Java非对称加密RSA算法

简介：

公开密钥密码学（英语：Public-key cryptography）也称非对称式密码学（英语：Asymmetric cryptography）是密码学的一种算法。加密与解密使用不同的密钥,其中一个称之为公钥,对外公开,通常用于数据加密。另一个称之为私钥,是不能对外公布的,通常用于数据解密,这样使用公钥加密的数据即使被人非法截取,因为没有与之配对的私钥也不能对数据进行解密。

具体过程如下图：

优点：

较于对称算法有较高的安全性，主要是因为加密与解密采用不同的密钥，且无法通过一个密钥推导出另一个密钥,公钥加密的信息只能用同一方的私钥解密。

缺点：

算法非常复杂,导致加密大量数据的时候所用的时间比较长,加密后的报文比较长，会导致数据分片，不利于传输。

常用算法:

DH DSA RDA

RSA介绍：

是公开密钥系统的代表;

安全性:建立在具有大素数因子的合数，其因子分解困难这一法则之上;处理速度慢密钥管理:加解密过程中不必网络传输保密的密钥;密钥管理优于AES算法;

RSA加解密速度慢，不适合大量数据文件加密;

RSA原理：

RSA算法是一种基于数学原理的非对称加密算法，利用公钥加密、私钥解密的特性来保护数据安全和实现数字签名。

RSA(Rivest-Shamir-Adleman)是一种非对称加密算法，使用一对密钥(公和私)进行加密和解密操作。它是目前广泛应用于数据加密和数字签名领域的一种加密算法。RSA算法的原理基于两个数学问题：

1.大数分解:在给定一个大的合数的情况下，找到该合数的质因数。

2.模幂运算:计算一个数的指数次幂除以另一个数后的余数。

RSA算法的过程如下:

生成密钥对:首先生成一对密钥，分别是公钥和私钥。公钥可以公开，而私钥必须保密。

加密:使用公钥将明文进行加密。发送方使用公钥对明文进行加密得到密文。

解密:使用私钥将密文进行解密。接收方使用私钥对密文进行解密，还原出原始明文。在RSA算法中，公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。加密时，数据经过公钥加密后，只能通过对应的私钥进行解密。这种不对称的特性使得RSA算法在保护数据安全和实现数字签名方面具有重要的应用价值。 RSA算法的安全性基于大数分解问题的困难性，即要通过公钥找到私钥的计算复杂度远远高于通过私钥找到公钥。此外，RSA算法的安全性还依赖于合理选择的秘钥长度。

RSA应用

签名和验签的流程：

代码示例：

package com.gfc.test;

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

import javax.crypto.Cipher;
import java.security.*;

/**
 * RSA算法
 *
 * @author gfc
 * @date 2023/11/14 9:16
 */
public class EncryptAndDecrypt {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 明文字符串
        String plaintext = "Hello, world!";
        // 生成RSA密钥对
        KeyPair keyPair = generateRSAKeyPair();
        // 获取公钥和私钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        // 公钥加密
        byte[] encryptedBytes = encryptRSA(plaintext, publicKey);
        // 输出密文
        System.out.println("密文：" + new String(encryptedBytes));
        // 私钥解密
        String decryptedBytes = decryptRSA(encryptedBytes, privateKey);
        // 输出明文
        System.out.println("明文：" + decryptedBytes);
    }

    /**
     * 生成RSA密钥对
     *
     * @return RSA密钥对
     * @throws NoSuchAlgorithmException 理解和处理算法不存在异常
     */
    public static KeyPair generateRSAKeyPair() throws NoSuchAlgorithmException {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        // 初始化密钥对生成器，指定密钥长度为1024位
        final int keySize = 1024;
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyPairGenerator.initialize(keySize);
        return keyPairGenerator.generateKeyPair();
    }

    /**
     * 公钥加密
     *
     * @param plaintext 明文
     * @param publicKey 公钥
     * @return 密文
     * @throws Exception 异常
     */
    public static byte[] encryptRSA(String plaintext, PublicKey publicKey) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        return cipher.doFinal(plaintext.getBytes());
    }

    /**
     * @param ciphertext 密文
     * @param privateKey 私钥
     * @return 明文
     * @throws Exception 异常
     */
    public static String decryptRSA(byte[] ciphertext, PrivateKey privateKey) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(ciphertext);
        return new String(decryptedBytes);
    }
}

代码注意：

每次用公钥加密后，结果是不一致的，主要是在明文填充的时候有随机数验证算法的正确性:将生的私钥 copy，解密公加密结果，如果与最初的明文一致，则说明RSA算法运算正确!