Java中使用OpenSSL生成的RSA公私钥进行数据加解密
RSA是什么:RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman在(美国麻省理工学院)开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法,它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击,已被ISO推荐为公钥数据加密标准。目前该加密方式广泛用于网上银行、数字签名等场合。RSA算法基于一个十分简单的数论事实:将两个大素数相乘十分容易,但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难,因此可以将乘积公开作为加密密钥。
OpenSSL是什么:众多的密码算法、公钥基础设施标准以及SSL协议,或许这些有趣的功能会让你产生实现所有这些算法和标准的想法。果真如此,在对你表示敬佩的同时,还是忍不住提醒你:这是一个令人望而生畏的过程。这个工作不再是简单的读懂几本密码学专著和协议文档那么简单,而是要理解所有这些算法、标准和协议文档的每一个细节,并用你可能很熟悉的C语言字符一个一个去实现这些定义和过程。我们不知道你将需要多少时间来完成这项有趣而可怕的工作,但肯定不是一年两年的问题。OpenSSL就是由Eric A. Young和Tim J. Hudson两位绝世大好人自1995年就开始编写的集合众多安全算法的算法集合。通过命令或者开发库,我们可以轻松实现标准的公开算法应用。
我的一个假设应用背景:
随着移动互联网的普及,为移动设备开发的应用也层出不穷。这些应用往往伴随着用户注册与密码验证的功能。”网络传输“、”应用程序日志访问“中的安全性都存在着隐患。密码作为用户的敏感数据,特别需要开发者在应用上线之前做好安全防范。处理不当,可能会造成诸如商业竞争对手的恶意攻击、第三方合作商的诉讼等问题。
RSA算法虽然有这么多好处,但是在网上找不到一个完整的例子来说明如何操作。下面我就来介绍一下:
一、使用OpenSSL来生成私钥和公钥
我使用的是Linux系统,已经安装了OpenSSL软件包,此时请验证你的机器上已经安装了OpenSSL,运行命令应当出现如下信息:
[root@chaijunkun ~]# openssl version -a OpenSSL 1.0.0-fips 29 Mar 2010 built on: Wed Jan 25 02:17:15 GMT 2012 platform: linux-x86_64 options: bn(64,64) md2(int) rc4(16x,int) des(idx,cisc,16,int) blowfish(idx) compiler: gcc -fPIC -DOPENSSL_PIC -DZLIB -DOPENSSL_THREADS -D_REENTRANT -DDSO_DLFCN -DHAVE_DLFCN_H -DKRB5_MIT -m64 -DL_ENDIAN -DTERMIO -Wall -O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector --param=ssp-buffer-size=4 -m64 -mtune=generic -Wa,--noexecstack -DMD32_REG_T=int -DOPENSSL_IA32_SSE2 -DOPENSSL_BN_ASM_MONT -DSHA1_ASM -DSHA256_ASM -DSHA512_ASM -DMD5_ASM -DAES_ASM -DWHIRLPOOL_ASM OPENSSLDIR: "/etc/pki/tls" engines: aesni dynamic
先来生成私钥:
[root@chaijunkun ~]# openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 1024 Generating RSA private key,1024 bit long modulus .......................++++++ ..++++++ e is 65537 (0x10001)
这条命令让openssl随机生成了一份私钥,加密长度是1024位。加密长度是指理论上最大允许”被加密的信息“长度的限制,也就是明文的长度限制。随着这个参数的增大(比方说2048),允许的明文长度也会增加,但同时也会造成计算复杂度的极速增长。一般推荐的长度就是1024位(128字节)。
我们来看一下私钥的内容:
[root@chaijunkun ~]# cat rsa_private_key.pem -----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- MIICWwIBAAKBgQChDzcjw/rWgFwnxunbKp7/4e8w/UmXx2jk6qEEn69t6N2R1i/L mcyDT1xr/T2AHGOiXNQ5V8W4iCaaeNawi7aJaRhtVx1uOH/2U378fscEESEG8XDq ll0GCfB1/TjKI2aitVSzXOtRs8kYgGU78f7VmDNgXIlk3gdhnzh+uoEQywIDAQAB AoGAaeKk76CSsp7k90mwyWP18GhLZru+vEhfT9BpV67cGLg1owFbntFYQSPVsTFm U2lWn5HD/IcV+EGaj4fOLXdM43Kt4wyznoABSZCKKxs6uRciu8nQaFNUy4xVeOfX PHU2TE7vi4LDkw9df1fya+DScSLnaDAUN3OHB5jqGL+Ls5ECQQDUfuxXN3uqGYKk znrKj0j6pY27HRfROMeHgxbjnnApCQ71SzjqAM77R3wIlKfh935OIV0aQC4jQRB4 iHYSLl9lAkEAwgh4jxxXeIAufMsgjOi3qpJqGvumKX0W96McpCwV3Fsew7W1/msi suTkJp5BBvjFvFwfMAHYlJdP7W+nEBWkbwJAYbz/eB5NAzA4pxVR5VmCd8cuKaJ4 EgPLwsjI/mkhrb484xZ2VyuICIwYwNmfXpA3yDgQWsKqdgy3Rrl9lV8/AQJAcjLi IfigUr++nJxA8C4Xy0CZSoBJ76k710wdE1MPGr5WgQF1t+P+bCPjVAdYZm4Mkyv0 /yBXBD16QVixjvnt6QJABli6Zx9GYRWnu6AKpDAHd8QjWOnnNfNLQHue4WepEvkm CysG+IBs2GgsXNtrzLWJLFx7VHmpqNTTC8yNmX1KFw== -----END RSA PRIVATE KEY-----
内容都是标准的ASCII字符,开头一行和结尾一行有明显的标记,真正的私钥数据是中间的不规则字符。
2015年3月24日补充:密钥文件最终将数据通过Base64编码进行存储。可以看到上述密钥文件内容每一行的长度都很规律。这是由于RFC2045中规定:The encoded output stream must be represented in lines of no more than 76 characters each。也就是说Base64编码的数据每行最多不超过76字符,对于超长数据需要按行分割。
接下来根据私钥生成公钥:
[root@chaijunkun ~]# openssl rsa -in rsa_private_key.pem -out rsa_public_key.pem -pubout writing RSA key
再来看一下公钥的内容:
[root@chaijunkun ~]# cat rsa_public_ley.pem -----BEGIN PUBLIC KEY----- MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQChDzcjw/rWgFwnxunbKp7/4e8w /UmXx2jk6qEEn69t6N2R1i/LmcyDT1xr/T2AHGOiXNQ5V8W4iCaaeNawi7aJaRht Vx1uOH/2U378fscEESEG8XDqll0GCfB1/TjKI2aitVSzXOtRs8kYgGU78f7VmDNg XIlk3gdhnzh+uoEQywIDAQAB -----END PUBLIC KEY-----
这时候的私钥还不能直接被使用,需要进行PKCS#8编码:
[root@chaijunkun ~]# openssl pkcs8 -topk8 -in rsa_private_key.pem -out pkcs8_rsa_private_key.pem -nocrypt
命令中指明了输入私钥文件为rsa_private_key.pem,输出私钥文件为pkcs8_rsa_private_key.pem,不采用任何二次加密(-nocrypt)
再来看一下,编码后的私钥文件是不是和之前的私钥文件不同了:
[root@chaijunkun ~]# cat pkcs8_rsa_private_key.pem
-----BEGIN PRIVATE KEY----- MIICdQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAl8wggJbAgEAAoGBAKEPNyPD+taAXCfG 6dsqnv/h7zD9SZfHaOTqoQSfr23o3ZHWL8uZzINPXGv9PYAcY6Jc1DlXxbiIJpp4 1rCLtolpGG1XHW44f/ZTfvx+xwQRIQbxcOqWXQYJ8HX9OMojZqK1VLNc61GzyRiA ZTvx/tWYM2BciWTeB2GfOH66gRDLAgMBAAECgYBp4qTvoJKynuT3SbDJY/XwaEtm u768SF9P0GlXrtwYuDWjAVue0VhBI9WxMWZTaVafkcP8hxX4QZqPh84td0zjcq3j DLOegAFJkIorGzq5FyK7ydBoU1TLjFV459c8dTZMTu+LgsOTD11/V/Jr4NJxIudo MBQ3c4cHmOoYv4uzkQJBANR+7Fc3e6oZgqTOesqPSPqljbsdF9E4x4eDFuOecCkJ DvVLOOoAzvtHfAiUp+H3fk4hXRpALiNBEHiIdhIuX2UCQQDCCHiPHFd4gC58yyCM 6Leqkmoa+6YpfRb3oxykLBXcWx7DtbX+ayKy5OQmnkEG+MW8XB8wAdiUl0/tb6cQ FaRvAkBhvP94Hk0DMDinFVHlWYJ3xy4pongSA8vCyMj+aSGtvjzjFnZXK4gIjBjA 2Z9ekDfIOBBawqp2DLdGuX2VXz8BAkByMuIh+KBSv76cnEDwLhfLQJlKgEnvqTvX TB0TUw8avlaBAXW34/5sI+NUB1hmbgyTK/T/IFcEPXpBWLGO+e3pAkAGWLpnH0Zh Fae7oAqkMAd3xCNY6ec180tAe57hZ6kS+SYLKwb4gGzYaCxc22vMtYksXHtUeamo 1NMLzI2ZfUoX -----END PRIVATE KEY-----
至此,可用的密钥对已经生成好了,私钥使用pkcs8_rsa_private_key.pem,公钥采用rsa_public_key.pem。
2014年5月20日补充:最近又遇到RSA加密的需求了,而且对方要求只能使用第一步生成的未经过PKCS#8编码的私钥文件。后来查看相关文献得知第一步生成的私钥文件编码是PKCS#1格式,这种格式Java其实是支持的,只不过多写两行代码而已:
RSAPrivateKeyStructure asn1PrivKey = new RSAPrivateKeyStructure((ASN1Sequence) ASN1Sequence.fromByteArray(priKeyData)); RSAPrivateKeySpec rsaPrivKeySpec = new RSAPrivateKeySpec(asn1PrivKey.getModulus(),asn1PrivKey.getPrivateExponent()); KeyFactory keyFactory= KeyFactory.getInstance("RSA"); PrivateKey priKey= keyFactory.generatePrivate(rsaPrivKeySpec);
首先将PKCS#1的私钥文件读取出来(注意去掉减号开头的注释内容),然后使用Base64解码读出的字符串,便得到priKeyData,也就是第一行代码中的参数。最后一行得到了私钥。接下来的用法就没什么区别了。
参考文献:https://community.Oracle.com/thread/1529240?start=0&tstart=0
二、编写Java代码实际测试
2012年2月23日补充:在标准JDK中只是规定了JCE(JCE (Java Cryptography Extension) 是一组包,它们提供用于加密、密钥生成和协商以及 Message Authentication Code(MAC)算法的框架和实现。它提供对对称、不对称、块和流密码的加密支持,它还支持安全流和密封的对象。)接口,但是内部实现需要自己或者第三方提供。因此我们这里使用bouncycastle的开源的JCE实现包,下载地址:http://bouncycastle.org/latest_releases.html,我使用的是bcprov-jdk16-146.jar,这是在JDK1.6环境下使用的。如果需要其他JDK版本下的实现,可以在之前的下载页面中找到对应版本。
下面来看一下我实现的代码:
package net.csdn.blog.chaijunkun; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.InputStreamReader; import java.security.InvalidKeyException; import java.security.KeyFactory; import java.security.KeyPair; import java.security.KeyPairGenerator; import java.security.NoSuchAlgorithmException; import java.security.SecureRandom; import java.security.interfaces.RSAPrivateKey; import java.security.interfaces.RSAPublicKey; import java.security.spec.InvalidKeySpecException; import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; import java.security.spec.X509EncodedKeySpec; import javax.crypto.BadPaddingException; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.IllegalBlockSizeException; import javax.crypto.NoSuchPaddingException; import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider; import sun.misc.BASE64Decoder; public class RSAEncrypt { private static final String DEFAULT_PUBLIC_KEY= "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQChDzcjw/rWgFwnxunbKp7/4e8w" + "\r" + "/UmXx2jk6qEEn69t6N2R1i/LmcyDT1xr/T2AHGOiXNQ5V8W4iCaaeNawi7aJaRht" + "\r" + "Vx1uOH/2U378fscEESEG8XDqll0GCfB1/TjKI2aitVSzXOtRs8kYgGU78f7VmDNg" + "\r" + "XIlk3gdhnzh+uoEQywIDAQAB" + "\r"; private static final String DEFAULT_PRIVATE_KEY= "MIICdQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAl8wggJbAgEAAoGBAKEPNyPD+taAXCfG" + "\r" + "6dsqnv/h7zD9SZfHaOTqoQSfr23o3ZHWL8uZzINPXGv9PYAcY6Jc1DlXxbiIJpp4" + "\r" + "1rCLtolpGG1XHW44f/ZTfvx+xwQRIQbxcOqWXQYJ8HX9OMojZqK1VLNc61GzyRiA" + "\r" + "ZTvx/tWYM2BciWTeB2GfOH66gRDLAgMBAAECgYBp4qTvoJKynuT3SbDJY/XwaEtm" + "\r" + "u768SF9P0GlXrtwYuDWjAVue0VhBI9WxMWZTaVafkcP8hxX4QZqPh84td0zjcq3j" + "\r" + "DLOegAFJkIorGzq5FyK7ydBoU1TLjFV459c8dTZMTu+LgsOTD11/V/Jr4NJxIudo" + "\r" + "MBQ3c4cHmOoYv4uzkQJBANR+7Fc3e6oZgqTOesqPSPqljbsdF9E4x4eDFuOecCkJ" + "\r" + "DvVLOOoAzvtHfAiUp+H3fk4hXRpALiNBEHiIdhIuX2UCQQDCCHiPHFd4gC58yyCM" + "\r" + "6Leqkmoa+6YpfRb3oxykLBXcWx7DtbX+ayKy5OQmnkEG+MW8XB8wAdiUl0/tb6cQ" + "\r" + "FaRvAkBhvP94Hk0DMDinFVHlWYJ3xy4pongSA8vCyMj+aSGtvjzjFnZXK4gIjBjA" + "\r" + "2Z9ekDfIOBBawqp2DLdGuX2VXz8BAkByMuIh+KBSv76cnEDwLhfLQJlKgEnvqTvX" + "\r" + "TB0TUw8avlaBAXW34/5sI+NUB1hmbgyTK/T/IFcEPXpBWLGO+e3pAkAGWLpnH0Zh" + "\r" + "Fae7oAqkMAd3xCNY6ec180tAe57hZ6kS+SYLKwb4gGzYaCxc22vMtYksXHtUeamo" + "\r" + "1NMLzI2ZfUoX" + "\r"; /** * 私钥 */ private RSAPrivateKey privateKey; /** * 公钥 */ private RSAPublicKey publicKey; /** * 字节数据转字符串专用集合 */ private static final char[] HEX_CHAR= {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','a','b','c','d','e','f'}; /** * 获取私钥 * @return 当前的私钥对象 */ public RSAPrivateKey getPrivateKey() { return privateKey; } /** * 获取公钥 * @return 当前的公钥对象 */ public RSAPublicKey getPublicKey() { return publicKey; } /** * 随机生成密钥对 */ public void genKeyPair(){ KeyPairGenerator keyPairGen= null; try { keyPairGen= KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { e.printStackTrace(); } keyPairGen.initialize(1024,new SecureRandom()); KeyPair keyPair= keyPairGen.generateKeyPair(); this.privateKey= (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate(); this.publicKey= (RSAPublicKey) keyPair.getPublic(); } /** * 从文件中输入流中加载公钥 * @param in 公钥输入流 * @throws Exception 加载公钥时产生的异常 */ public void loadPublicKey(InputStream in) throws Exception{ try { BufferedReader br= new BufferedReader(new InputStreamReader(in)); String readLine= null; StringBuilder sb= new StringBuilder(); while((readLine= br.readLine())!=null){ if(readLine.charAt(0)=='-'){ continue; }else{ sb.append(readLine); sb.append('\r'); } } loadPublicKey(sb.toString()); } catch (IOException e) { throw new Exception("公钥数据流读取错误"); } catch (NullPointerException e) { throw new Exception("公钥输入流为空"); } } /** * 从字符串中加载公钥 * @param publicKeyStr 公钥数据字符串 * @throws Exception 加载公钥时产生的异常 */ public void loadPublicKey(String publicKeyStr) throws Exception{ try { BASE64Decoder base64Decoder= new BASE64Decoder(); byte[] buffer= base64Decoder.decodeBuffer(publicKeyStr); KeyFactory keyFactory= KeyFactory.getInstance("RSA"); X509EncodedKeySpec keySpec= new X509EncodedKeySpec(buffer); this.publicKey= (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { throw new Exception("无此算法"); } catch (InvalidKeySpecException e) { throw new Exception("公钥非法"); } catch (IOException e) { throw new Exception("公钥数据内容读取错误"); } catch (NullPointerException e) { throw new Exception("公钥数据为空"); } } /** * 从文件中加载私钥 * @param keyFileName 私钥文件名 * @return 是否成功 * @throws Exception */ public void loadPrivateKey(InputStream in) throws Exception{ try { BufferedReader br= new BufferedReader(new InputStreamReader(in)); String readLine= null; StringBuilder sb= new StringBuilder(); while((readLine= br.readLine())!=null){ if(readLine.charAt(0)=='-'){ continue; }else{ sb.append(readLine); sb.append('\r'); } } loadPrivateKey(sb.toString()); } catch (IOException e) { throw new Exception("私钥数据读取错误"); } catch (NullPointerException e) { throw new Exception("私钥输入流为空"); } } public void loadPrivateKey(String privateKeyStr) throws Exception{ try { BASE64Decoder base64Decoder= new BASE64Decoder(); byte[] buffer= base64Decoder.decodeBuffer(privateKeyStr); PKCS8EncodedKeySpec keySpec= new PKCS8EncodedKeySpec(buffer); KeyFactory keyFactory= KeyFactory.getInstance("RSA"); this.privateKey= (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { throw new Exception("无此算法"); } catch (InvalidKeySpecException e) { throw new Exception("私钥非法"); } catch (IOException e) { throw new Exception("私钥数据内容读取错误"); } catch (NullPointerException e) { throw new Exception("私钥数据为空"); } } /** * 加密过程 * @param publicKey 公钥 * @param plainTextData 明文数据 * @return * @throws Exception 加密过程中的异常信息 */ public byte[] encrypt(RSAPublicKey publicKey,byte[] plainTextData) throws Exception{ if(publicKey== null){ throw new Exception("加密公钥为空,请设置"); } Cipher cipher= null; try { cipher= Cipher.getInstance("RSA",new BouncyCastleProvider()); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,publicKey); byte[] output= cipher.doFinal(plainTextData); return output; } catch (NoSuchAlgorithmException e) { throw new Exception("无此加密算法"); } catch (NoSuchPaddingException e) { e.printStackTrace(); return null; }catch (InvalidKeyException e) { throw new Exception("加密公钥非法,请检查"); } catch (IllegalBlockSizeException e) { throw new Exception("明文长度非法"); } catch (BadPaddingException e) { throw new Exception("明文数据已损坏"); } } /** * 解密过程 * @param privateKey 私钥 * @param cipherData 密文数据 * @return 明文 * @throws Exception 解密过程中的异常信息 */ public byte[] decrypt(RSAPrivateKey privateKey,byte[] cipherData) throws Exception{ if (privateKey== null){ throw new Exception("解密私钥为空,new BouncyCastleProvider()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey); byte[] output= cipher.doFinal(cipherData); return output; } catch (NoSuchAlgorithmException e) { throw new Exception("无此解密算法"); } catch (NoSuchPaddingException e) { e.printStackTrace(); return null; }catch (InvalidKeyException e) { throw new Exception("解密私钥非法,请检查"); } catch (IllegalBlockSizeException e) { throw new Exception("密文长度非法"); } catch (BadPaddingException e) { throw new Exception("密文数据已损坏"); } } /** * 字节数据转十六进制字符串 * @param data 输入数据 * @return 十六进制内容 */ public static String byteArrayToString(byte[] data){ StringBuilder stringBuilder= new StringBuilder(); for (int i=0; i<data.length; i++){ //取出字节的高四位 作为索引得到相应的十六进制标识符 注意无符号右移 stringBuilder.append(HEX_CHAR[(data[i] & 0xf0)>>> 4]); //取出字节的低四位 作为索引得到相应的十六进制标识符 stringBuilder.append(HEX_CHAR[(data[i] & 0x0f)]); if (i<data.length-1){ stringBuilder.append(' '); } } return stringBuilder.toString(); } public static void main(String[] args){ RSAEncrypt rsaEncrypt= new RSAEncrypt(); //rsaEncrypt.genKeyPair(); //加载公钥 try { rsaEncrypt.loadPublicKey(RSAEncrypt.DEFAULT_PUBLIC_KEY); System.out.println("加载公钥成功"); } catch (Exception e) { System.err.println(e.getMessage()); System.err.println("加载公钥失败"); } //加载私钥 try { rsaEncrypt.loadPrivateKey(RSAEncrypt.DEFAULT_PRIVATE_KEY); System.out.println("加载私钥成功"); } catch (Exception e) { System.err.println(e.getMessage()); System.err.println("加载私钥失败"); } //测试字符串 String encryptStr= "Test String chaijunkun"; try { //加密 byte[] cipher = rsaEncrypt.encrypt(rsaEncrypt.getPublicKey(),encryptStr.getBytes()); //解密 byte[] plainText = rsaEncrypt.decrypt(rsaEncrypt.getPrivateKey(),cipher); System.out.println("密文长度:"+ cipher.length); System.out.println(RSAEncrypt.byteArrayToString(cipher)); System.out.println("明文长度:"+ plainText.length); System.out.println(RSAEncrypt.byteArrayToString(plainText)); System.out.println(new String(plainText)); } catch (Exception e) { System.err.println(e.getMessage()); } } }