RSA加密算法
我們來(lái)回顧一下RSA的加密算法。我們從公鑰加密算法和簽名算法的定義出發(fā)，用比較規(guī)范的語(yǔ)言來(lái)描述這一算法。
RSA公鑰加密體制包含如下3個(gè)算法：KeyGen（密鑰生成算法），Encrypt（加密算法）以及Decrypt（解密算法）。
密鑰生成算法以安全常數(shù)作為輸入，輸出一個(gè)公鑰PK，和一個(gè)私鑰SK。安全常數(shù)用于確定這個(gè)加密算法的安全性有多高，一般以加密算法使用的質(zhì)數(shù)p的大小有關(guān)。越大，質(zhì)數(shù)p一般越大，保證體制有更高的安全性。在RSA中，密鑰生成算法如下：算法首先隨機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)不同大質(zhì)數(shù)p和q，計(jì)算N=pq。隨后，算法計(jì)算歐拉函數(shù)。接下來(lái)，算法隨機(jī)選擇一個(gè)小于的整數(shù)e，并計(jì)算e關(guān)于的模反元素d。最后，公鑰為PK=(N, e)，私鑰為SK=（N, d）。
加密算法以公鑰PK和待加密的消息M作為輸入，輸出密文CT。在RSA中，加密算法如下：算法直接輸出密文為
解密算法以私鑰SK和密文CT作為輸入，輸出消息M。在RSA中，解密算法如下：算法直接輸出明文為。由于e和d在下互逆，因此我們有：
所以，從算法描述中我們也可以看出：公鑰用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，私鑰用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。當(dāng)然了，這個(gè)也可以很直觀的理解：公鑰就是公開(kāi)的密鑰，其公開(kāi)了大家才能用它來(lái)加密數(shù)據(jù)。私鑰是私有的密鑰，誰(shuí)有這個(gè)密鑰才能夠解密密文。否則大家都能看到私鑰，就都能解密，那不就亂套了。
下面就來(lái)看一下Java中的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)：
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package com.stone.security; import java.security.KeyPair; import java.security.KeyPairGenerator; import java.security.PrivateKey; import java.security.PublicKey; import java.util.Arrays; import javax.crypto.Cipher; /** * RSA算法 公鑰加密 非對(duì)稱(chēng)加密 */public class RSA { public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA"; public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB1 = "RSA/ECB/PKCS1Padding"; public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB2 = "RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding"; //不能用 public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB3 = "OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding"; //不能用 static PublicKey publicKey; static PrivateKey privateKey; static Cipher cipher; static KeyPair keyPair; public static void main(String[] args) throws Exception { method1("斯柯達(dá)U*(Sfsad7f()*^%%$"); method2("斯柯達(dá)U*(Sfsad7f()*^%%$"); method3("斯柯達(dá)U*(Sfsad7f()*^%%$"); } /** * 公鑰加密，私鑰解密 使用默認(rèn)CIPHER_ALGORITHM_ECB1 * @param str * @throws Exception */ static void method1(String str) throws Exception { KeyPairGenerator keyGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); KeyPair keyPair = keyGenerator.generateKeyPair(); publicKey = keyPair.getPublic(); privateKey = keyPair.getPrivate(); cipher = Cipher.getInstance(KEY_ALGORITHM); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey); //公鑰加密 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); System.out.println("公鑰加密后1：" + Arrays.toString(encrypt)); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);//私鑰解密 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); System.out.println("私鑰解密后1：" + new String(decrypt)); } /** * 私鑰加密，公鑰解密 使用默認(rèn)CIPHER_ALGORITHM_ECB1 * @param str * @throws Exception */ static void method2(String str) throws Exception { KeyPairGenerator keyGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); KeyPair keyPair = keyGenerator.generateKeyPair(); publicKey = keyPair.getPublic(); privateKey = keyPair.getPrivate(); cipher = Cipher.getInstance(KEY_ALGORITHM); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey); //私鑰加密 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); System.out.println("私鑰加密后2：" + Arrays.toString(encrypt)); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);//公鑰解密 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); System.out.println("公鑰解密后2：" + new String(decrypt)); } /** * 私鑰加密，公鑰解密 使用CIPHER_ALGORITHM_ECB1 = RSA/ECB/PKCS1Padding * @param str * @throws Exception */ static void method3(String str) throws Exception { KeyPairGenerator keyGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); KeyPair keyPair = keyGenerator.generateKeyPair(); publicKey = keyPair.getPublic(); privateKey = keyPair.getPrivate(); cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB1); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey); //私鑰加密 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); System.out.println("私鑰加密后3：" + Arrays.toString(encrypt)); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);//公鑰解密 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); System.out.println("公鑰解密后3：" + new String(decrypt)); } } |
DSA算法和數(shù)字簽名
DSA 一般用于數(shù)字簽名和認(rèn)證。
DSA是Schnorr和ElGamal簽名算法的變種，被美國(guó)NIST作為DSS(DigitalSignature Standard)。
DSA是基于整數(shù)有限域離散對(duì)數(shù)難題的，其安全性與RSA相比差不多。
在DSA數(shù)字簽名和認(rèn)證中，發(fā)送者使用自己的私鑰對(duì)文件或消息進(jìn)行簽名，接受者收到消息后使用發(fā)送者的公鑰
來(lái)驗(yàn)證簽名的真實(shí)性。DSA只是一種算法，和RSA不同之處在于它不能用作加密和解密，也不能進(jìn)行密鑰交換，
只用于簽名,它比RSA要快很多.
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package com.stone.security; 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 java.util.HashMap; import java.util.Map; import sun.misc.BASE64Decoder; import sun.misc.BASE64Encoder; /** * DSA-Digital Signature Algorithm 是Schnorr和ElGamal簽名算法的變種，被美國(guó)NIST作為DSS(DigitalSignature Standard)。 * 簡(jiǎn)單的說(shuō)，這是一種更高級(jí)的驗(yàn)證方式，用作數(shù)字簽名。不單單只有公鑰、私鑰，還有數(shù)字簽名。私鑰加密生成數(shù)字簽名，公鑰驗(yàn)證數(shù)據(jù)及簽名。 * 如果數(shù)據(jù)和簽名不匹配則認(rèn)為驗(yàn)證失敗！即 傳輸中的數(shù)據(jù) 可以不再加密，接收方獲得數(shù)據(jù)后，拿到公鑰與簽名 驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否有效 */public class DSA { /** *不僅可以使用DSA算法，同樣也可以使用RSA算法做數(shù)字簽名 */ public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA"; public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";*/ public static final String KEY_ALGORITHM = "DSA"; public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "DSA"; public static final String DEFAULT_SEED = "$%^*%^()(HJG8awfjas7"; //默認(rèn)種子 public static final String PUBLIC_KEY = "DSAPublicKey"; public static final String PRIVATE_KEY = "DSAPrivateKey"; public static void main(String[] args) throws Exception { String str = "!@#$!#^$#&ZXVDF呆軍工路愛(ài)著你*()_+"; byte[] data = str.getBytes(); Map<String, Object> keyMap = initKey();// 構(gòu)建密鑰 PublicKey publicKey = (PublicKey) keyMap.get(PUBLIC_KEY); PrivateKey privateKey = (PrivateKey) keyMap.get(PRIVATE_KEY); System.out.println("私鑰format：" + privateKey.getFormat()); System.out.println("公鑰format：" + publicKey.getFormat()); // 產(chǎn)生簽名 String sign = sign(data, getPrivateKey(keyMap)); // 驗(yàn)證簽名 boolean verify1 = verify("aaa".getBytes(), getPublicKey(keyMap), sign); System.err.println("經(jīng)驗(yàn)證 數(shù)據(jù)和簽名匹配:" + verify1); boolean verify = verify(data, getPublicKey(keyMap), sign); System.err.println("經(jīng)驗(yàn)證 數(shù)據(jù)和簽名匹配:" + verify); } /** * 生成密鑰 * * @param seed 種子 * @return 密鑰對(duì)象 * @throws Exception */ public static Map<String, Object> initKey(String seed) throws Exception { System.out.println("生成密鑰"); KeyPairGenerator keygen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); SecureRandom secureRandom = new SecureRandom(); secureRandom.setSeed(seed.getBytes()); //Modulus size must range from 512 to 1024 and be a multiple of 64 keygen.initialize(640, secureRandom); KeyPair keys = keygen.genKeyPair(); PrivateKey privateKey = keys.getPrivate(); PublicKey publicKey = keys.getPublic(); Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>(2); map.put(PUBLIC_KEY, publicKey); map.put(PRIVATE_KEY, privateKey); return map; } /** * 生成默認(rèn)密鑰 * * @return 密鑰對(duì)象 * @throws Exception */ public static Map<String, Object> initKey() throws Exception { return initKey(DEFAULT_SEED); } /** * 取得私鑰 * * @param keyMap * @return * @throws Exception */ public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception { Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY); return encryptBASE64(key.getEncoded()); //base64加密私鑰 } /** * 取得公鑰 * * @param keyMap * @return * @throws Exception */ public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception { Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY); return encryptBASE64(key.getEncoded()); //base64加密公鑰 } /** * 用私鑰對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字簽名 * @param data 加密數(shù)據(jù) * @param privateKey 私鑰-base64加密的 * @return * @throws Exception */ public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception { System.out.println("用私鑰對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字簽名"); byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey); PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes); KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); PrivateKey priKey = factory.generatePrivate(keySpec);//生成 私鑰 //用私鑰對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字簽名 Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM); signature.initSign(priKey); signature.update(data); return encryptBASE64(signature.sign()); } /** * BASE64Encoder 加密 * @param data 要加密的數(shù)據(jù) * @return 加密后的字符串 */ private static String encryptBASE64(byte[] data) { BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder(); String encode = encoder.encode(data); return encode; } /** * BASE64Decoder 解密 * @param data 要解密的字符串 * @return 解密后的byte[] * @throws Exception */ private static byte[] decryptBASE64(String data) throws Exception { BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder(); byte[] buffer = decoder.decodeBuffer(data); return buffer; } /** * 校驗(yàn)數(shù)字簽名 * @param data 加密數(shù)據(jù) * @param publicKey * @param sign 數(shù)字簽名 * @return * @throws Exception */ public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign) throws Exception { byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey); X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec); Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM); signature.initVerify(pubKey); signature.update(data); return signature.verify(decryptBASE64(sign)); //驗(yàn)證簽名 } } |
