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數(shù)據(jù)安全管理:RSA加密算法,簽名驗簽流程詳解

發(fā)布時間:2020-07-19 11:44:08 來源:網(wǎng)絡(luò) 閱讀:199 作者:知了一笑 欄目:編程語言

本文源碼:GitHub·點這里 || GitEE·點這里

一、RSA算法簡介

1、加密解密

RSA加密是一種非對稱加密,在公開密鑰加密和電子商業(yè)中RSA被廣泛使用??梢栽诓恢苯觽鬟f密鑰的情況下,完成加解密操作。這能夠確保信息的安全性,避免了直接傳遞密鑰所造成的被破解的風(fēng)險。是由一對密鑰來進行加解密的過程,分別稱為公鑰和私鑰。該加密算法的原理就是對一極大整數(shù)做因數(shù)分解的困難性來保證安全性。

2、簽名驗簽

數(shù)字簽名就是信息的來源添加一段無法被偽造的加密字符串,這段數(shù)字串作為對信息的來源真實性的一個有效證明。這個過程稱為簽名和驗簽。

二、場景描述

  • 消息發(fā)送方:甲方,持有公鑰
  • 消息接收方:乙方,持有私鑰

1、加密解密過程

(1)、乙方生成一對密鑰即公鑰和私鑰,私鑰不公開,乙方自己持有,公鑰為公開,甲方持有。

(2)、乙方收到甲方加密的消息,使用私鑰對消息進行解密,獲取明文。

2、簽名驗簽過程

(1)、乙方收到消息后,需要回復(fù)甲方,用私鑰對回復(fù)消息簽名,并將消息明文和消息簽名回復(fù)甲方。

(2)、甲方收到消息后,使用公鑰進行驗簽,如果驗簽結(jié)果是正確的,則證明消息是乙方回復(fù)的。

三、源代碼實現(xiàn)

1、密鑰字符串獲取

  • 代碼生成
    private static HashMap<String, String> getTheKeys() {
    HashMap<String, String> keyPairMap = new HashMap<String, String>();
    KeyPairGenerator keyPairGen = null;
    try {
        keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    // 密鑰大?。?024 位
    keyPairGen.initialize(1024);
    KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
    String publicKey = printBase64Binary(keyPair.getPublic().getEncoded());
    String privateKey = printBase64Binary(keyPair.getPrivate().getEncoded());
    keyPairMap.put("publicKey", publicKey);
    keyPairMap.put("privateKey", privateKey);
    return keyPairMap ;
    }
  • 讀取文件

數(shù)據(jù)安全管理:RSA加密算法,簽名驗簽流程詳解

文件位置

public static final String PUB_KEY = "rsaKey/public.key" ;
public static final String PRI_KEY = "rsaKey/private.key" ;

文件加載

public static String getKey (String keyPlace) throws Exception {
    BufferedReader br= null;
    try {
        br= new BufferedReader(new InputStreamReader(RsaCryptUtil.class.getClassLoader().
                                                     getResourceAsStream(keyPlace)));
        String readLine= null;
        StringBuilder keyValue = new StringBuilder();
        while((readLine= br.readLine())!=null){
            if(!(readLine.charAt(0)=='-')){
                keyValue.append(readLine);
            }
        }
        return keyValue.toString();
    } catch (Exception e) {
        throw new Exception("RSA密鑰讀取錯誤",e) ;
    } finally{
        if (br != null) {
            try {
                br.close();
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("密鑰讀取流關(guān)閉異常");
            }
        }
    }
}

2、公鑰和私鑰

  • 公鑰字符串生成公鑰

    public static RSAPublicKey createPublicKey(String publicKeyValue) throws Exception {
    try {
        byte[] buffer = DatatypeConverter.parseBase64Binary(publicKeyValue);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer);
        return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);
    } catch (Exception e) {
        throw new Exception("公鑰創(chuàng)建失敗", e);
    }
    }
  • 私鑰字符串生成私鑰
    public static RSAPrivateKey createPrivateKey(String privateKeyValue) throws Exception {
    try {
        byte[] buffer = javax.xml.bind.DatatypeConverter.parseBase64Binary(privateKeyValue);
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(buffer);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);
    } catch (Exception e) {
        throw new Exception("私鑰創(chuàng)建失敗", e);
    }
    }

3、加密和解密

  • 公鑰加密

    public static String encrypt(RSAPublicKey publicKey, byte[] clearData) throws Exception {
    if (publicKey == null) {
        throw new Exception("加密公鑰為空, 無法加密");
    }
    try {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA") ;
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        byte[] output = cipher.doFinal(clearData);
        return printBase64Binary(output);
    } catch (Exception e) {
        throw new Exception("公鑰加密失敗",e);
    }
    }
  • 私鑰解密
    public static String decrypt(RSAPrivateKey privateKey, byte[] cipherData) throws Exception {
    if (privateKey == null) {
        throw new Exception("解密私鑰為空, 無法解密");
    }
    try {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA") ;
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        byte[] output = cipher.doFinal(cipherData);
        return new String(output);
    } catch (BadPaddingException e) {
        throw new Exception("私鑰解密失敗",e);
    }
    }

4、簽名和驗簽

  • 私鑰簽名

    public static String sign (String signData, PrivateKey privateKey) throws Exception {
    byte[] keyBytes = privateKey.getEncoded();
    PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
    KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
    PrivateKey key = keyFactory.generatePrivate(keySpec);
    Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
    signature.initSign(key);
    signature.update(signData.getBytes());
    return printBase64Binary(signature.sign());
    }
  • 公鑰驗簽
    public static boolean verify(String srcData, PublicKey publicKey, String sign) throws Exception {
    byte[] keyBytes = publicKey.getEncoded();
    X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
    KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
    PublicKey key = keyFactory.generatePublic(keySpec);
    Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
    signature.initVerify(key);
    signature.update(srcData.getBytes());
    return signature.verify(parseBase64Binary(sign));
    }

5、編碼和解碼

/**
 * 字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)字符
 */
public static String printBase64Binary(byte[] bytes) {
    return DatatypeConverter.printBase64Binary(bytes);
}
/**
 * 字符轉(zhuǎn)字節(jié)數(shù)組
 */
public static byte[] parseBase64Binary(String value) {
    return DatatypeConverter.parseBase64Binary(value);
}

6、測試代碼塊

  • 密鑰生成測試

    public static void testCreateKey () throws Exception {
    HashMap<String, String> map = RsaCryptUtil.getTheKeys();
    String privateKeyStr=map.get("privateKey");
    String publicKeyStr=map.get("publicKey");
    System.out.println("私鑰:"+privateKeyStr);
    System.out.println("公鑰:"+publicKeyStr);
    //消息發(fā)送方
    String originData="cicada-smile";
    System.out.println("原文:"+originData);
    String encryptData = RsaCryptUtil.encrypt(RsaCryptUtil.createPublicKey(publicKeyStr),
                                              originData.getBytes());
    System.out.println("加密:"+encryptData);
    //消息接收方
    String decryptData=RsaCryptUtil.decrypt(RsaCryptUtil.createPrivateKey(privateKeyStr),
                                            RsaCryptUtil.parseBase64Binary(encryptData));
    System.out.println("解密:"+decryptData);
    }
  • 密鑰讀取測試

    public static void testReadKey () throws Exception {
    String value = getKey("rsaKey/public.key");
    System.out.println(value);
    String privateKeyStr = getKey(RsaCryptUtil.PRI_KEY) ;
    String publicKeyStr = getKey(RsaCryptUtil.PUB_KEY) ;
    //消息發(fā)送方
    String originData="cicada-smile";
    System.out.println("原文:"+originData);
    String encryptData = RsaCryptUtil.encrypt(RsaCryptUtil.createPublicKey(publicKeyStr),
                                              originData.getBytes());
    System.out.println("加密:"+encryptData);
    //消息接收方
    String decryptData=RsaCryptUtil.decrypt(RsaCryptUtil.createPrivateKey(privateKeyStr),
                                            RsaCryptUtil.parseBase64Binary(encryptData));
    System.out.println("解密:"+decryptData);
    }
  • 簽名驗簽測試
    public static void testSignVerify () throws Exception {
    String signData = "cicada-smile" ;
    String privateKeyStr = getKey(RsaCryptUtil.PRI_KEY) ;
    String publicKeyStr = getKey(RsaCryptUtil.PUB_KEY) ;
    String signValue = sign(signData,RsaCryptUtil.createPrivateKey(privateKeyStr)) ;
    boolean flag = verify(signData,RsaCryptUtil.createPublicKey(publicKeyStr),signValue);
    System.out.println("原文:"+signData);
    System.out.println("簽名:"+signValue);
    System.out.println("驗簽:"+flag);
    }

四、源代碼地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile

數(shù)據(jù)安全管理:RSA加密算法,簽名驗簽流程詳解

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