这两天在看Android开发中用到的加密解密算法，就上网搜，找到了一些不错的文章，现和大家分享一下。今天分享的是非对称加密算法——RSA。
一、什么是Rsa加密？
RSA算法是最流行的公钥密码算法，使用长度可以变化的密钥。RSA是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。
RSA算法原理如下：
1.随机选择两个大质数p和q，p不等于q，计算N=pq；
2.选择一个大于1小于N的自然数e，e必须与(p-1)(q-1)互素。
3.用公式计算出d：d×e = 1 (mod (p-1)(q-1)) 。
4.销毁p和q。
最终得到的N和e就是“公钥”，d就是“私钥”，发送方使用N去加密数据，接收方只有使用d才能解开数据内容。
RSA的安全性依赖于大数分解，小于1024位的N已经被证明是不安全的，而且由于RSA算法进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上倍，这是RSA最大的缺陷，因此通常只能用于加密少量数据或者加密密钥，但RSA仍然不失为一种高强度的算法。
二、该如何使用呢?
首先生成祕钥对
/**
* 随机生成RSA密钥对
*
* @param keyLength 密钥长度，范围：512～2048；一般为1024
* @return 密钥对儿（包含公钥和私钥）
*/
public static KeyPair generateRSAKeyPair(int keyLength) {
try {
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(RSA);
kpg.initialize(keyLength);
return kpg.genKeyPair();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}生成了密钥对——一个公钥和一个私钥，两个密钥都可以进行加密和解密。这样我们就需要写四个方法，分别是：公钥加密、公钥解密、私密加密、私钥解密四个方法。
具体加密实现如下：
三、正常的加密、解密实现
1.公钥加密
/**
* 使用公钥加密
*
* @param data 待加密数据
* @param publicKey 公钥
* @return byte[] 加密数据
*/
public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
// 得到公钥
X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);
// 加密数据
Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPublic);
return cp.doFinal(data);
}
2.私钥加密
/**
* 使用私钥加密
*
* @param data 待加密数据
* @param privateKey 私钥
* @return byte[] 加密数据
*/
public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {
// 得到私钥
PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);
// 数据加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPrivate);
return cipher.doFinal(data);
}
3.公钥解密
/**
* 使用公钥解密
*
* @param data 待解密数据
* @param publicKey 公钥
* @return byte[] 解密数据
*/
public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
// 得到公钥
X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);
// 数据解密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPublic);
return cipher.doFinal(data);
}
4.私钥解密
/**
* 使用私钥进行解密
*
* @param data 待解密数据
* @param privateKey 私钥
* @return byte[] 解密数据
*/
public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {
// 得到私钥
PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);
// 解密数据
Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPrivate);
byte[] arr = cp.doFinal(encrypted);
return arr;
}
几个全局变量解说：
public static final String RSA = "RSA";// 非对称加密密钥算法
public static final String ECB_PKCS1_PADDING = "RSA/ECB/PKCS1Padding";//加密填充方式
public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 2048;//祕钥默认长度
public static final byte[] DEFAULT_SPLIT = "#PART#".getBytes(); // 当要加密的内容超过bufferSize，则采用partSplit进行分块加密
public static final int DEFAULT_BUFFERSIZE = (DEFAULT_KEY_SIZE / 8) - 11;// 当前祕钥支持加密的最大字节数
public static RSAPublicKey publicKey; // 公钥
public static RSAPrivateKey privateKey; // 私钥关于加密填充方式：之前以为上面这些操作就能实现rsa加解密，以为万事大吉了，呵呵，这事还没完，悲剧还是发生了，Android这边加密过的数据，服务器端死活解密不了，原来android系统的RSA实现是”RSA/None/NoPadding”，而标准JDK实现是”RSA/None/PKCS1Padding” ，这造成了在android机上加密后无法在服务器上解密的原因，所以在实现的时候这个一定要注意。
实现分段加密：搞定了填充方式之后又自信的认为万事大吉了，可是意外还是发生了，RSA非对称加密内容长度有限制，1024位key的最多只能加密127位数据，否则就会报错(javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes) ， RSA 是常用的非对称加密算法。最近使用时却出现了“不正确的长度”的异常，研究发现是由于待加密的数据超长所致。RSA 算法规定：待加密的字节数不能超过密钥的长度值除以 8 再减去 11（即：KeySize / 8 – 11），而加密后得到密文的字节数，正好是密钥的长度值除以 8（即：KeySize / 8）。
四、分段加密解密实现
1.公钥分段加密
/**
* 用公钥对字符串进行分段加密
*
* @param data 待加密数据
* @param publicKey 公钥
*/
public static byte[] encryptByPublicKeyForSpilt(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
int dataLen = data.length;
// 如果数据的长度不超过密钥支持的最大值，就直接进行加密操作
if (dataLen <= DEFAULT_BUFFERSIZE) {
return encryptByPublicKey(data, publicKey);
}
// 否则进行分段加密，allBytes是分段加密后数据的载体
List<Byte> allBytes = new ArrayList<Byte>(2048);
int bufIndex = 0;
int subDataLoop = 0;
byte[] buf = new byte[DEFAULT_BUFFERSIZE];
for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
buf[bufIndex] = data[i];
// 如果到最大长度了或是到数组结尾了，就添加一个分段标识
if (++bufIndex == DEFAULT_BUFFERSIZE || i == dataLen - 1) {
subDataLoop++;
// 除了第一段，之后每两段之间加一个分段标识
if (subDataLoop != 1) {
for (byte b : DEFAULT_SPLIT) {
allBytes.add(b);
}
}
byte[] encryptBytes = encryptByPublicKey(buf, publicKey);
for (byte b : encryptBytes) {
allBytes.add(b);
}
bufIndex = 0;
if (i == dataLen - 1) {
buf = null;
} else {
buf = new byte[Math.min(DEFAULT_BUFFERSIZE, dataLen - i - 1)];
}
}
}
byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
{
int i = 0;
for (Byte b : allBytes) {
bytes[i++] = b.byteValue();
}
}
return bytes;
}
2.私钥分段加密
/**
* 用私钥对字符串进行分段加密
*
* @param data 要加密的原始数据
* @param privateKey 私钥
*/
public static byte[] encryptByPrivateKeyForSpilt(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {
int dataLen = data.length;
// 如果数据的长度不超过密钥支持的最大值，就直接进行加密操作
if (dataLen <= DEFAULT_BUFFERSIZE) {
return encryptByPrivateKey(data, privateKey);
}
// 否则进行分段加密，allBytes是分段加密后数据的载体
List<Byte> allBytes = new ArrayList<Byte>(2048);
int bufIndex = 0;
int subDataLoop = 0;
byte[] buf = new byte[DEFAULT_BUFFERSIZE];
for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
buf[bufIndex] = data[i];
// 如果到最大长度了或是到数组结尾了，就添加一个分段标识
if (++bufIndex == DEFAULT_BUFFERSIZE || i == dataLen - 1) {
subDataLoop++;
// 除了第一段，之后每两段之间加一个分段标识
if (subDataLoop != 1) {
for (byte b : DEFAULT_SPLIT) {
allBytes.add(b);
}
}
byte[] encryptBytes = encryptByPrivateKey(buf, privateKey);
for (byte b : encryptBytes) {
allBytes.add(b);
}
bufIndex = 0;
if (i == dataLen - 1) {
buf = null;
} else {
buf = new byte[Math.min(DEFAULT_BUFFERSIZE, dataLen - i - 1)];
}
}
}
byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
{
int i = 0;
for (Byte b : allBytes) {
bytes[i++] = b.byteValue();
}
}
return bytes;
}
3.公钥分段解密
/**
* 用公钥对字符串进行分段解密
*
* @param encrypted 待解密数据
* @param publicKey 公钥
*/
public static byte[] decryptByPublicKeyForSpilt(byte[] encrypted, byte[] publicKey) throws Exception {
int splitLen = DEFAULT_SPLIT.length;
// 如果分块解密的标识的长度为0，就直接进行加密操作，换句话说：如果没有分块解密的标识，直接进行解密
if (splitLen <= 0) {
return decryptByPublicKey(encrypted, publicKey);
}
// 否则进行分块解密
int dataLen = encrypted.length;
// 解密后数据的载体
List<Byte> allBytes = new ArrayList<Byte>(1024);
int latestStartIndex = 0;
for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
byte bt = encrypted[i];
boolean isMatchSplit = false;
if (i == dataLen - 1) {
// 到data的最后了，直接进行解密
byte[] part = new byte[dataLen - latestStartIndex];
System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
byte[] decryptPart = decryptByPublicKey(part, publicKey);
for (byte b : decryptPart) {
allBytes.add(b);
}
latestStartIndex = i + splitLen;
i = latestStartIndex - 1;
} else if (bt == DEFAULT_SPLIT[0]) {
// 如果找到以split[0]开头字节，就开始判断其是否为分组标识，如果是就将isMatchSplit改为true
if (splitLen > 1) {
if (i + splitLen < dataLen) {
// 没有超出data的范围
for (int j = 1; j < splitLen; j++) {
if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {
break;
}
if (j == splitLen - 1) {
// 验证到split的最后一位，都没有break，则表明已经确认是split段（即：是分组标识）
isMatchSplit = true;
}
}
}
} else {
// split只有一位，则已经匹配了
isMatchSplit = true;
}
}
// 如果isMatchSplit为true，则就进行分割数据串，然后解密后放入allBytes
if (isMatchSplit) {
byte[] part = new byte[i - latestStartIndex];
System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
byte[] decryptPart = decryptByPublicKey(part, publicKey);
for (byte b : decryptPart) {
allBytes.add(b);
}
latestStartIndex = i + splitLen;
i = latestStartIndex - 1;
}
}
// 返回解密后数据
byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
{
int i = 0;
for (Byte b : allBytes) {
bytes[i++] = b.byteValue();
}
}
return bytes;
}
4.私钥分段解密
/**
* 用私钥对字符串进行分段解密
*
* @param encrypted 待解密的数据
* @param privateKey 私钥
*/
public static byte[] decryptByPrivateKeyForSpilt(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {
int splitLen = DEFAULT_SPLIT.length;
// 如果分块解密的标识的长度为0，就直接进行加密操作，换句话说：如果没有分块解密的标识，直接进行解密
if (splitLen <= 0) {
return decryptByPrivateKey(encrypted, privateKey);
}
// 否则进行分块解密
int dataLen = encrypted.length;
// 解密后数据的载体
List<Byte> allBytes = new ArrayList<Byte>(1024);
int latestStartIndex = 0;
for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
byte bt = encrypted[i];
boolean isMatchSplit = false;
if (i == dataLen - 1) {
// 到data的最后了，直接进行解密
byte[] part = new byte[dataLen - latestStartIndex];
System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
byte[] decryptPart = decryptByPrivateKey(part, privateKey);
for (byte b : decryptPart) {
allBytes.add(b);
}
latestStartIndex = i + splitLen;
i = latestStartIndex - 1;
} else if (bt == DEFAULT_SPLIT[0]) {
// 如果找到以split[0]开头字节，就开始判断其是否为分组标识，如果是就将isMatchSplit改为true
if (splitLen > 1) {
if (i + splitLen < dataLen) {
// 没有超出data的范围
for (int j = 1; j < splitLen; j++) {
if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {
break;
}
if (j == splitLen - 1) {
// 验证到split的最后一位，都没有break，则表明已经确认是split段（即：是分组标识）
isMatchSplit = true;
}
}
}
} else {
// split只有一位，则已经匹配了
isMatchSplit = true;
}
}
// 如果isMatchSplit为true，则就进行分割数据串，然后解密后放入allBytes
if (isMatchSplit) {
byte[] part = new byte[i - latestStartIndex];
System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
byte[] decryptPart = decryptByPrivateKey(part, privateKey);
for (byte b : decryptPart) {
allBytes.add(b);
}
latestStartIndex = i + splitLen;
i = latestStartIndex - 1;
}
}
// 返回解密后数据
byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
{
int i = 0;
for (Byte b : allBytes) {
bytes[i++] = b.byteValue();
}
}
return bytes;
}
}5.加密、解密的图文注解
在这儿我需要挂图进行注释一下，主要是将其逻辑可视化，让看代码的人更省时间，可以更快、更清楚的理解分块儿加密、分块解密的原理。好了，直接上图：
关于分块加密图解（私钥分块加密和公钥分块加密的原理一样一样的）：
关于分块解密图解（私钥分块解密和公钥分块解密的原理一样一样的）：
这样总算把遇见的问题解决了，接下来我们就进行一番测试，通过效率，我们来看看到底是选用公钥加密——私密解密的方式好，还是选用私钥加密——公钥解密的方式好。
五、实例测试
第一步：准备100条对象数据（基本数据不具代表性，我们平时还是用的对象多）
public static String getData() {
List<Person> personList=new ArrayList<>();
int testMaxCount=100;//测试的最大数据条数
//添加测试数据
for(int i=0;i<testMaxCount;i++){
Person person =new Person();
person.setAge(i);
person.setName("name->" + String.valueOf(i));
personList.add(person);
}
// 生成自己想要测试的数据
String jsonData = personList.toString();
System.out.println("MainActivity:加密前数据 ---->" + jsonData);
System.out.println("MainActivity:加密前数据长度 ---->"+jsonData.length());
return jsonData;
}第二步：生成祕钥对
public static void getkey() {
// 随机生成RSA密钥对
KeyPair keyPair=RSAUtils.generateRSAKeyPair(RSAUtils.DEFAULT_KEY_SIZE);
// 公钥
publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
// 私钥
privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
}
第三步：分别使用公钥加密——私钥解密 和 私钥加密——公钥解密
public static void main(String[] args) {
// 生成待加密的数据源
String rawData = getData();
// 得到随机的密钥对儿
getkey();
// 记录加密/解密开始时的系统时间（单位：ms）
long start= 0;
// 记录加密/解密结束时的系统时间（单位：ms）
long end = 0;
// 加密后的数据串（String型）
String encryStr = "";
// 解密后数据串（String型）
String decryStr = "";
// 加密后的数据（byte[]型的）
byte[] encryptBytes;
// 解密后数据（byte[]型的）
byte[] decryptBytes;
/**
* 对数据进行：公钥加密，私钥解密
*/
try {
//公钥加密
start = System.currentTimeMillis();
encryptBytes = RSAUtils.encryptByPublicKeyForSpilt(rawData.getBytes(),publicKey.getEncoded());
end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("公钥加密耗时 cost time---->"+(end-start));
encryStr=Base64.getEncoder().encodeToString(encryptBytes);
System.out.println("加密后数据串 --1-->"+encryStr);
System.out.println("加密后数据串长度 --1-->"+encryStr.length());
//私钥解密
start=System.currentTimeMillis();
decryptBytes= RSAUtils.decryptByPrivateKeyForSpilt(Base64.getDecoder().decode(encryStr), privateKey.getEncoded());
end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("私钥解密耗时 cost time---->"+(end-start));
decryStr=new String(decryptBytes);
System.out.println("解密后数据串 --1-->"+decryStr);
} catch (Exception e1) {
// TODO Auto-generated catch block
e1.printStackTrace();
}
/**
* 对数据进行：公钥加密，私钥解密
*/
try {
//私钥加密
start=System.currentTimeMillis();
encryptBytes= RSAUtils.encryptByPrivateKeyForSpilt(rawData.getBytes(),privateKey.getEncoded());
end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("私钥加密密耗时 cost time---->"+(end-start));
encryStr=Base64.getEncoder().encodeToString(encryptBytes);
System.out.println("加密后数据串 --2-->"+encryStr);
System.out.println("加密后数据串长度 --2-->"+encryStr.length());
//公钥解密
start=System.currentTimeMillis();
decryptBytes= RSAUtils.decryptByPublicKeyForSpilt(Base64.getDecoder().decode(encryStr),publicKey.getEncoded());
end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("公钥解密耗时 cost time---->"+(end-start));
decryStr=new String(decryptBytes);
System.out.println("解密后数据串 --2-->"+decryStr);
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}六、输出结果
接下来我们来看几组数据进行比较一番：
比对一：
公钥加密耗时 cost time---->224
私钥解密耗时 cost time---->111
私钥加密耗时 cost time---->116
公钥解密耗时 cost time---->5对比发现：私钥的加解密都很耗时，所以可以根据不同的需求采用不能方案来进行加解密。个人觉得服务器要求解密效率高，客户端私钥加密，服务器公钥解密比较好一点
比对二：
加密前数据长度 ---->3180
公钥加密后数据串长度 --1-->4536
私钥解密后数据串长度 --1-->3180
私钥加密后数据串长度 --2-->4536
公钥解密后数据串长度 --2-->3180加密后数据大小的变化：数据量差不多是加密前的1.5倍
本文参考：http://www.cnblogs.com/whoislcj/p/5470095.html 博主的，并进行了验证和整理添加了注释。该博主是用Android Studio开发的，我是用Eclipse验证的，就是公钥加密耗时这块儿没对上，其他都对上了。不过对比发现的规律不变。
谢谢大家的阅读，如果有什么建议和疑问的朋友，还是老规矩，请留言，我们一块儿交流互动！谢谢！
