非对称加密（RSA、DSA、ECC）

news/2024/7/8 4:32:39 标签: spring cloud

RSA

  • 目前最优秀的公钥方案，第一个能同时用于加密和数字签名的算法，能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击
  • 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，但对其进行因式分解却十分困难，所以可以将其乘积公开作为加密密钥
  • 密钥生成算法简述：
    （1）随机选择两个不相等的质数p和q（这两个质数越大，就越难被破解）
    （2）计算p和q的乘积n，n的二进制长度就是密钥的长度（实际应用中，RSA密钥1024位，重要场合为2048位）
    （3）计算n的欧拉函数φ(n)【φ(n) = (p-1)(q-1)】
    （4）随机选择一个整数e，条件是1< e < φ(n)，且e与φ(n) 互质
    （5）计算e对于φ(n)的模反元素d（模反元素是指有一个整数d,可以使ed被φ(n)除的余数为1）
    （6）将n和e封装成公钥，n和d封装成私钥
  • 使用公钥（n，e）加密
    假设明文为m(m必须为整数，且m必须小于n),根据公式计算密文c:　m^e ≡ c (mod n)
  • 使用私钥（n，d)解密
    c^d ≡ m (mod n),依次代入值后就可以计算出明文m

java使用Cipher进行RSA加密

import javax.crypto.Cipher;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.Base64;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class RSA {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //随机生成密钥对
            genKeyPair();
            System.out.println("随机生成的公钥为:" + keyMap.get(0));
            System.out.println("随机生成的私钥为：" + keyMap.get(1));
            //明文
            String message = "RSA是最好的非对称加密算法";
            System.out.println("待加密字符串：" + message);
            String encrypted = encrypt(message, keyMap.get(0));
            System.out.println("密文为：" + encrypted);

            //解密
            String decrypted = decrypt(encrypted, keyMap.get(1));
            System.out.println("解密后：" + decrypted);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    private static final String ALGORITHM = "RSA";
    private static Map<Integer, String> keyMap = new HashMap<>();

    /**
     * 随机生成密钥对
     */
    public static void genKeyPair() throws Exception {
        //基于RSA使用KeyPairGenerator生成密钥对
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
        //初始化密钥对生成器，密钥大小为96-1024位
        keyPairGen.initialize(1024, new SecureRandom());

        //生成一个密钥对，保存在keyPair中
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
        //获取私钥
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        //获取公钥
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        //得到公钥字符串
        String publicKeyString = Base64.getEncoder().encodeToString(publicKey.getEncoded());
        //得到私钥字符串
        String privateKeyString = Base64.getEncoder().encodeToString(privateKey.getEncoded());

        //将公钥和私钥保存到map
        keyMap.put(0, publicKeyString);
        keyMap.put(1, privateKeyString);
    }

    /**
     * 加密
     */
    public static String encrypt(String str,String publicKeyString) throws Exception{
        //base64编码的公钥
        byte[] decoded = Base64.getDecoder().decode(publicKeyString);
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) KeyFactory.getInstance(ALGORITHM).generatePublic(new X509EncodedKeySpec(decoded));
        //RSA加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        String outStr = Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
        return outStr;
    }

    /**
     * 解密
     */
    public static String decrypt(String str, String privateKeyString) throws Exception {
        byte[] inputBytes = Base64.getDecoder().decode(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        //base64编码的私钥
        byte[] decoded = Base64.getDecoder().decode(privateKeyString);
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) KeyFactory.getInstance(ALGORITHM).generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(decoded));
        //RSA解密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        String outStr = new String(cipher.doFinal(inputBytes));
        return outStr;
    }
}

DSA

  • DSA是一种更高级的验证方式，用作数字签名
  • 该算法不单单只有公钥、私钥还有数字签名，私钥加密生成数字签名，公钥验证数据及签名，如果数据和签名不匹配则认为验证失败
  • 数字签名的作用就是为了校验数据在传输过程中不被修改
  • DSA算法简述：
    （1）使用消息摘要算法将发送数据加密成数字摘要
    （2）发送方将数字摘要用自己的私钥加密，生成数字签名
    （3）将原文和加密的摘要同时传送给接收方
    （4）接收方用发送方的公钥对摘要解密，同时对收到的数据用消息摘要算法计算生成同一摘要
    （5）比对解密后的摘要和接收方自己生成的摘要，如果两者一致，则说明信息在传送过程中没有被破坏和篡改，否则，则说明信息已经失去了安全性和保密性
  • 可以看到的是DSA算法并不适合加密通信（因为它把原文未加密就直接发出去了），而是适用于验证信息是否被篡改过。

java使用DSA完成数字签名验证

import java.security.*;
import java.security.interfaces.DSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.DSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.Base64;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class DSA {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //生成密钥对
            initKey();
            //公钥
            byte[] publicKey = getPublicKey();
            //私钥
            byte[] privateKey = getPrivateKey();
            //待加密密文
            String originalStr = "DSA是最好的数字签名算法";
            System.out.println("待加密字符串：" + originalStr);
            //发送方通过私钥进行数字签名
            byte[] sign = sign(originalStr.getBytes(), privateKey);
            String signString = Base64.getEncoder().encodeToString(sign);
            System.out.println("签名为：" + signString);
            //接收方使用公钥验证签名
            boolean status = verify(originalStr.getBytes(), publicKey, Base64.getDecoder().decode(signString));
            System.out.println("状态：" + status);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //密钥算法
    public static final String KEY_ALGORITHM = "DSA";
    //数字签名算法
    public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "SHA1withDSA";
    //DSA密钥长度（必须是64的倍数）
    private static final int KEY_SIZE = 1024;
    //存储密钥的map
    private static Map<Integer, Object> keyMap = new HashMap<>();

    /**
     * 初始化密钥对
     */
    public static void initKey() throws Exception {
        //实例化密钥生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化密钥生成器
        keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE, new SecureRandom());
        //生成密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //公钥
        DSAPublicKey publicKey = (DSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        //私钥
        DSAPrivateKey privateKey = (DSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        //将密钥放入map
        keyMap.put(0, publicKey);
        keyMap.put(1, privateKey);
    }

    /**
     * 生成数字签名
     */
    public static byte[] sign(byte[] data,byte [] privateKey) throws Exception{
        //取得私钥
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8 = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //生成私钥
        PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8);
        //实例化签名
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        //初始化签名
        signature.initSign(priKey);
        //更新
        signature.update(data);
        return signature.sign();
    }

    /**
     * 校验数字签名
     */
    public static boolean verify(byte[] data, byte[] publicKey, byte[] sign) throws Exception {
        //转换公钥
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化公钥
        X509EncodedKeySpec x509 = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509);
        //实例化签名
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        //初始化签名
        signature.initVerify(pubKey);
        //更新
        signature.update(data);
        //验证
        return signature.verify(sign);
    }

    /**
     * 获取私钥
     */
    public static byte[] getPrivateKey() {
        Key key = (Key) keyMap.get(1);
        return key.getEncoded();
    }

    /**
     * 获取公钥
     */
    public static byte[] getPublicKey(){
        Key key = (Key) keyMap.get(0);
        return key.getEncoded();
    }
}

ECC

  • ECC相比其他非对称加密算法的优势在于它的密钥更小，RSA虽然安全级别高，但缺点也很明显，即加解密的耗时较长
  • 算法简述：
    （1）发送者选定一个椭圆曲线Ep(a,b),并取曲线上一点作为基点G
    （2）发送方选择一个d作为私钥，并生成公钥Q=dG
    （3）发送方将曲线Ep(a,b)和点G,Q一并发送给接收方
    （4）接收方收到消息后，将待传输的明文编码到曲线Ep(a,b)上的一点M,后随机选择一个整数k(k<n)
    （5）接收方计算点C1=M+kQ；C2=kG
    （6）接收方将C1,C2发给发送者
    （7）发送方接收到消息后，计算C1-dC2=M+kQ-d(kG)=M+k(dG)-d(kG)=M，得到点M，再对点M进行解码就得到明文。

由于Cipher不支持ECC代码，所以无了。


http://www.niftyadmin.cn/n/1756369.html

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