      // 验证签名
      return signature.verify(Base64.decodeBase64(sign));
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
      return false;
    }
  }

附完整代码：

package com.example.demo.rsaSecret;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

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;

/**
 * 功能说明: RSA加密解密工具类
 */
public class RSAUtil {

  private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RSAUtil.class);

  public static void main(String[] args) {
    Entity entity = new Entity();
    // 使用RSA算法生成 公钥与私钥, 生成的公私钥 是一一对应的。
    createRSAKey(entity);
    String body = "123456";
    String body2 = "77897";
    // 将入参数据以及私钥进行数字加签
    String sign = sign(body, entity.getPrivateKey());
    // 根据入参数据以及公钥进行验证签名，若入参数据body被修改或者秘钥不正确都会导致验签失败；例如加签使用body，验签使用body2则导致验签失败
    boolean verifyFlag = verify(body,entity.getPublicKey(), sign);
    if (verifyFlag) {
      logger.info("验签成功");
    } else {
      logger.info("验签失败");
    }
  }

  /**
   * 生成对应的 与我通信的公钥和私钥
   * @return
   */
  public static void createRSAKey(Entity entity) {
    try {
      // 创建KeyPairGenerator 指定算法为RSA，用于生成对应的公钥和私钥
      KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
      // 指定字节长度
      keyPairGenerator.initialize(1024);

      // 秘钥生成器
      KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

      // 公钥
      RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
      // 进行Base64编码存入
      String clientPublicKey = Base64.encodeBase64String(publicKey.getEncoded());
      logger.info("生成的clientPublicKey是: {}", clientPublicKey);
      entity.setPublicKey(clientPublicKey);

      // 私钥
      RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
      // 进行Base64编码存入
      String clientPrivateKey = Base64.encodeBase64String(privateKey.getEncoded());
      logger.info("生成的clientPrivateKey是: {}", clientPrivateKey);
      entity.setPrivateKey(clientPrivateKey);
    } catch (Exception e) {
      logger.error("生成秘钥失败");
      e.printStackTrace();
    }
  }


  /**
   * 利用私钥信息生成数字签名
   * @param data 入参数据body
   * @param privateKey 私钥
   * @return
   */
  public static String sign(String data, String privateKey) {
    try {
      // 入参数据body字节数组
      byte[] dataBytes = data.getBytes();
      // 获取私钥秘钥字节数组
      byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(privateKey);
      // 使用给定的编码密钥创建一个新的PKCS8EncodedKeySpec。
      // PKCS8EncodedKeySpec 是 PKCS#8标准作为密钥规范管理的编码格式
      PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
      // 实例化KeyFactory,指定为加密算法 为 RSA
      KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
      // 获得PrivateKey对象
      PrivateKey privateKey1 = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
      // 用私钥对信息生成数字签名，指定签名算法为 MD5withRSA
      Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
      // 初始化签名
      signature.initSign(privateKey1);
      // 数据body带入
      signature.update(dataBytes);
      // 对签名进行Base64编码
      return Base64.encodeBase64String(signature.sign());
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
    return null;
  }

  /**
   * 利用公钥校验数字签名
   * @param data 入参数据body
   * @param publicKey 公钥
   * @param sign 签名
   * @return
   */
  public static boolean verify(String data, String publicKey, String sign) {
    try {
      // 入参数据body字节数组
      byte[] dataBytes = data.getBytes("UTF-8");
      // 获取公钥秘钥字节数组
      byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(publicKey);
      // 使用给定的编码密钥创建一个新的X509EncodedKeySpec
      // X509EncodedKeySpec是基于X.509证书提前的公钥，一种java秘钥规范
      X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
      // 实例化KeyFactory,指定为加密算法 为 RSA
      KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
      // 获取publicKey对象
      PublicKey publicKey1 = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
      // 用私钥对信息生成数字签名，指定签名算法为 MD5withRSA
      Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
      // 带入公钥进行验证
      signature.initVerify(publicKey1);
      // 数据body带入
      signature.update(dataBytes);
      // 验证签名
      return signature.verify(Base64.decodeBase64(sign));
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
      return false;
    }
  }
}