Java实现RSA加密

一、什么是RSA？

RSA是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。所以这个算法取自他们三位的姓名首字母。

RSA是目前最具有影响力的公钥加密算法，它的原理基于一个简单的数论事实：将两个大质数相乘十分简单，但是想要对它们的乘积进行分解却异常困难。这里的乘积一般公开作为密钥。只要密钥的长度足够大（一般1024位，也有2048位），基本上不可能从公钥信息推出私钥信息。

RSA使用“密钥对”对数据进行加密解密，在加密解密前需要先生成公钥（public key）和私钥（private key）

公钥：用于加密数据

私钥：用于解密数据

RSA中加密和加签有什么区别？

加密：公钥放在客户端，使用公钥对数据进行加密，服务端拿到数据后用私钥进行解密。

加签：私钥放在客户端，使用私钥对数据进行加签，服务端拿到数据后用公钥进行验签。

前者完全为了加密。后者主要是为了防止恶意攻击，让服务器辨别哪些是真正的请求，哪些是恶意的请求。

RSA是非对称加密算法，因为加密和解密的密钥不是同一个。

二、常用加解密

用到的常用字符串提取出来

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    private final static String RSA_ALGORITHM = "RSA";
    private final static String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";
    private final static String RSA_PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";
    private final static String RSA_PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";

base64对二进制数据进行编码解码

    public static String encodeBase64(byte[] binaryData) {
    	Encoder encoder = Base64.getEncoder();
        return encoder.encodeToString(binaryData);
    }

    public static byte[] decodeBase64(String encoded) {
        Decoder decoder = Base64.getDecoder();
        return decoder.decode(encoded);
    }

获取公钥私钥键值对

	public static Map<String,Object> getKey() throws NoSuchAlgorithmException{
            // 因为只存公钥和私钥，所以指明Map的长度是2
            Map<String,Object> keyMap = new HashMap<String,Object>(2);
		
            // 获取RSA算法实例
            KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(RSA_ALGORITHM);
		
            // 1024代表密钥二进制位数
            keyPairGen.initialize(1024);
        
            // 产生KeyPair工厂
            KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
            RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
            RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        
            keyMap.put(RSA_PUBLIC_KEY, publicKey);
            keyMap.put(RSA_PRIVATE_KEY, privateKey);
        
            return keyMap;
	}

加密解密

    /**
     * 使用私钥对数据进行加密
     */
    public static byte[] encryptPrivateKey(byte[] binaryData, String privateKey) throws Exception {
        byte[] keyBytes = decodeBase64(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        
        // 获取RSA算法实例
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
        Key priKey = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        
        // 初始化加密器
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, priKey);
        return cipher.doFinal(binaryData);
    }
    
    /**
     * 使用公钥对数据进行加密
     */
    public static byte[] encryptPublicKey(byte[] binaryData, String publicKey) throws Exception {
        byte[] keyBytes = decodeBase64(publicKey);
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        
        // 获取RSA算法实例
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
        Key pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);
        
        // 初始化加密器
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);
        return cipher.doFinal(binaryData);
    }
    
    /**
     * 使用私钥对数据进行解密
     */
    public static byte[] decryptPrivateKey(byte[] binaryData, String privateKey) throws Exception {
        byte[] keyBytes = decodeBase64(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        
        // 获取RSA算法实例
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
        Key priKey = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        
        // 初始化加密器
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey);
        return cipher.doFinal(binaryData);
    }
    
    /**
     * 使用公钥对数据进行解密
     */
    public static byte[] decryptPublicKey(byte[] binaryData, String publicKey) throws Exception {
        byte[] keyBytes = decodeBase64(publicKey);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        
        // 获取RSA算法实例
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
        Key pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        
        // 初始化加密器
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, pubKey);
        return cipher.doFinal(binaryData);
    }

RSA还可以对指定内容进行加签验签

    /**
     * 使用私钥对数据进行签名
     */
    public static String sign(byte[] binaryData, String privateKey)
 throws Exception {
        byte[] keyBytes = decodeBase64(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        
        // 获取RSA算法实例
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
        PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        
        // 获取签名算法
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        signature.initSign(priKey);
        signature.update(binaryData);
        return encodeBase64(signature.sign());
    }
    
    
    /**
     * 使用公钥对数据签名进行验证
     */
    public static boolean verify(byte[] binaryData, String publicKey, String sign)
 throws Exception {
        byte[] keyBytes = decodeBase64(publicKey);
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        
        // 获取RSA算法实例
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_ALGORITHM);
        PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);
        
        // 获取签名算法
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        signature.initVerify(pubKey);
        signature.update(binaryData);
        return signature.verify(decodeBase64(sign));
    }

三、测试

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// 1.获取公钥私钥
		Map<String,Object> map = getKey();
		System.out.println("公钥："+getPublicKey(map));
		System.out.println("私钥："+getPrivateKey(map));
		
		String content = "未加密数据";
		
		System.out.println("============   分隔符     ===========");
		// 2.使用私钥加密
		byte[] encodeContent = encryptPrivateKey(content.getBytes(),getPrivateKey(map));
		System.out.println("私钥加密后的数据："+new String(encodeContent));
		
		// 3.使用公钥解密
		byte[] decodeContent = decryptPublicKey(encodeContent,getPublicKey(map));
		System.out.println("公钥解密后的数据："+new String(decodeContent));
		
		System.out.println("============   分隔符     ===========");
		// 4.使用公钥加密
		byte[] encodeContent2 = encryptPublicKey(content.getBytes(),getPublicKey(map));
		System.out.println("公钥加密后的数据："+new String(encodeContent2));
		
		// 5.使用私钥解密
		byte[] decodeContent2 = decryptPrivateKey(encodeContent2,getPrivateKey(map));
		System.out.println("私钥解密后的数据："+new String(decodeContent2));
		
		System.out.println("============   分隔符     ===========");
		// 6.加签
		String sign = sign(content.getBytes(),getPrivateKey(map));
		System.out.println("加签后的数据："+sign);
		
		// 7.验签
		boolean result = verify(content.getBytes(),getPublicKey(map),sign);
		System.out.println("验签结果："+result);
	}

运行结果

公钥：MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQChRJmN8gv7te/xvgo55KvYlEGDGoVbDWF0rG6jCgw3pw/zGa/4R
GGmRwOcBbecSYNZZUlQaqYZkta7m3ti0Z3o8ZhbYYMbtWI3eWs9MbsioCDSIsg/Jf6CHHS3HhjjQboQkKs7Q/1emn
E01Sa9kYApoGVEXAtSY4kuxNidVjklgwIDAQAB
私钥：MIICdwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmEwggJdAgEAAoGBAKFEmY3yC/u17/G+Cjnkq9iUQYMahVsNYXSsbqMKD
DenD/MZr/hEYaZHA5wFt5xJg1llSVBqphmS1rube2LRnejxmFthgxu1Yjd5az0xuyKgINIiyD8l/oIcdLceGONBuh
CQqztD/V6acTTVJr2RgCmgZURcC1JjiS7E2J1WOSWDAgMBAAECgYBEoH278wH4dr8KH7YYVuBuRQDv+qw/SB1t2ic
myJLUaAqYiBjjTK5FZTj6/0/YeUwlEb42M3xFq8AnjA3gypUoqXFpHaRDbfZFanryDUQFLQ/C9141exJkX7QmHS5t
99WRSnPbVoLzRVc4F8FBu76HEN4uzOVl9akkaQXqbbJ6EQJBAPJFAzLcBnSRsSHXZt5hB9hjanUiTBbMQ4H2YL4Om
ouX7uQOnMfW2PuGAE0+WMq/V4AgfLu0/yIG8s3XEFjsXosCQQCqaF512kQOW+YjlTpCE3KpXcZ9U7t5+G33r4MmA1
7lML5miTwEC+wo0sHDVL2yG0/CPk1itLd7yW2FqGEgGWvpAkEAmwn3JhEQQIEL7jA+sIk/0AavFg7AysYlXYIiHv6
RgEvWoTOIuYqQiUYT41rGz9jrUh94M1d8/nWb5IaA+6coSQJBAJc3Pnt+UF4dlr+EsMnp0BoTKQwVvYuitJLSoKKe
4xqmgo8iwKsmmU4wl9jp3duq+L/54Vnx29BxEktE+8ssQ+ECQFeZ0CzBdPWMs6Hmsujgn5qS/FOlbyu4qckU5lAqN
3DGxmtdvWne2NZYzCFCWT9zBlWd0dXKccmq+ehrBWrd+Fc=
============   分隔符     ===========
私钥加密后的数据：!�h��^��0�IȕoBa�k(�/��ΜA��ǩ%��u�|
�R�Z�l���y��<����$|
��!M�S��&n�u{���p�E5�WG�����=>�S��U���=��UT��W�Q�6�|D�{
公钥解密后的数据：未加密数据
============   分隔符     ===========
公钥加密后的数据：}>d��J�)Ԙe_A�G ��kۈ���Js�����R=�����ax�v9���m�[z
��b�NT�cѓب_0�薹���UZ����
IDJ|gI���.A��|�N�x�&$��k�t F
私钥解密后的数据：未加密数据
============   分隔符     ===========
加签后的数据：ZMxyo9gBoPnauK1uZx8Pb+jH9jn0gIA5D5uWFmimb3S1HuMrWl6DnQuIgv/dwemHJREnkdE2F65sR0qxLNAr0REdW
GakYPEj0UfbdMUzrduC2rxKIyX5jOTt3RpBIM1bK3sJISSmheK0Tb7msYTrA2VKscNM1gAHqIbnaMNeDwY=
验签结果：true