JAVA加密系列（三）- 非对称加密算法 RSA、DSA

非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey:简称公钥）和私有密钥（privatekey:简称私钥）。公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是：甲方生成一对密钥并将公钥公开，需要向甲方发送信息的其他角色(乙方)使用该密钥(甲方的公钥)对机密信息进行加密后再发送给甲方；甲方再用自己私钥对加密后的信息进行解密。甲方想要回复乙方时正好相反，使用乙方的公钥对数据进行加密，同理，乙方使用自己的私钥来进行解密。

算法介绍

常见算法

RSA 第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现今的三十多年里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，截止2017年被普遍认为是最优秀的公钥方案之一。
DSA Elgamal和Schnorr数字签名的一个变种，DSA数字签名优于Elgamal数字签名的地方在于它的签名长度较短，并且某些可以破解Elgamal方案的攻击不适用DSA数字签名
ECC 椭圆曲线密码编码学，是目前已知的公钥体制中，对每比特所提供加密强度最高的一种体制。在软件注册保护方面起到很大的作用，一般的序列号通常由该算法产生。
Elgamal 其基础是DiffieˉHellman密钥交换算法，应对中间人攻击时非常脆弱。

RSA

X509EncodedKeySpec和PKCS8EncodedKeySpec分别对应值公钥和私钥的规范想对算法编码和规范有更多了解的可以更深入的学习，以下例子只展示最简单的使用

public class RSAUtil {

    //必须16位  否则会报错  偏移量
    private static String IV = "asdfgh1234567890";
    //钥匙  必须16位
    private static String PUBLIC_KEY = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCA6exxuVOdLvxb6u+Gf5FvZD6zGO1sqDbW7zBgga/8LVZBktaljn0OzCjQKbfe/AQgyh/nIVi1zFO1+FC9cGSiWPGo1uX9kY5Chm0MS8UhtNfO13sOD0U/47MMOduuQ3WP+EJ0wFRvpzyGAp0vKqfCj3Hyrtaf8o7CqTGoLV7G7QIDAQAB";
    private static String PRIVATE_KEY = "MIICdwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAmEwggJdAgEAAoGBAIDp7HG5U50u/Fvq74Z/kW9kPrMY7WyoNtbvMGCBr/wtVkGS1qWOfQ7MKNApt978BCDKH+chWLXMU7X4UL1wZKJY8ajW5f2RjkKGbQxLxSG0187Xew4PRT/jsww5265DdY/4QnTAVG+nPIYCnS8qp8KPcfKu1p/yjsKpMagtXsbtAgMBAAECgYBXf+94BWWmg9TQgvdPYFkTtYQFRj8pCEgovTMl3gDYduFcItHEj6F8oMB3AkoGdSJMK0VaOT0gMG8FTWVoH9h9iSM5uu/wsqr7mFI13+18bGFNv0OotV4UNpvlXqSksoRmetZDtaDPhO9/6anD1zY8VrJMXzJfJXhNdGFArEjpwQJBAOBsvzNDy1w/QtLobDm+TSOVVNtoPMO5qddR5PRnRWtpKASY4dQDl/KPa1fDrNp3oGfqA5FPLrQCmd6502Mvmn0CQQCTDRgarAuH9UVgGDeR+E18lWBsZEM4mGHFi9aigeLEw0th8PqZpdrPJixSo4S2lKcopkkagljiYONLlVeznBkxAkEAvRvloZUm73x/GqmvSJkK90kGUDvtuB/i9gWUID5FSNU7W2RYJwdAKqyfjzzbktvq1qVijDdk61qlvgBoF9QtIQJAcIammVJqCIHxspUVgQfHE7yi6o7Wuaoxtx9JAVXvF65yMuJagdTe2YFWjW4/kg+y0nJcooJ4TdLiW+ZOFE0xIQJBAILYIuxY5OpAm8cMqLOtldczj4sFfZb7hhojcEm3+/0ezNhzhZWPMI6txFieDel40a/qdPr8EPZjc0uYKTtlKNc=";

    public static void main(String[] args) {
//        genKeyPair();
        //字符串编码
        System.out.println("编码结果:" + encrypt("hello world", PUBLIC_KEY));
        //字符串解码
        System.out.println("编码结果:" + decrypt("NEo+98UAvp0q69M1mxorD/zrL4QjhBGAFd2Wj2nGcsF8Txb9r8VnUvFqGUM7ZNwXZdcnzW/SZqbGc8rHT0mmtPGWMlzJV8jMAWUgOh9jozyablwWU8Uj4BItiderZSQTrD+3E+ZL5TkkQKwmNCmdaABmozpkUz4B893m3GzhpjQ=",PRIVATE_KEY));
    }

    /**
     * 随机生成密钥对
     */
    public static void genKeyPair() {
        try {
            // KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
            KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            // 初始化密钥对生成器，密钥大小为96-1024位
            keyPairGen.initialize(1024);
            // 生成一个密钥对，保存在keyPair中
            KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
            // 得到私钥
            RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
            // 得到公钥
            RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
            // 得到公钥字符串
            String publicKeyString = new String(Base64.getEncoder().encode(publicKey.getEncoded()));
            // 得到私钥字符串
            String privateKeyString = new String(Base64.getEncoder().encode((privateKey.getEncoded())));
            // 打印公钥和私钥
            System.out.println("公匙:" + publicKeyString);
            System.out.println("私匙:" + privateKeyString);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 加密
     */
    public static String encrypt(String str, String publicKey) {
        try {
            byte[] bytes = str.getBytes();
            //获得RSA公匙
            RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey) KeyFactory.getInstance("RSA").generatePublic(new X509EncodedKeySpec(Base64.getDecoder().decode(publicKey.getBytes())));
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, rsaPublicKey);
            bytes = cipher.doFinal(bytes);
            return new String(Base64.getEncoder().encode(bytes));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }

    }

    /**
     * 解密
     */
    public static String decrypt(String str, String privateKey) {
        try {
            byte[] bytes = Base64.getDecoder().decode(str);
            RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey) KeyFactory.getInstance("RSA").generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.getDecoder().decode(privateKey.getBytes())));
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, rsaPrivateKey);
            bytes = cipher.doFinal(bytes);
            return new String(bytes);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

}
log
编码结果:eZxSLJKOvj0Ee/Lg9cx61ppaKuWXSRxvDU1deLR0ll2x1GEW5WO8Q9B4rO4DxDWfCLqfdmunSs2YZkm8ZDBUYi0N6VV4mqoz2SjckJyVe3pjwh4DifdrjAoO+0aYPKMhlGLjMY4Iy5SmkuSmot2AjsKHBhoqGs8bPnZoT7S6iKY=
编码结果:hello word

DSA

Digital Signature Algorithm 是Schnorr和ElGamal签名算法的变种，被美国NIST作为DSS(DigitalSignature Standard)。简单的说，这是一种更高级的验证方式，用作数字签名。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！也就是说传输中的数据可以不再加密，接收方获得数据后，拿到公钥与签名比对数据是否有效！

public class DSAUtil {

    private static String PUBLIC_KEY = "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";
    private static String PRIVATE_KEY = "MIIBSwIBADCCASwGByqGSM44BAEwggEfAoGBAP1/U4EddRIpUt9KnC7s5Of2EbdSPO9EAMMeP4C2USZpRV1AIlH7WT2NWPq/xfW6MPbLm1Vs14E7gB00b/JmYLdrmVClpJ+f6AR7ECLCT7up1/63xhv4O1fnxqimFQ8E+4P208UewwI1VBNaFpEy9nXzrith1yrv8iIDGZ3RSAHHAhUAl2BQjxUjC8yykrmCouuEC/BYHPUCgYEA9+GghdabPd7LvKtcNrhXuXmUr7v6OuqC+VdMCz0HgmdRWVeOutRZT+ZxBxCBgLRJFnEj6EwoFhO3zwkyjMim4TwWeotUfI0o4KOuHiuzpnWRbqN/C/ohNWLx+2J6ASQ7zKTxvqhRkImog9/hWuWfBpKLZl6Ae1UlZAFMO/7PSSoEFgIUa38CMSvzE1kkWgLiBQDrKCavBEk=";

    public static void main(String[] args) {
        //随机生成成对密钥
        genKeyPair();

        String sign=sign("hello world", PRIVATE_KEY);

        System.out.println("数字签名:" + sign);
        //字符串解码
        System.out.println("数字签名校验:" + verify("hello word",sign,PUBLIC_KEY));
    }

    /**
     * 随机生成密钥对
     */
    public static void genKeyPair() {
        try {
            // KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于DSA算法生成对象 可以使用RSA算法生成 成对出现就好
            KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("DSA");
            // 初始化密钥对生成器，密钥大小为96-1024位 可自定义随机产生器 SecureRandom
            keyPairGen.initialize(1024);
            // 生成一个密钥对，保存在keyPair中
            KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
            // 得到私钥
            DSAPrivateKey privateKey = (DSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
            // 得到公钥
            DSAPublicKey publicKey = (DSAPublicKey) keyPair.getPublic();
            // 得到公钥字符串
            String publicKeyString = new String(Base64.getEncoder().encode(publicKey.getEncoded()));
            // 得到私钥字符串
            String privateKeyString = new String(Base64.getEncoder().encode((privateKey.getEncoded())));
            // 打印公钥和私钥
            System.out.println("公匙:" + publicKeyString);
            System.out.println("私匙:" + privateKeyString);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 用私钥对信息生成数字签名
     */
    public static String sign(String str, String privateKey) {
        try {
            byte[] bytes = str.getBytes();
            //获得DSA公匙
            DSAPrivateKey keyFactory = (DSAPrivateKey) KeyFactory.getInstance("DSA").generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.getDecoder().decode(privateKey.getBytes())));
            Signature signature=Signature.getInstance("DSA");
            signature.initSign(keyFactory);
            signature.update(bytes);
            return new String(Base64.getEncoder().encode(signature.sign()));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }

    }

    /**
     * 校验数字签名
     */
    public static boolean verify(String str, String sign,String publicKey) {
        try {
            byte[] bytes =Base64.getDecoder().decode(sign);
            DSAPublicKey keyFactory = (DSAPublicKey) KeyFactory.getInstance("DSA").generatePublic(new X509EncodedKeySpec(Base64.getDecoder().decode(publicKey.getBytes())));
            Signature signature=Signature.getInstance("DSA");
            signature.initVerify(keyFactory);
            signature.update(str.getBytes());
            return signature.verify(bytes);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return false;
        }
    }

}
log
公匙:MIIBtzCCASwGByqGSM44BAEwggEfAoGBAP1/U4EddRIpUt9KnC7s5Of2EbdSPO9EAMMeP4C2USZpRV1AIlH7WT2NWPq/xfW6MPbLm1Vs14E7gB00b/JmYLdrmVClpJ+f6AR7ECLCT7up1/63xhv4O1fnxqimFQ8E+4P208UewwI1VBNaFpEy9nXzrith1yrv8iIDGZ3RSAHHAhUAl2BQjxUjC8yykrmCouuEC/BYHPUCgYEA9+GghdabPd7LvKtcNrhXuXmUr7v6OuqC+VdMCz0HgmdRWVeOutRZT+ZxBxCBgLRJFnEj6EwoFhO3zwkyjMim4TwWeotUfI0o4KOuHiuzpnWRbqN/C/ohNWLx+2J6ASQ7zKTxvqhRkImog9/hWuWfBpKLZl6Ae1UlZAFMO/7PSSoDgYQAAoGANQY1Hf9XoQcFocGugqaEP6xPgxPsZ1C63Zs1WWg4Fk6CV8xuK78hgk+BhVit2/h97DWp7LyTDT4gVjCHLuV58TUmZyiupeo0FZrKqrAr+t3Der9+MmBDzfvkgPPIIZudhoqJcTpox8UNdJ4yyvgXxMN4DSoWJ4O28q0jBaxC/Mk=
私匙:MIIBSwIBADCCASwGByqGSM44BAEwggEfAoGBAP1/U4EddRIpUt9KnC7s5Of2EbdSPO9EAMMeP4C2USZpRV1AIlH7WT2NWPq/xfW6MPbLm1Vs14E7gB00b/JmYLdrmVClpJ+f6AR7ECLCT7up1/63xhv4O1fnxqimFQ8E+4P208UewwI1VBNaFpEy9nXzrith1yrv8iIDGZ3RSAHHAhUAl2BQjxUjC8yykrmCouuEC/BYHPUCgYEA9+GghdabPd7LvKtcNrhXuXmUr7v6OuqC+VdMCz0HgmdRWVeOutRZT+ZxBxCBgLRJFnEj6EwoFhO3zwkyjMim4TwWeotUfI0o4KOuHiuzpnWRbqN/C/ohNWLx+2J6ASQ7zKTxvqhRkImog9/hWuWfBpKLZl6Ae1UlZAFMO/7PSSoEFgIUcsPeT/5R1AiwvTpJmzv5TQxq65Q=
数字签名:MCwCFGB6J9g/R5su1o3TbZYMAcroY6YIAhQTtbtXUH47pGRDzMCu74eq0sOMCg==
数字签名校验:true

总结

非对称性加密还有很多，RSA和DSA是比较常用和常见的加密方式，安全性来讲两者差不多,DSA只是一种算法，和RSA不同之处在于它不能用作加密和解密，也不能进行密钥交换，只用于签名,它比RSA要快很多，RSA啥都好，但是RSA算法的秘钥很长，加密的计算量比较大，安全性较高，但是加密速度比较慢，所以RSA加密常用于少量的核心数据的加密。

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