RSA非对称加密算法

一、对称加密与非对称加密

• 对称加密：加密和解密使用的是同一个密钥，加解密双方必须使用同一个密钥才能进行正常的沟通。
• 非对称加密：需要两个密钥来进行加密和解密，公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥（private key，简称私钥） ，公钥加密的信息只有私钥才能解开，私钥加密的信息只有公钥才能解开。

需要注意的一点，这个公钥和私钥必须是一对的，如果用公钥对数据进行加密，那么只有使用对应的私钥才能解密，所以只要私钥不泄露，那么我们的数据就是安全的。

常用的加密算法：

• 对称加密：DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK、AES。
• 非对称加密：RSA、ECC（椭圆曲线加密算法）、Diffie-Hellman、El Gamal、DSA（数字签名用）
• Hash 算法：MD2、MD4、MD5、HAVAL、SHA-1、SHA256、SHA512、RipeMD、WHIRLPOOL、SHA3、HMAC

二、非对称加密工作过程

乙方生成一对密钥（公钥与私钥），并将公钥向甲方公开
甲方获取到公钥后，将需要传输的数据用公钥进行加密发送给乙方
乙方获取到甲方加密数据后，用私钥进行解密
在数据传输过程中，即使数据被攻击者截取并获取了公钥，攻击者也无法破解密文，因为只有乙方的私钥才能解密

三、签名

四、示例代码

<dependency>
    <groupId>org.bouncycastle</groupId>
    <artifactId>bcpkix-jdk15on</artifactId>
    <version>1.56</version>
</dependency>

package com.kimeng.weipan.utils;

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.util.encoders.Base64;

import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Security;
import java.security.Signature;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

import javax.crypto.Cipher;

/**
 * @author: 会跳舞的机器人
 * @date: 2017/9/18 15:00
 * @description: RSA工具类
 */
public class RSAUtil {
    /**
     * 定义加密方式
     */
    private final static String KEY_RSA = "RSA";
    /**
     * 定义签名算法
     */
    private final static String KEY_RSA_SIGNATURE = "MD5withRSA";
    /**
     * 定义公钥算法
     */
    private final static String KEY_RSA_PUBLICKEY = "RSAPublicKey";
    /**
     * 定义私钥算法
     */
    private final static String KEY_RSA_PRIVATEKEY = "RSAPrivateKey";

    static {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }

    /**
     * 初始化密钥
     */
    public static Map<String, Object> init() {
        Map<String, Object> map = null;
        try {
            KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_RSA);
            generator.initialize(2048);
            KeyPair keyPair = generator.generateKeyPair();
            // 公钥
            RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
            // 私钥
            RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
            // 将密钥封装为map
            map = new HashMap<>();
            map.put(KEY_RSA_PUBLICKEY, publicKey);
            map.put(KEY_RSA_PRIVATEKEY, privateKey);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return map;
    }

    /**
     * 公钥加密
     *
     * @param data 待加密数据
     * @param key  公钥
     */
    public static byte[] encryptByPublicKey(String data, String key) {
        byte[] result = null;
        try {
            byte[] bytes = decryptBase64(key);
            // 取得公钥
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytes);
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);
            PublicKey publicKey = factory.generatePublic(keySpec);
            // 对数据加密
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/None/PKCS1Padding", "BC");

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
            byte[] encode = cipher.doFinal(data.getBytes());
            // 再进行Base64加密
            result = Base64.encode(encode);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }

    /**
     * 私钥解密
     *
     * @param data 加密数据
     * @param key  私钥
     */
    public static String decryptByPrivateKey(byte[] data, String key) {
        String result = null;
        try {
            // 对私钥解密
            byte[] bytes = decryptBase64(key);
            // 取得私钥
            PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes);
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);
            PrivateKey privateKey = factory.generatePrivate(keySpec);
            // 对数据解密
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/None/PKCS1Padding", "BC");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
            // 先Base64解密
            byte[] decoded = Base64.decode(data);
            result = new String(cipher.doFinal(decoded));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }


    /**
     * 获取公钥
     */
    public static String getPublicKey(Map<String, Object> map) {
        String str = "";
        try {
            Key key = (Key) map.get(KEY_RSA_PUBLICKEY);
            str = encryptBase64(key.getEncoded());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return str;
    }

    /**
     * 获取私钥
     */
    public static String getPrivateKey(Map<String, Object> map) {
        String str = "";
        try {
            Key key = (Key) map.get(KEY_RSA_PRIVATEKEY);
            str = encryptBase64(key.getEncoded());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return str;
    }

    /**
     * 用私钥对信息生成数字签名
     *
     * @param data       加密数据
     * @param privateKey 私钥
     */
    public static String sign(byte[] data, String privateKey) {
        String str = "";
        try {
            // 解密由base64编码的私钥
            byte[] bytes = decryptBase64(privateKey);
            // 构造PKCS8EncodedKeySpec对象
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs = new PKCS8EncodedKeySpec(bytes);
            // 指定的加密算法
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);
            // 取私钥对象
            PrivateKey key = factory.generatePrivate(pkcs);
            // 用私钥对信息生成数字签名
            Signature signature = Signature.getInstance(KEY_RSA_SIGNATURE);
            signature.initSign(key);
            signature.update(data);
            str = encryptBase64(signature.sign());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return str;
    }

    /**
     * 校验数字签名
     *
     * @param data      加密数据
     * @param publicKey 公钥
     * @param sign      数字签名
     * @return 校验成功返回true，失败返回false
     */
    public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign) {
        boolean flag = false;
        try {
            // 解密由base64编码的公钥
            byte[] bytes = decryptBase64(publicKey);
            // 构造X509EncodedKeySpec对象
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(bytes);
            // 指定的加密算法
            KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_RSA);
            // 取公钥对象
            PublicKey key = factory.generatePublic(keySpec);
            // 用公钥验证数字签名
            Signature signature = Signature.getInstance(KEY_RSA_SIGNATURE);
            signature.initVerify(key);
            signature.update(data);
            flag = signature.verify(decryptBase64(sign));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return flag;
    }


    /**
     * BASE64 解密
     *
     * @param key 需要解密的字符串
     * @return 字节数组
     */
    public static byte[] decryptBase64(String key) throws Exception {
        return Base64.decode(key);
    }

    /**
     * BASE64 加密
     *
     * @param key 需要加密的字节数组
     * @return 字符串
     */
    public static String encryptBase64(byte[] key) throws Exception {
        return new String(Base64.encode(key));
    }


    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String publicKey;
        String privateKey;
        Map<String, Object> keyMap = RSAUtil.init();
        publicKey = RSAUtil.getPublicKey(keyMap);
        privateKey = RSAUtil.getPrivateKey(keyMap);
        System.out.println("公钥：\n\r" + publicKey);
        System.out.println("私钥：\n\r" + privateKey);

        System.out.println("公钥加密======私钥解密");
        String str = "会跳舞的机器人";
        byte[] enStr = RSAUtil.encryptByPublicKey(str, publicKey);
        String decStr = RSAUtil.decryptByPrivateKey(enStr, privateKey);
        System.out.println("加密前：" + str + "\n\r解密后：" + decStr);

        System.out.println("\n\r");
        System.out.println("私钥签名======公钥验证");
        String sign = RSAUtil.sign(str.getBytes(), privateKey);
        System.out.println("签名：\n\r" + sign);
        boolean flag = RSAUtil.verify(str.getBytes(), publicKey, sign);
        System.out.println("验签结果：\n\r" + flag);
    }
}

来源

RSA非对称加密算法