Golang RSA 生成密钥、加密、解密、签名与验签

1.RSA

RSA 是最常用的非对称加密算法，由 Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman 于1977 年在麻省理工学院工作时提出，RSA 是三者姓氏首字母的拼接。

它的基本原理涉及到数学中的大整数因数分解问题，即将一个大的合数（通常是一个极大数字）分解为其素数因子。RSA 算法的安全性基于这个问题的难解性，目前还没有高效的方法可以在合理的时间内分解大整数。

RSA 支持变长密钥非对称加密，需要加密的文件块的长度也是可变的。

2.Golang 实现 RSA

Golang 标准库在 crypto/rsa 包实现了 RSA。

下面将利用 Golang 标准库相演示 RSA 生成密钥、加密、解密、签名与验签等操作。

生成密钥

// GenRsaKey generates an PKCS#1 RSA keypair of the given bit size in PEM format.
func GenRsaKey(bits int) (prvkey, pubkey []byte, err error) {
	// Generates private key.
	privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, bits)
	if err != nil {
		return
	}
	derStream := x509.MarshalPKCS1PrivateKey(privateKey)
	block := &pem.Block{
		Type:  "RSA PRIVATE KEY",
		Bytes: derStream,
	}
	prvkey = pem.EncodeToMemory(block)

	// Generates public key from private key.
	publicKey := &privateKey.PublicKey
	derPkix, err := x509.MarshalPKIXPublicKey(publicKey)
	if err != nil {
		return
	}
	block = &pem.Block{
		Type:  "RSA PUBLIC KEY",
		Bytes: derPkix,
	}
	pubkey = pem.EncodeToMemory(block)
	return
}
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加密

RSA 是一个非对称加密算法，虽然私钥也可以用于加密数据，但因为公钥是对外的，所以加密数据的意义不大，因为知道公钥的所有人都能解密。

所以常见的做法是是用公钥加密数据，私钥解密数据。而私钥则用户签名，公钥用于验签。

// RsaEncrypt encrypts data using rsa public key.
func RsaEncrypt(pubkey, data []byte) ([]byte, error) {
	block, _ := pem.Decode(pubkey)
	if block == nil {
		return nil, errors.New("decode public key error")
	}
	pub, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return rsa.EncryptPKCS1v15(rand.Reader, pub.(*rsa.PublicKey), data)
}
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解密

// RsaDecrypt decrypts data using rsa private key.
func RsaDecrypt(prvkey, cipher []byte) ([]byte, error) {
	block, _ := pem.Decode(prvkey)
	if block == nil {
		return nil, errors.New("decode private key error")
	}
	prv, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return rsa.DecryptPKCS1v15(rand.Reader, prv, cipher)
}
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签名

// RsaSign signs using private key in PEM format.
func RsaSign(prvkey []byte, hash crypto.Hash, data []byte) ([]byte, error) {
	block, _ := pem.Decode(prvkey)
	if block == nil {
		return nil, errors.New("decode private key error")
	}
	privateKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	// MD5 and SHA1 are not supported as they are not secure.
	var hashed []byte
	switch hash {
	case crypto.SHA224:
		h := sha256.Sum224(data)
		hashed = h[:]
	case crypto.SHA256:
		h := sha256.Sum256(data)
		hashed = h[:]
	case crypto.SHA384:
		h := sha512.Sum384(data)
		hashed = h[:]
	case crypto.SHA512:
		h := sha512.Sum512(data)
		hashed = h[:]
	}
	return rsa.SignPKCS1v15(rand.Reader, privateKey, hash, hashed)
}
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验签

// RsaVerifySign verifies signature using public key in PEM format.
// A valid signature is indicated by returning a nil error.
func RsaVerifySign(pubkey []byte, hash crypto.Hash, data, sig []byte) error {
	block, _ := pem.Decode(pubkey)
	if block == nil {
		return errors.New("decode public key error")
	}
	pub, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
	if err != nil {
		return err
	}

	// SHA1 and MD5 are not supported as they are not secure.
	var hashed []byte
	switch hash {
	case crypto.SHA224:
		h := sha256.Sum224(data)
		hashed = h[:]
	case crypto.SHA256:
		h := sha256.Sum256(data)
		hashed = h[:]
	case crypto.SHA384:
		h := sha512.Sum384(data)
		hashed = h[:]
	case crypto.SHA512:
		h := sha512.Sum512(data)
		hashed = h[:]
	}
	return rsa.VerifyPKCS1v15(pub.(*rsa.PublicKey), hash, hashed, sig)
}
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3.dablelv/cyan

以上函数已放置 Golang 实用函数库 dablelv/cyan，欢迎大家 import 使用。

package main

import (
	stdcrypto "crypto"
	"fmt"

	"github.com/dablelv/cyan/crypto"
)

func main() {
	prvkey, pubkey, err := crypto.GenRsaKey(2048)
	if err != nil {
		panic(err)
	}

	data := []byte("foo")

	// Encrypt data.
	cipher, err := crypto.RsaEncrypt(pubkey, data)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	if len(cipher) != 2048/8 {
		panic("cipher len not equal to key length")
	}

	// Decrypt data.
	plain, err := crypto.RsaDecrypt(prvkey, cipher)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	if string(data) == string(plain) {
		fmt.Printf("rsa encrypt and decrypt succeeded, data:%v plain:%v\n", string(data), string(plain))
	}

	// Using SHA256 to hash msg and then use rsa private key to sign.
	sig, err := crypto.RsaSign(prvkey, stdcrypto.SHA256, data)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	if len(sig) != 2048/8 {
		panic("signature len not equal to key length")
	}

	// Using public key to verify signature.
	err = crypto.RsaVerifySign(pubkey, stdcrypto.SHA256, data, sig)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	fmt.Println("verify signature succeeded")
}
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运行输出：

rsa encrypt and decrypt succeeded, data:foo plain:foo
verify signature succeeded
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参考文献

rsa.com
一文读懂 HTTPS 背后的加密知识