Rsa加解密 + 签名验签

概述

RSA 是一种非对称加密算法，它使用一对密钥：公钥和私钥。公钥用于加密数据，私钥用于解密数据，或者私钥用于签名，公钥用于验证签名。

聚合算法名称（用于创建加密器）

JDK官方文档
常用名称：

• 加密算法名
  • RSA/ECB/NoPadding
  • RSA/None/NoPadding
  • RSA/ECB/PKCS1Padding
  • RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding
  • RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding
• 签名算法
  • SHA1withRSA（早期使用，现不推荐）
  • SHA256withRSA（满足日常需要，一般情况用得最多）
  • SHA384withRSA（安全性要求更高，计算成本随着变高）
  • SHA512withRSA（安全性要求极高）
  • MD5withRSA（目前已不推荐使用，MD5被证明存在安全漏洞）

基本概念

RSA需要一对密钥对，通常需要代码或工具生成。
原始密钥数据是字节数组，因此如果需要分发或者存储，通常也会进行Base64编码。

填充方式

RSA对明文同样有要求，明文块不能大于密钥长度。因此，通常情况下，也需要进行明文填充，如果选择无填充，那么明文长度如果不是密钥长度倍数，那么可能会报错。

• PKCS1Padding
  这是最常用的填充方式，基本满足日常使用
• OAEP（OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding 和 OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding）
  OAEP 是一种更安全的填充方式，主要用于防止选择明文攻击（CPA）等高级攻击方式。它基于哈希函数和掩码生成函数来构建填充结构。多用于安全要求较高的场景，如金融等场景。虽然安全性更高，但是计算成本也更高。
• NoPadding
  不进行填充，此时对明文有要求，长度须是密钥整数倍。

分块加密

RSA算法要求：单次加密明文长度不能超出密钥长度；如果明文可能超出密钥长度，要么使用ECB分块模式加密，要么手动分块后逐个块加密。
分块模式：ECB（按密钥长度分块）、NONE（不分块）

基本使用

生成密钥

支持密钥长度：512及以下（早期使用，现在少用）、1024（用得较多）、2048（目前使用最多）、3072 位和 4096 位（对安全要求极高的场景，但会增加计算成本）

• 生成密钥对象

KeyPairGenerator pairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
pairGenerator.initialize(2048);
KeyPair keyPair = pairGenerator.genKeyPair();

• 解析出公私钥（可以从密钥对象中获取公私钥）

// 私钥
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
// 公钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();

• 此时的公私钥是以字节数组存在，如果要进行存储和分发。通常使用Base64编码

// 私钥字符串
String privateEncode = Base64.getEncoder().encodeToString(privateKey.getEncoded());

// 公钥字符串
String publicEncode = Base64.getEncoder().encodeToString(publicKey.getEncoded())

加解密

创建加密器

Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");

设置模式（加密）、公钥

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPair.getPublic());

对明文加密，并对结果进行Base64编码

byte[] bytes = cipher.doFinal(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        System.out.println("加密后的内容：" + Base64.getEncoder().encodeToString(bytes));

对以上结果，进行解密 设置模式（解密）、私钥

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPair.getPrivate());
byte[] bytes1 = cipher.doFinal(bytes);
System.out.println("解密后的内容：" + new String(bytes1));

签名 + 验签

我们通常说的RSA签名实际上是一种简略的说法。
RSA签名实际是：签名 + 加密 2个过程。
其中散列算法（或者叫摘要算法，签名算法等等）常用的有：

• SHA256（大部分场景使用，平衡安全和性能）
• SHA384
• SHA512
• MD5（MD5被证明存在漏洞，不推荐使用）
• SHA1（早期使用，目前已不推荐使用）

这些散列算法，是独立于RSA的，RSA签名算法名称就是在它们后面增加 withRSA 而已。

所谓RSA签名，只是对散列算法得到的散列值进行RSA加密而已。这一点要明确。
接着上面创建RSA密钥后，开始进行签名与验签

创建签名器

与加解密不同，签名器由Signature这个类提供支持

Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");

初始化签名器，加载签名明文

signature.initSign(keyPair.getPrivate());
signature.update(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

生成签名

byte[] byteSign = signature.sign();
System.out.println("签名：" + Base64.getEncoder().encodeToString(byteSign));

初始化验签参数，加载签名明文

signature.initVerify(keyPair.getPublic());
signature.update(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

验签

boolean verify = signature.verify(byteSign);
System.out.println("验签结果：" + verify);

关于初始化加密器和签名器的重载方法

在RSA加密场景，除了模式，公钥外，还有个参数SecureRandom random，它用于在一些填充模式（OAEP）下，生成一个随机掩码，提高加密安全性。