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加密与安全_探索非对称加密算法_RSA算法

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概述

在数字化时代，网络通信的安全性是必须关注的重要问题之一。非对称加密算法作为现代密码学的重要组成部分，为保护通信的隐私提供了一种可靠的解决方案。

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什么是非对称加密算法？

非对称加密算法，又称为公钥加密算法，是一种密码学中的重要概念。它与传统的对称加密算法不同，需要一对密钥：公钥和私钥。这对密钥之间存在着特殊的数学关系，但无法通过公钥推导出私钥，从而保证了通信的安全性。

如何工作？

当发送方A希望将数据发送给接收方B时，A可以使用B的公钥对数据进行加密，得到密文。只有拥有对应私钥的B才能解密这个密文。同样地，B也可以使用A的公钥加密数据，只有A持有私钥才能解密。这种加密和解密使用不同的密钥的特点，使得非对称加密算法成为了保护通信隐私的重要工具。

示例：RSA算法

RSA算法是非对称加密算法中最常见的一种，它利用了大数分解的数学难题，保证了通信的安全性。在RSA算法中，公钥是公开的，私钥是保密的。发送方使用接收方的公钥对数据进行加密，而接收方使用自己的私钥进行解密，从而实现了安全的通信。

特点和优势

• 加密和解密使用不同的密钥，提高了通信的安全性。
• 如果使用私钥加密，只能使用公钥解密；反之亦然。
• 非对称加密算法安全性高，但处理数据速度较慢。

ECC：另一种非对称加密算法

除了RSA算法，还有一种备受关注的非对称加密算法，即椭圆曲线密码学（ECC）。ECC利用了椭圆曲线上的数学难题，相比RSA算法，它能够以更短的密钥长度实现相当于甚至更高的安全级别，同时在资源受限的环境下拥有更好的性能表现。

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Code

生成公钥和私钥

package com.artisan;import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;/*** @author 小工匠* @version 1.0 */
public class RsaKeyPair {public static void main(String[] args) throws Exception {// 指定加密算法为RSAString algorithm = "RSA";// 创建密钥对生成器对象KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);// 生成RSA密钥对KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();// 获取生成的私钥PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();// 获取生成的公钥PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();// 获取私钥的编码字节数组byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();// 获取公钥的编码字节数组byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();// 对公私钥的编码字节数组进行Base64编码String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);// 打印私钥的Base64编码字符串System.out.println(privateKeyString);System.out.println("----------------------------------");// 打印公钥的Base64编码字符串System.out.println(publicKeyString);}
}

使用RSA算法生成一个密钥对，并将私钥和公钥进行Base64编码后打印出来了。

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私钥加密

package com.artisan;import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;import javax.crypto.Cipher;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;/*** @author 小工匠* @version 1.0* @mark: 显示代码，改变世界*/
public class PrivateKeyEnc {public static void main(String[] args) throws Exception {String input = "小工匠的IT生活";// 指定加密算法为RSAString algorithm = "RSA";// 创建密钥对生成器对象KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);// 生成RSA密钥对KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();// 获取生成的私钥PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();// 获取生成的公钥PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();// 获取私钥的编码字节数组byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();// 获取公钥的编码字节数组byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();// 对公私钥的编码字节数组进行Base64编码String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);// 打印生成的密钥对System.out.println("私钥(Base64编码): " + privateKeyString);System.out.println("公钥(Base64编码): " + publicKeyString);// 创建加密对象，参数表示加密算法Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);// 初始化加密对象// 第一个参数：加密模式// 第二个参数：使用私钥进行加密cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);// 使用私钥加密输入的字符串byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(input.getBytes());// 对加密后的字节数组进行Base64编码，并打印System.out.println("加密后的字符串(Base64编码): " + Base64.encode(encryptedBytes));}
}

私钥加密私钥解密 ( 行不通 )

在上面的代码上追加

// 私钥进行解密 (错误的演示)
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey);// 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码byte[] bytes1 = cipher.doFinal(encryptedBytes);System.out.println(new String(bytes1));

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私钥加密公钥解密

将上述代码的 私钥解密，换成使用公钥解密

// 公钥进行解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,publicKey);
// 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码
byte[] bytes1 = cipher.doFinal(encryptedBytes);
System.out.println("解密后的字符串: " + new String(bytes1));

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公钥加密和公钥解密 （行不通）

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保存公钥和私钥

生成RSA非对称加密算法的密钥对，并将生成的公钥和私钥保存在本地文件中。

package com.artisan;import com.sun.org.apache.xerces.internal.impl.dv.util.Base64;
import org.apache.commons.io.FileUtils;import java.io.File;
import java.nio.charset.Charset;
import java.security.*;public class KeyPairOperate {public static void main(String[] args) throws Exception {// 加密算法String algorithm = "RSA";// 生成密钥对并保存在本地文件中generateKeyToFile(algorithm, "a.pub", "a.pri");}/*** 生成密钥对并保存在本地文件中** @param algorithm : 算法* @param pubPath   : 公钥保存路径* @param priPath   : 私钥保存路径* @throws Exception*/private static void generateKeyToFile(String algorithm, String pubPath, String priPath) throws Exception {// 获取密钥对生成器KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);// 获取密钥对KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();// 获取公钥PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();// 获取私钥PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();// 获取byte数组byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();// 进行Base64编码String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);// 保存文件FileUtils.writeStringToFile(new File(pubPath), publicKeyString, Charset.forName("UTF-8"));FileUtils.writeStringToFile(new File(priPath), privateKeyString, Charset.forName("UTF-8"));}
}

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读取私钥

// 读取私钥
PrivateKey privateKey = readPrivateKeyFromFile(algorithm, "a.pri");byte[] encoded = privateKey.getEncoded();String privateContent = Base64.encode(encoded);System.out.println("私钥内容:" + privateContent);

 /*** @param algorithm* @param filePath* @return* @throws Exception*/private static PrivateKey readPrivateKeyFromFile(String algorithm, String filePath) throws Exception {// 从文件中读取私钥字符串String privateKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(filePath), StandardCharsets.UTF_8);// 进行Base64解码byte[] privateKeyEncoded = Base64.decode(privateKeyString);// 获取密钥工厂KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);// 构建密钥规范 进行Base64解码PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decode(privateKeyString));return keyFactory.generatePrivate(spec);}

看下生成的文件中的内容：

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读取公钥

// 读取公钥
PublicKey publicKey = readPublicKeyFromFile(algorithm, "a.pub");byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
String publicContent = Base64.encode(publicKeyEncoded);
System.out.println("公钥内容:" + publicContent);

 /*** @param algorithm* @param filePath* @return* @throws Exception*/private static PublicKey readPublicKeyFromFile(String algorithm, String filePath) throws Exception {// 将文件内容转为字符串String publicKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(filePath), StandardCharsets.UTF_8);// 获取密钥工厂KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);// 构建密钥规范 进行Base64解码X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decode(publicKeyString));// 生成公钥return keyFactory.generatePublic(spec);}

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使用读取的公钥加密，私钥解密

// 使用公钥私钥实现加解密
String text = "小工匠的IT生活";
System.out.println("原文:" + text);String enc = encryptRSA(algorithm, publicKey, text);
System.out.println("公钥加密后的数据:" + enc);String plainText = decryptRSA(algorithm, privateKey, enc);
System.out.println("私钥解密后的数据:" + plainText);

 /*** 解密数据** @param algorithm : 算法* @param encrypted : 密文* @param key       : 密钥* @return : 原文* @throws Exception*/public static String decryptRSA(String algorithm, Key key, String encrypted) throws Exception {// 创建加密对象// 参数表示加密算法Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);// 私钥进行解密cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);// 由于密文进行了Base64编码, 在这里需要进行解码byte[] decode = Base64.decode(encrypted);// 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码byte[] bytes1 = cipher.doFinal(decode);return new String(bytes1);}/*** 使用密钥加密数据** @param algorithm : 算法* @param input     : 原文* @param key       : 密钥* @return : 密文* @throws Exception*/public static String encryptRSA(String algorithm, Key key, String input) throws Exception {// 创建加密对象// 参数表示加密算法Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);// 初始化加密// 第一个参数:加密的模式// 第二个参数：使用私钥进行加密cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);// 私钥加密byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());// 对密文进行Base64编码return Base64.encode(bytes);}

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Source

package com.artisan;import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import org.apache.commons.io.FileUtils;import javax.crypto.Cipher;
import java.io.File;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.*;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;/*** @author 小工匠* @version 1.0* @mark: show me the code , change the world*/
public class KeyPairOperate {public static void main(String[] args) throws Exception {// 加密算法String algorithm = "RSA";// 生成密钥对并保存在本地文件中generateKeyToFile(algorithm, "a.pub", "a.pri");// 读取私钥PrivateKey privateKey = readPrivateKeyFromFile(algorithm, "a.pri");byte[] encoded = privateKey.getEncoded();String privateContent = Base64.encode(encoded);System.out.println("私钥内容:" + privateContent);// 读取公钥PublicKey publicKey = readPublicKeyFromFile(algorithm, "a.pub");byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();String publicContent = Base64.encode(publicKeyEncoded);System.out.println("公钥内容:" + publicContent);// 使用公钥私钥实现加解密String text = "小工匠的IT生活";System.out.println("原文:" + text);String enc = encryptRSA(algorithm, publicKey, text);System.out.println("公钥加密后的数据:" + enc);String plainText = decryptRSA(algorithm, privateKey, enc);System.out.println("私钥解密后的数据:" + plainText);}/*** 解密数据** @param algorithm : 算法* @param encrypted : 密文* @param key       : 密钥* @return : 原文* @throws Exception*/public static String decryptRSA(String algorithm, Key key, String encrypted) throws Exception {// 创建加密对象// 参数表示加密算法Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);// 私钥进行解密cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);// 由于密文进行了Base64编码, 在这里需要进行解码byte[] decode = Base64.decode(encrypted);// 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码byte[] bytes1 = cipher.doFinal(decode);return new String(bytes1);}/*** 使用密钥加密数据** @param algorithm : 算法* @param input     : 原文* @param key       : 密钥* @return : 密文* @throws Exception*/public static String encryptRSA(String algorithm, Key key, String input) throws Exception {// 创建加密对象// 参数表示加密算法Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);// 初始化加密// 第一个参数:加密的模式// 第二个参数：使用私钥进行加密cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);// 私钥加密byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());// 对密文进行Base64编码return Base64.encode(bytes);}/*** @param algorithm* @param filePath* @return* @throws Exception*/private static PublicKey readPublicKeyFromFile(String algorithm, String filePath) throws Exception {// 将文件内容转为字符串String publicKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(filePath), StandardCharsets.UTF_8);// 获取密钥工厂KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);// 构建密钥规范 进行Base64解码X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decode(publicKeyString));// 生成公钥return keyFactory.generatePublic(spec);}/*** @param algorithm* @param filePath* @return* @throws Exception*/private static PrivateKey readPrivateKeyFromFile(String algorithm, String filePath) throws Exception {// 从文件中读取私钥字符串String privateKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(filePath), StandardCharsets.UTF_8);// 进行Base64解码byte[] privateKeyEncoded = Base64.decode(privateKeyString);// 获取密钥工厂KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);// 构建密钥规范 进行Base64解码PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decode(privateKeyString));return keyFactory.generatePrivate(spec);}/*** 生成密钥对并保存在本地文件中** @param algorithm : 算法* @param pubPath   : 公钥保存路径* @param priPath   : 私钥保存路径* @throws Exception*/private static void generateKeyToFile(String algorithm, String pubPath, String priPath) throws Exception {// 获取密钥对生成器KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);// 获取密钥对KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();// 获取公钥PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();// 获取私钥PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();// 获取byte数组byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();// 进行Base64编码String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);// 保存文件FileUtils.writeStringToFile(new File(pubPath), publicKeyString, Charset.forName("UTF-8"));FileUtils.writeStringToFile(new File(priPath), privateKeyString, Charset.forName("UTF-8"));}
}