RSA加解密算法java实现（已添加分段加密算法处理）

青旅半醒 2022-07-26 09:02 255阅读 0赞

一 RSA简介

这种算法1978年就出现了，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。算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman。

这种加密算法的特点主要是密钥的变化，上文我们看到DES只有一个密钥。相当于只有一把钥匙，如果这把钥匙丢了，数据也就不安全了。RSA同时有两把钥匙，公钥与私钥。同时支持数字签名。数字签名的意义在于，对传输过来的数据进行校验。确保数据在传输工程中不被修改。

二 数字签名技术

[数字签名技术][Link 1]是将摘要信息用发送者的私钥加密，与[原文][Link 2]一起传送给接收者。接收者只有用发送者的公钥才能解密被加密的摘要信息，然后用[HASH函数][HASH]对收到的[原文][Link 2]产生一个摘要信息，与解密的摘要信息对比。如果相同，则说明收到的信息是完整的，在传输过程中没有被修改，否则说明信息被修改过，因此数字签名能够验证信息的完整性。

数字签名是个加密的过程，数字签名验证是个解密的过程。

3、乙方使用公钥加密数据，向甲方发送经过加密后的数据；甲方获得加密数据，通过私钥解密。

流程图如下图所示：![Center][]

注：如果要建立更安全的加密消息传递模型，需要消息发送方和消息接收方各构建一套密钥对，并分别将各自的公钥暴露给对方，在进行消息传递时，A通过B的公钥对数据加密，B接收到消息通过B的私钥进行解密，反之，B通过A的公钥进行加密，A接收到消息后通过A的私钥进行解密。

4、 一般我认为RSA加解密共有两种方案，一种是通信双方共用一套公私密钥（公钥双方共有，私钥发送者保持）；一种是通信双方一人一套公司密钥（通信时互换双方的公钥，安全性比较高）。显然第一种方式安全性低一些，并且复杂度低；第二种方式安全性高，但是复杂度高。

RSA加解密算法还有两种不同的方式，一种是使用对称密钥（比如DES等加解密方法）加密数据，然后使用非对称密钥（RSA加解密密钥）加密对称密钥；另一种是直接使用非对称密钥加密数据。第一种方式安全性高，复杂度也高，不存在加密数据长度限制问题，第二种方式安全性差一些，复杂度低，但是存在加密数据限制问题（即使用非对称密钥加密数据时，一次加密的数据长度是（密钥长度／8-11））。

因为公司业务功能需求限制，我下面展示的是双方采用一套公私密钥，并且采用公司密钥加解密数据的方法，其中还添加了对数据分段加密的方法。

5、实际代码实现

RSA\_Encrypt类

主要就是包涵：加密方法、解密方法、生成密钥对方法、生成签名方法、验证签名方法

import java.io.FileInputStream;
    import java.io.FileNotFoundException;
    import java.io.FileOutputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.ObjectInputStream;
    import java.io.ObjectOutputStream;
    import java.security.Key;
    import java.security.KeyFactory;
    import java.security.KeyPair;
    import java.security.KeyPairGenerator;
    import java.security.PrivateKey;
    import java.security.PublicKey;
    import java.security.SecureRandom;
    import java.security.Signature;
    import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
    import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
    
    
    import javax.crypto.Cipher;
    
    
    import sun.misc.BASE64Decoder;
    import sun.misc.BASE64Encoder;
    
    
    public class RSA_Encrypt {
    /** 指定加密算法为RSA */
    private static String ALGORITHM = "RSA";
    /** 指定key的大小 */
    private static int KEYSIZE = 1024;
    /** 指定公钥存放文件 */
    private static String PUBLIC_KEY_FILE = "PublicKey";
    /** 指定私钥存放文件 */
    private static String PRIVATE_KEY_FILE = "PrivateKey";
     
    public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";   
    public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA"; 
    /**
    * 生成密钥对
    */
    public static void generateKeyPair() throws Exception {
    /** RSA算法要求有一个可信任的随机数源 */
    SecureRandom sr = new SecureRandom();
    /** 为RSA算法创建一个KeyPairGenerator对象 */
    KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
    /** 利用上面的随机数据源初始化这个KeyPairGenerator对象 */
    kpg.initialize(KEYSIZE, sr);
    /** 生成密匙对 */
    KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
    /** 得到公钥 */
    Key publicKey = kp.getPublic();
    /** 得到私钥 */
    Key privateKey = kp.getPrivate();
    /** 用对象流将生成的密钥写入文件 */
    ObjectOutputStream oos1 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(PUBLIC_KEY_FILE));
    ObjectOutputStream oos2 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(PRIVATE_KEY_FILE));
    oos1.writeObject(publicKey);
    oos2.writeObject(privateKey);
    /** 清空缓存，关闭文件输出流 */
    oos1.close();
    oos2.close();
    }
    
    
    /**
        * 产生签名
        * @param data
        * @param privateKey
        * @return
        * @throws Exception
        */
       public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {   
           // 解密由base64编码的私钥   
           byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);   
     
           // 构造PKCS8EncodedKeySpec对象   
           PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);   
     
           // KEY_ALGORITHM 指定的加密算法   
           KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);   
     
           // 取私钥对象   
           PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);   
     
           // 用私钥对信息生成数字签名   
           Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);   
           signature.initSign(priKey);   
           signature.update(data);   
     
           return encryptBASE64(signature.sign());   
       } 
    
    
       /**
        * 验证签名
        * @param data
        * @param publicKey
        * @param sign
        * @return
        * @throws Exception
        */
       public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)   
               throws Exception {   
     
           // 解密由base64编码的公钥   
           byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey);   
     
           // 构造X509EncodedKeySpec对象   
           X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);   
     
           // KEY_ALGORITHM 指定的加密算法   
           KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);   
     
           // 取公钥匙对象   
           PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);   
     
           Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);   
           signature.initVerify(pubKey);   
           signature.update(data);   
     
           // 验证签名是否正常   
           return signature.verify(decryptBASE64(sign));   
       } 
       
       
       /**
        * BASE64解密
        * @param key
        * @return
        * @throws Exception
        */
       public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception{
           return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
       }
       
       /**
        * BASE64加密
        * @param key
        * @return
        * @throws Exception
        */
       public static String encryptBASE64(byte[] key)throws Exception{
           return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
       }
       
       /**
    * 加密方法 source： 源数据
    */
    public static String encrypt(String source) throws Exception {
    //generateKeyPair();
    /** 将文件中的公钥对象读出 */
    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(PUBLIC_KEY_FILE));
    Key key = (Key) ois.readObject();
    ois.close();
    /** 得到Cipher对象来实现对源数据的RSA加密 */
    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
    int MaxBlockSize = KEYSIZE / 8 ;    
    String[] datas = splitString(source, MaxBlockSize - 11);
    String mi = "";
    for (String s : datas) {  
    mi += bcd2Str(cipher.doFinal(s.getBytes()));  
    }
    return mi;
    
    }
     
    /** 
    */  
    public static String[] splitString(String string, int len) {  
    int x = string.length() / len;  
    int y = string.length() % len;  
    int z = 0;  
    if (y != 0) {  
    z = 1;  
    }  
    String[] strings = new String[x + z];  
    String str = "";  
    for (int i=0; i<x+z; i++) {  
    if (i==x+z-1 && y!=0) {  
    str = string.substring(i*len, i*len+y);  
    }else{  
    str = string.substring(i*len, i*len+len);  
    }  
    strings[i] = str;  
    }  
    return strings;  
    } 
    
    /** 
    */  
    public static String bcd2Str(byte[] bytes) {  
    char temp[] = new char[bytes.length * 2], val;  
    
    
    for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {  
    val = (char) (((bytes[i] & 0xf0) >> 4) & 0x0f);  
    temp[i * 2] = (char) (val > 9 ? val + 'A' - 10 : val + '0');  
    
    
    val = (char) (bytes[i] & 0x0f);  
    temp[i * 2 + 1] = (char) (val > 9 ? val + 'A' - 10 : val + '0');  
    }  
    return new String(temp);  
    }  
    
    /**
    * 解密算法 cryptograph:密文
    */
    public static String decrypt(String cryptograph) throws Exception {
    /** 将文件中的私钥对象读出 */
    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(PRIVATE_KEY_FILE));
    Key key = (Key) ois.readObject();
    /** 得到Cipher对象对已用公钥加密的数据进行RSA解密 */
    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
    int key_len = KEYSIZE / 8 ; 
    byte[] bytes = cryptograph.getBytes();  
    byte[] bcd = ASCII_To_BCD(bytes, bytes.length); 
    System.err.println(bcd.length);  
    String ming = "";  
    byte[][] arrays = splitArray(bcd, key_len);  
    for(byte[] arr : arrays){  
    ming += new String(cipher.doFinal(arr));  
    }  
    return ming;  
    }
     
    /** 
    *  
    */  
    public static byte[] ASCII_To_BCD(byte[] ascii, int asc_len) {  
    byte[] bcd = new byte[asc_len / 2];  
    int j = 0;  
    for (int i = 0; i < (asc_len + 1) / 2; i++) {  
    bcd[i] = asc_to_bcd(ascii[j++]);  
    bcd[i] = (byte) (((j >= asc_len) ? 0x00 : asc_to_bcd(ascii[j++])) + (bcd[i] << 4));  
    }  
    return bcd;  
    } 
    
    public static byte asc_to_bcd(byte asc) {  
    byte bcd;  
    
    
    if ((asc >= '0') && (asc <= '9'))  
    bcd = (byte) (asc - '0');  
    else if ((asc >= 'A') && (asc <= 'F'))  
    bcd = (byte) (asc - 'A' + 10);  
    else if ((asc >= 'a') && (asc <= 'f'))  
    bcd = (byte) (asc - 'a' + 10);  
    else  
    bcd = (byte) (asc - 48);  
    return bcd;  
    }  
    
    /** 
    */  
    public static byte[][] splitArray(byte[] data,int len){  
    int x = data.length / len;  
    int y = data.length % len;  
    int z = 0;  
    if(y!=0){  
    z = 1;  
    }  
    byte[][] arrays = new byte[x+z][];  
    byte[] arr;  
    for(int i=0; i<x+z; i++){  
    arr = new byte[len];  
    if(i==x+z-1 && y!=0){  
    System.arraycopy(data, i*len, arr, 0, y);  
    }else{  
    System.arraycopy(data, i*len, arr, 0, len);  
    }  
    arrays[i] = arr;  
    }  
    return arrays;  
    } 
    
    public static String getpublickey() throws Exception{
    /** 将文件中的公钥对象读出 */
    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(PUBLIC_KEY_FILE));
    Key key = (Key) ois.readObject();
    String publickey=encryptBASE64(key.getEncoded());
    return publickey;
    }
    
    public static String getprivatekey() throws Exception{
    /** 将文件中的私钥对象读出 */
    ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(PRIVATE_KEY_FILE));
    Key key = (Key) ois.readObject();
    String privatekey=encryptBASE64(key.getEncoded());
    return privatekey;
    }
    }

Test2\_Main类，这是一个测试类

public class Test2_Main {
    
    publicstaticvoid main(String[] args)throws Exception {
    RSA_Encrypt.generateKeyPair();
    String source ="Hello World!";// 要加密的字符串
    String cryptograph = RSA_Encrypt.encrypt(source);// 生成的密文
    String target = RSA_Encrypt.decrypt(cryptograph);// 解密密文
    System.out.println("解密之后的明文是："+target);
    byte[]bytes =source.getBytes();  
    // 产生签名   
            String sign = RSA_Encrypt.sign(bytes, RSA_Encrypt.getprivatekey());   
            System.err.println("签名:" +sign);   
      
            // 验证签名   
            boolean status = RSA_Encrypt.verify(bytes, RSA_Encrypt.getpublickey(),sign);   
            System.err.println("状态:" +status);  
     
    }
    }

以上就是根据查找的资料，我自己整理的关于RSA加解密算法java代码实现。

[Link 1]: http://baike.baidu.com/view/297231.htm
[Link 2]: http://baike.baidu.com/view/1455951.htm
[HASH]: http://baike.baidu.com/view/604021.htm
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