非对称加密之RSA是怎么加密的？

前几天刚刚说了这个 MD5 加密的前世今生，因为 MD5 也确实用的人不是很多了，就不再继续的一一赘述了，今天就给大家分享的，是非对称加密中的一种，那就是 RSA 加密算法。

对称加密和非对称加密

在说 RSA 之前，我们得先来说说这个什么事对称加密，什么又是非对称加密？

对称加密：指的就是加密和解密使用同一个秘钥，所以叫对称加密。对称加密只有一个秘钥，作为私钥。

非对称加密：指的是加密和解密使用不同的秘钥，一把作为公开的公钥，另一把作为私钥。公钥加密的信息，只有私钥才能解密。

那么对称加密和非对称加密之间又有什么区别呢？

• 对称加密中加密和解密使用的秘钥是同一个；非对称加密中采用两个密钥，一般使用公钥进行加密，私钥进行解密。
• 对称加密解密的速度比较快，非对称加密和解密花费的时间长、速度相对较慢。
• 对称加密的安全性相对较低，非对称加密的安全性较高。

今天我们来讲的就是非对称加密中的 RSA 加密。

RSA加密是什么？

RSA加密是一种非对称加密。可以在不直接传递密钥的情况下，完成解密。这能够确保信息的安全性，避免了直接传递密钥所造成的被破解的风险。是由一对密钥来进行加解密的过程，分别称为公钥和私钥。

通常情况下个人保存私钥，公钥是公开的（可能同时多人持有）。

虽然私钥是根据公钥决定的， 但是，我们是没有办法根据公钥来推算出私钥来的。

为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长。这就使加密的计算量很大。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要

RSA的加密过程

RSA的加密过程其实并不复杂，

（1）A生成一对密钥（公钥和私钥），私钥不公开，A自己保留。公钥为公开的，任何人可以获取。

（2）A传递自己的公钥给B，B用A的公钥对消息进行加密。

（3）A接收到B加密的消息，利用A自己的私钥对消息进行解密。

在这个过程中，只有2次传递过程，第一次是A传递公钥给B，第二次是B传递加密消息给A，即使都被其他人截获，也没有危险性，因为只有A的私钥才能对消息进行解密，防止了消息内容的泄露。

但是大家有没有想过，如果我们的消息被截获了，虽然没有被解密出来，但是如果说我们的公钥被拦截，然后将假指令进行加密，然后传递给A，这不就凉凉了？那数据是不是就不能称之为安全了？

不，RSA还有签名的过程。

签名过程如下：

（1）A生成一对密钥（公钥和私钥），私钥不公开，A自己保留。公钥为公开的，任何人可以获取。

（2）A用自己的私钥对消息加签，形成签名，并将加签的消息和消息本身一起传递给B。

（3）B收到消息后，在获取A的公钥进行验签，如果验签出来的内容与消息本身一致，证明消息是A回复的。

但是问题又来了，虽然截获的消息不能被篡改，但是消息的内容可以利用公钥验签来获得，并不能防止泄露。

那么应该怎么用呢？

其实这就显的并不是很好理解了 我们是不是可以这么设计：

A和B都有一套自己的公钥和私钥，当A要给B发送消息时，先用B的公钥对消息加密，再对加密的消息使用A的私钥加签名，达到既不泄露也不被篡改，更能保证消息的安全性。

那么 Java 代码怎么实现 RSA 的呢？代码如下：

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import javax.crypto.Cipher;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class TestRSA {

    /**
     * RSA最大加密明文大小
     */
    private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;

    /**
     * RSA最大解密密文大小
     */
    private static final int MAX_DECRYPT_BLOCK = 128;

    /**
     * 获取密钥对
     *
     * @return 密钥对
     */
    public static KeyPair getKeyPair() throws Exception {
        KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        generator.initialize(1024);
        return generator.generateKeyPair();
    }

    /**
     * 获取私钥
     *
     * @param privateKey 私钥字符串
     * @return
     */
    public static PrivateKey getPrivateKey(String privateKey) throws Exception {
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        byte[] decodedKey = Base64.decodeBase64(privateKey.getBytes());
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(decodedKey);
        return keyFactory.generatePrivate(keySpec);
    }

    /**
     * 获取公钥
     *
     * @param publicKey 公钥字符串
     * @return
     */
    public static PublicKey getPublicKey(String publicKey) throws Exception {
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        byte[] decodedKey = Base64.decodeBase64(publicKey.getBytes());
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(decodedKey);
        return keyFactory.generatePublic(keySpec);
    }

    /**
     * RSA加密
     *
     * @param data 待加密数据
     * @param publicKey 公钥
     * @return
     */
    public static String encrypt(String data, PublicKey publicKey) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        int inputLen = data.getBytes().length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offset = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 对数据分段加密
        while (inputLen - offset > 0) {
            if (inputLen - offset > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(data.getBytes(), offset, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(data.getBytes(), offset, inputLen - offset);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offset = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        // 获取加密内容使用base64进行编码,并以UTF-8为标准转化成字符串
        // 加密后的字符串
        return new String(Base64.encodeBase64String(encryptedData));
    }

    /**
     * RSA解密
     *
     * @param data 待解密数据
     * @param privateKey 私钥
     * @return
     */
    public static String decrypt(String data, PrivateKey privateKey) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        byte[] dataBytes = Base64.decodeBase64(data);
        int inputLen = dataBytes.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offset = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 对数据分段解密
        while (inputLen - offset > 0) {
            if (inputLen - offset > MAX_DECRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(dataBytes, offset, MAX_DECRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(dataBytes, offset, inputLen - offset);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offset = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] decryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        // 解密后的内容
        return new String(decryptedData, "UTF-8");
    }

    /**
     * 签名
     *
     * @param data 待签名数据
     * @param privateKey 私钥
     * @return 签名
     */
    public static String sign(String data, 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(data.getBytes());
        return new String(Base64.encodeBase64(signature.sign()));
    }

    /**
     * 验签
     *
     * @param srcData 原始字符串
     * @param publicKey 公钥
     * @param sign 签名
     * @return 是否验签通过
     */
    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(Base64.decodeBase64(sign.getBytes()));
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 生成密钥对
            KeyPair keyPair = getKeyPair();
            String privateKey = new String(Base64.encodeBase64(keyPair.getPrivate().getEncoded()));
            String publicKey = new String(Base64.encodeBase64(keyPair.getPublic().getEncoded()));
            System.out.println("私钥:" + privateKey);
            System.out.println("公钥:" + publicKey);
            // RSA加密
            String data = "待加密的文字内容";
            String encryptData = encrypt(data, getPublicKey(publicKey));
            System.out.println("加密后内容:" + encryptData);
            // RSA解密
            String decryptData = decrypt(encryptData, getPrivateKey(privateKey));
            System.out.println("解密后内容:" + decryptData);

            // RSA签名
            String sign = sign(data, getPrivateKey(privateKey));
            // RSA验签
            boolean result = verify(data, getPublicKey(publicKey), sign);
            System.out.print("验签结果:" + result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.print("加解密异常");
        }
    }
}
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同样，当我们看到 RSA 的 Java实现的时候，我们就看到了他的缺点，上来就先定义最大加密明文大小和最大解密密文大小，那么这个 117 是怎么来的？

Java 默认的 RSA 加密实现不允许明文长度超过密钥长度减去 11(单位是字节，也就是 byte)。也就是说，如果我们定义的密钥(我们可以通过 java.security.KeyPairGenerator.initialize(int keysize) 来定义密钥长度)长度为 1024(单位是位，也就是 bit)，生成的密钥长度就是 1024位 / 8位/字节 = 128字节，那么我们需要加密的明文长度不能超过 128字节 -11 字节 = 117字节。也就是说，我们最大能将 117 字节长度的明文进行加密，否则会出问题( javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 53 bytes 的异常)。

那么我们使用 RSA 的时候应该注意什么内容呢？

• 1.加密的系统不要具备解密的功能，否则 RSA 可能不太合适，

因为这样即使黑客攻破了加密系统，他拿到的也只是一堆无法破解的密文数据。

• 2.生成密文的长度和明文长度无关，但明文长度不能超过密钥长度

不管明文长度是多少，RSA 生成的密文长度总是固定的。但是明文长度不能超过密钥长度。

也就是上面说的那个117字节数，不然就只能等着出现异常了。