在 Golang 中如何实现 RSA 算法的加解密操作？

目录

生成公私钥对

解析 pem 格式公私钥

使用公钥模数生成公钥

加解密数据

签名和验签

---

RSA 是一种非对称加密算法，广泛使用于数据的安全传输。crypto/rsa 是 Golang 中实现了 RSA 算法的一个标准库，提供了生成公私钥对、加解密数据、签名和验签等功能。接下来借助 crypto/rsa 的使用示例来看下对应的使用方法。

生成公私钥对

可以使用 GenerateKey 函数来生成公私钥对，GenerateKey 函数的定义如下：

func GenerateKey(random io.Reader, bits int) (*PrivateKey, error) {
	return GenerateMultiPrimeKey(random, 2, bits)
}

random 参数是一个随机数生成器，通常传入 crypto/rand.Reader，bits 参数指定生成密钥的位数，例如 2048 或 4096。看一个简单的示例，生成一个 2048 位的 RSA 公私钥对，并编码为 PEM 格式的字符串：

package main

import (
	"crypto/rand"
	"crypto/rsa"
	"crypto/x509"
	"encoding/pem"
	"fmt"
	"log"
)

func main() {
	// 生成 RSA 密钥对
	privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
	if err != nil {
		log.Fatalf("生成 RSA 密钥对失败: %v", err)
	}
	// 将私钥转换为 ASN.1 PKCS#1 DER 编码
	privDER := x509.MarshalPKCS1PrivateKey(privateKey)
	// 将 DER 编码的私钥转换为 PEM 格式
	privPEM := pem.EncodeToMemory(&pem.Block{
		Type:  "RSA PRIVATE KEY",
		Bytes: privDER,
	})
	// 将公钥提取为 *rsa.PublicKey 类型
	publicKey := &privateKey.PublicKey
	// 将公钥转换为 ASN.1 PKIX DER 编码
	pubDER, err := x509.MarshalPKIXPublicKey(publicKey)
	if err != nil {
		log.Fatalf("公钥编码失败: %v", err)
	}
	// 将 DER 编码的公钥转换为 PEM 格式
	pubPEM := pem.EncodeToMemory(&pem.Block{
		Type:  "RSA PUBLIC KEY",
		Bytes: pubDER,
	})
	// 打印私钥和公钥
	fmt.Println("私钥:")
	fmt.Println(string(privPEM))
	fmt.Println("公钥:")
	fmt.Println(string(pubPEM))
}

运行代码，输出类似如下内容：

私钥:
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----

公钥:
-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAx5Hg78/Gwr4dtQ3ZehrQ
Vet+RO5/k7Xm1RmNly0sCdPhcsawa8B0o7L7L11k2NP9ypVn2CDRHx8znhrtzSfB
zh/HLCA9XLhG6jpABDsgam15hSvwbVgZNvTRXfDZvZXpK3fP2tH/z9ncxeQxrVJr
Og/zf8GskMscTOQ1VdxiKQ2uZPuoBxHYe+UDkhWpYfZAcDSwUvO0JWUAdvteJT3o
+kBcA3QywVAohfnzepej+QAZXFNf3Hs+PfoxOLejQpsdZ8KKonmtbrwUIuyDLVdW
YtsEDA8g64rmIwKxPlNpFTyRXgMAOEkrEpiCRb7HnnOE6XAxJlou2z6HfB41QoO9
+wIDAQAB
-----END RSA PUBLIC KEY-----

代码打印出了 PEM 编码的私钥和公钥字符串。对于公钥，有时可能需要以较为通用的 PEM 格式 "PUBLIC KEY" 而不是 "RSA PUBLIC KEY" 来保存。有的系统是需要以 16 进制的形式保存公钥，这就需要做一下转换了。首先去掉公钥的 开头一行“-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----”、结尾一行“-----END RSA PUBLIC KEY-----”和换行符，如下：

MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAx5Hg78/Gwr4dtQ3ZehrQVet+RO5/k7Xm1RmNly0sCdPhcsawa8B0o7L7L11k2NP9ypVn2CDRHx8znhrtzSfBzh/HLCA9XLhG6jpABDsgam15hSvwbVgZNvTRXfDZvZXpK3fP2tH/z9ncxeQxrVJrOg/zf8GskMscTOQ1VdxiKQ2uZPuoBxHYe+UDkhWpYfZAcDSwUvO0JWUAdvteJT3o+kBcA3QywVAohfnzepej+QAZXFNf3Hs+PfoxOLejQpsdZ8KKonmtbrwUIuyDLVdWYtsEDA8g64rmIwKxPlNpFTyRXgMAOEkrEpiCRb7HnnOE6XAxJlou2z6HfB41QoO9+wIDAQAB

转换代码如下：

package main

import (
	"encoding/base64"
	"encoding/hex"
	"fmt"
	"log"
)

func main() {
	pubBase64 := "MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAx5Hg78/Gwr4dtQ3ZehrQVet+RO5/k7Xm1RmNly0sCdPhcsawa8B0o7L7L11k2NP9ypVn2CDRHx8znhrtzSfBzh/HLCA9XLhG6jpABDsgam15hSvwbVgZNvTRXfDZvZXpK3fP2tH/z9ncxeQxrVJrOg/zf8GskMscTOQ1VdxiKQ2uZPuoBxHYe+UDkhWpYfZAcDSwUvO0JWUAdvteJT3o+kBcA3QywVAohfnzepej+QAZXFNf3Hs+PfoxOLejQpsdZ8KKonmtbrwUIuyDLVdWYtsEDA8g64rmIwKxPlNpFTyRXgMAOEkrEpiCRb7HnnOE6XAxJlou2z6HfB41QoO9+wIDAQAB"
	b, err := base64.StdEncoding.DecodeString(pubBase64)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	pubHex := hex.EncodeToString(b)
	fmt.Println(pubHex)
}

解析 pem 格式公私钥

可以使用 crypto/x509 和 encoding/pem 包来解析 PEM 编码的 RSA 私钥和公钥。看一个简单的示例：

package main

import (
	"crypto/rsa"
	"crypto/x509"
	"encoding/pem"
	"fmt"
	"os"
)

func main() {
	// 假设我们已经有了 PEM 编码的 RSA 私钥和公钥
	pemPrivateKey := `-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----`

	pemPublicKey := `-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEApiJlJTqj5JsymhpOleVk
KIbtvuQ7+fSasSP5yudBqBQrF8J1ba8YkRodFrdNWcgrxGOVeYQWYl4aeEJq2MV0
SpY56GU/y+WjnXFyrWXdBLbevKSF6zA6jWL8xjDt92Z7J2ew22rlubL+3atHdvXD
L0G7ZIEPQlYD0eWkBQ+EGynibYecBFXi/+3BnStmw2Fm82g1nCaQWwRJwA8mbH7j
vhtrhnGHmk4fhg++8MJkGn8MA6bIqOfqLFCvpp6WYDiTJ0qAFqS7mx7avZkCCg8+
EHNsasyzEURIp/nGZ+nJMR0dtcpjaNpaeuU5lanmaGQJIdHODvbGovMEnh7dUo/+
PQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----`

	// 解析 PEM 编码的私钥
	block, _ := pem.Decode([]byte(pemPrivateKey))
	if block == nil || block.Type != "RSA PRIVATE KEY" {
		fmt.Println("failed to decode PEM block containing private key")
		return
	}

	privateKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
	if err != nil {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error parsing private key: %s\n", err)
		return
	}

	fmt.Println("Private Key:", privateKey)

	// 解析 PEM 编码的公钥
	block, _ = pem.Decode([]byte(pemPublicKey))
	if block == nil || block.Type != "PUBLIC KEY" {
		fmt.Println("failed to decode PEM block containing public key")
		return
	}

	pubKeyInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
	if err != nil {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error parsing public key: %s\n", err)
		return
	}

	publicKey, ok := pubKeyInterface.(*rsa.PublicKey)
	if !ok {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error casting public key to RSA Public Key\n")
		return
	}

	fmt.Println("Public Key:", publicKey)
}

使用公钥模数生成公钥

RSA 公钥由两部分组成：模数（n）和指数（e），这两个值一起定义了公钥的数学属性。根据 RSA 公钥的模数和指数，可以来构造一个 rsa.PublicKey 对象。示例代码如下：

package main

import (
	"crypto/rsa"
	"fmt"
	"math/big"
)

func main() {
	// 假设你有模数（n）和指数（e）作为十六进制字符串或者其他形式
	// 在这个例子中，我们假设它们是十六进制的字符串
	modulusHex := "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" // 模数 n 的十六进制表示，这里应该是一个很长的数字
	exponentHex := "010001"                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          // 公钥指数 e 的十六进制表示，通常为 65537 (即 0x10001)

	// 将十六进制字符串转换为 *big.Int
	n := new(big.Int)
	n.SetString(modulusHex, 16)

	e := new(big.Int)
	e.SetString(exponentHex, 16)

	// 创建 RSA 公钥
	publicKey := &rsa.PublicKey{
		N: n,
		E: int(e.Int64()), // E 是一个 int 类型，在 RSA 中通常是一个较小的数值
	}

	// 输出公钥
	fmt.Println("Public Key modulus (N):", publicKey.N)
	fmt.Println("Public Key exponent (E):", publicKey.E)
}

加解密数据

通常是使用 RSA 公钥加密数据，使用对应私钥解密数据。进行 RSA 加密和解密操作时通常涉及到填充方案。最常用的填充方案是 OAEP（Optimal Asymmetric Encryption Padding），比传统的 PKCS#1 v1.5 填充方案更安全。以下是使用 OAEP 填充方案进行加密和解密的示例代码：

package main

import (
	"crypto/rand"
	"crypto/rsa"
	"crypto/sha256"
	"fmt"
	"os"
)

func main() {
	// 生成 RSA 密钥对
	privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
	if err != nil {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error generating key pair: %s\n", err)
		return
	}
	publicKey := &privateKey.PublicKey

	// 待加密的数据
	message := []byte("路多辛的博客")

	// 使用公钥和 OAEP 填充方案加密数据
	label := []byte("OAEP Encrypted")
	ciphertext, err := rsa.EncryptOAEP(sha256.New(), rand.Reader, publicKey, message, label)
	if err != nil {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error encrypting message: %s\n", err)
		return
	}
	fmt.Printf("Ciphertext: %x\n", ciphertext)

	// 使用私钥和 OAEP 填充方案解密数据
	plaintext, err := rsa.DecryptOAEP(sha256.New(), rand.Reader, privateKey, ciphertext, label)
	if err != nil {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error decrypting message: %s\n", err)
		return
	}
	fmt.Printf("Plaintext: %s\n", plaintext)
}

请注意，RSA 加密通常用于加密小块数据，如密钥或密钥交换信息，而不是用于加密大量数据。对于大量数据，常见的做法是使用 RSA 加密一个对称加密算法的密钥，然后使用该对称密钥来加密实际的数据。

如果使用的是 PKCS#1 v1.5 填充方案，crypto/rsa 也提供了对应的函数，使用方法和上面的示例类似，就不举例说明了。

签名和验签

通常是使用 RSA 私钥对数据进行签名，使用对应公钥对数据进行验签。看一个简单的示例：

package main

import (
	"crypto"
	"crypto/rand"
	"crypto/rsa"
	"crypto/sha256"
	"fmt"
	"os"
)

func main() {
	// 生成 RSA 密钥对
	privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
	if err != nil {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error generating RSA key pair: %s\n", err)
		return
	}
	publicKey := &privateKey.PublicKey

	// 待签名的数据
	message := []byte("路多辛的博客")

	// 对数据进行 SHA-256 哈希处理
	hashed := sha256.Sum256(message)

	// 使用私钥对哈希值进行签名
	signature, err := rsa.SignPKCS1v15(rand.Reader, privateKey, crypto.SHA256, hashed[:])
	if err != nil {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error signing message: %s\n", err)
		return
	}
	fmt.Printf("Signature: %x\n", signature)

	// 使用公钥验证签名
	err = rsa.VerifyPKCS1v15(publicKey, crypto.SHA256, hashed[:], signature)
	if err != nil {
		fmt.Fprintf(os.Stderr, "Error verifying signature: %s\n", err)
		return
	}
	fmt.Println("Signature verified")
}

可以看出，定义了一条消息后，计算了其 SHA-256 的哈希值。在实际应用中，签名通常是对数据的哈希值进行，而不是对原始数据本身进行，这样做是为了提高效率和性能，特别是数据非常大的场景。

请注意，SignPKCS1v15 和 VerifyPKCS1v15 函数都是使用的 PKCS#1 v1.5 签名方案。crypto/rsa 包还提供了对 PSS 签名方案的支持（SignPSS 和 VerifyPSS 函数），这是一种更现代的方案，具有更高的安全性。