Android數(shù)據(jù)加密之Rsa加密的簡單實(shí)現(xiàn)

2019-12-12 05:06:08

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供稿：網(wǎng)友

最近無意中和同事交流數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)膯栴}，想起自己曾經(jīng)使用過的Rsa非對稱加密算法，閑下來總結(jié)一下。

什么是Rsa加密？

RSA算法是最流行的公鑰密碼算法，使用長度可以變化的密鑰。RSA是第一個既能用于數(shù)據(jù)加密也能用于數(shù)字簽名的算法。

RSA算法原理如下：

1.隨機(jī)選擇兩個大質(zhì)數(shù)p和q，p不等于q，計(jì)算N=pq；
2.選擇一個大于1小于N的自然數(shù)e，e必須與(p-1)(q-1)互素。
3.用公式計(jì)算出d：d×e = 1 (mod (p-1)(q-1)) 。
4.銷毀p和q。

最終得到的N和e就是“公鑰”，d就是“私鑰”，發(fā)送方使用N去加密數(shù)據(jù)，接收方只有使用d才能解開數(shù)據(jù)內(nèi)容。

RSA的安全性依賴于大數(shù)分解，小于1024位的N已經(jīng)被證明是不安全的，而且由于RSA算法進(jìn)行的都是大數(shù)計(jì)算，使得RSA最快的情況也比DES慢上倍，這是RSA最大的缺陷，因此通常只能用于加密少量數(shù)據(jù)或者加密密鑰，但RSA仍然不失為一種高強(qiáng)度的算法。

該如何使用呢？

第一步：首先生成秘鑰對

/**   * 隨機(jī)生成RSA密鑰對   *   * @param keyLength 密鑰長度，范圍：512～2048   *         一般1024   * @return   */  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;    }  }

具體加密實(shí)現(xiàn)：

公鑰加密

/**   * 用公鑰對字符串進(jìn)行加密   *   * @param data 原文   */  public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {    // 得到公鑰    X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);    PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);    // 加密數(shù)據(jù)    Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);    cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPublic);    return cp.doFinal(data);  }

私鑰加密

/**   * 私鑰加密   *   * @param data    待加密數(shù)據(jù)   * @param privateKey 密鑰   * @return byte[] 加密數(shù)據(jù)   */  public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {    // 得到私鑰    PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);    PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);    // 數(shù)據(jù)加密    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPrivate);    return cipher.doFinal(data);  }

公鑰解密

/**   * 公鑰解密   *   * @param data   待解密數(shù)據(jù)   * @param publicKey 密鑰   * @return byte[] 解密數(shù)據(jù)   */  public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {    // 得到公鑰    X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);    PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);    // 數(shù)據(jù)解密    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPublic);    return cipher.doFinal(data);  }

私鑰解密

/**   * 使用私鑰進(jìn)行解密   */  public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {    // 得到私鑰    PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);    PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);    // 解密數(shù)據(jù)    Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);    cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPrivate);    byte[] arr = cp.doFinal(encrypted);    return arr;  }

幾個全局變量解說：

public static final String RSA = "RSA";// 非對稱加密密鑰算法public static final String ECB_PKCS1_PADDING = "RSA/ECB/PKCS1Padding";//加密填充方式public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 2048;//秘鑰默認(rèn)長度public static final byte[] DEFAULT_SPLIT = "#PART#".getBytes();// 當(dāng)要加密的內(nèi)容超過bufferSize，則采用partSplit進(jìn)行分塊加密public static final int DEFAULT_BUFFERSIZE = (DEFAULT_KEY_SIZE / 8) - 11;// 當(dāng)前秘鑰支持加密的最大字節(jié)數(shù)

關(guān)于加密填充方式：之前以為上面這些操作就能實(shí)現(xiàn)rsa加解密，以為萬事大吉了，呵呵，這事還沒完，悲劇還是發(fā)生了，Android這邊加密過的數(shù)據(jù)，服務(wù)器端死活解密不了，原來android系統(tǒng)的RSA實(shí)現(xiàn)是"RSA/None/NoPadding"，而標(biāo)準(zhǔn)JDK實(shí)現(xiàn)是"RSA/None/PKCS1Padding" ，這造成了在android機(jī)上加密后無法在服務(wù)器上解密的原因，所以在實(shí)現(xiàn)的時候這個一定要注意。

實(shí)現(xiàn)分段加密：搞定了填充方式之后又自信的認(rèn)為萬事大吉了，可是意外還是發(fā)生了，RSA非對稱加密內(nèi)容長度有限制，1024位key的最多只能加密127位數(shù)據(jù)，否則就會報錯(javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes) ，　RSA 是常用的非對稱加密算法。最近使用時卻出現(xiàn)了“不正確的長度”的異常，研究發(fā)現(xiàn)是由于待加密的數(shù)據(jù)超長所致。RSA 算法規(guī)定：待加密的字節(jié)數(shù)不能超過密鑰的長度值除以 8 再減去 11（即：KeySize / 8 - 11），而加密后得到密文的字節(jié)數(shù)，正好是密鑰的長度值除以 8（即：KeySize / 8）。

公鑰分段加密

/**   * 用公鑰對字符串進(jìn)行分段加密   *   */  public static byte[] encryptByPublicKeyForSpilt(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {    int dataLen = data.length;    if (dataLen <= DEFAULT_BUFFERSIZE) {      return encryptByPublicKey(data, publicKey);    }    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];      if (++bufIndex == DEFAULT_BUFFERSIZE || i == dataLen - 1) {        subDataLoop++;        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;  }

私鑰分段加密

/**   * 分段加密   *   * @param data    要加密的原始數(shù)據(jù)   * @param privateKey 秘鑰   */  public static byte[] encryptByPrivateKeyForSpilt(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {    int dataLen = data.length;    if (dataLen <= DEFAULT_BUFFERSIZE) {      return encryptByPrivateKey(data, privateKey);    }    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];      if (++bufIndex == DEFAULT_BUFFERSIZE || i == dataLen - 1) {        subDataLoop++;        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;  }

公鑰分段解密

/**   * 公鑰分段解密   *   * @param encrypted 待解密數(shù)據(jù)   * @param publicKey 密鑰   */  public static byte[] decryptByPublicKeyForSpilt(byte[] encrypted, byte[] publicKey) throws Exception {    int splitLen = DEFAULT_SPLIT.length;    if (splitLen <= 0) {      return decryptByPublicKey(encrypted, publicKey);    }    int dataLen = encrypted.length;    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        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]) {        // 這個是以split[0]開頭        if (splitLen > 1) {          if (i + splitLen < dataLen) {            // 沒有超出data的范圍            for (int j = 1; j < splitLen; j++) {              if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {                break;              }              if (j == splitLen - 1) {                // 驗(yàn)證到split的最后一位，都沒有break，則表明已經(jīng)確認(rèn)是split段                isMatchSplit = true;              }            }          }        } else {          // split只有一位，則已經(jīng)匹配了          isMatchSplit = true;        }      }      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;      }    }    byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];    {      int i = 0;      for (Byte b : allBytes) {        bytes[i++] = b.byteValue();      }    }    return bytes;  }

私鑰分段解密

/**   * 使用私鑰分段解密   *   */  public static byte[] decryptByPrivateKeyForSpilt(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {    int splitLen = DEFAULT_SPLIT.length;    if (splitLen <= 0) {      return decryptByPrivateKey(encrypted, privateKey);    }    int dataLen = encrypted.length;    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        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]) {        // 這個是以split[0]開頭        if (splitLen > 1) {          if (i + splitLen < dataLen) {            // 沒有超出data的范圍            for (int j = 1; j < splitLen; j++) {              if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {                break;              }              if (j == splitLen - 1) {                // 驗(yàn)證到split的最后一位，都沒有break，則表明已經(jīng)確認(rèn)是split段                isMatchSplit = true;              }            }          }        } else {          // split只有一位，則已經(jīng)匹配了          isMatchSplit = true;        }      }      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;      }    }    byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];    {      int i = 0;      for (Byte b : allBytes) {        bytes[i++] = b.byteValue();      }    }    return bytes;  }

這樣總算把遇見的問題解決了，項(xiàng)目中使用的方案是客戶端公鑰加密，服務(wù)器私鑰解密，服務(wù)器開發(fā)人員說是出于效率考慮，所以還是自己寫了個程序測試一下真正的效率

第一步：準(zhǔn)備100條對象數(shù)據(jù)

List<Person> personList=new ArrayList<>();    int testMaxCount=100;//測試的最大數(shù)據(jù)條數(shù)    //添加測試數(shù)據(jù)    for(int i=0;i<testMaxCount;i++){      Person person =new Person();      person.setAge(i);      person.setName(String.valueOf(i));      personList.add(person);    }    //FastJson生成json數(shù)據(jù)    String jsonData=JsonUtils.objectToJsonForFastJson(personList);    Log.e("MainActivity","加密前json數(shù)據(jù) ---->"+jsonData);    Log.e("MainActivity","加密前json數(shù)據(jù)長度 ---->"+jsonData.length());

第二步生成秘鑰對

KeyPair keyPair=RSAUtils.generateRSAKeyPair(RSAUtils.DEFAULT_KEY_SIZE);// 公鑰RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();// 私鑰RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();

接下來分別使用公鑰加密私鑰解密私鑰加密公鑰解密

//公鑰加密    long start=System.currentTimeMillis();    byte[] encryptBytes=  RSAUtils.encryptByPublicKeyForSpilt(jsonData.getBytes(),publicKey.getEncoded());    long end=System.currentTimeMillis();    Log.e("MainActivity","公鑰加密耗時 cost time---->"+(end-start));    String encryStr=Base64Encoder.encode(encryptBytes);    Log.e("MainActivity","加密后json數(shù)據(jù) --1-->"+encryStr);    Log.e("MainActivity","加密后json數(shù)據(jù)長度 --1-->"+encryStr.length());    //私鑰解密    start=System.currentTimeMillis();    byte[] decryptBytes= RSAUtils.decryptByPrivateKeyForSpilt(Base64Decoder.decodeToBytes(encryStr),privateKey.getEncoded());    String decryStr=new String(decryptBytes);    end=System.currentTimeMillis();    Log.e("MainActivity","私鑰解密耗時 cost time---->"+(end-start));    Log.e("MainActivity","解密后json數(shù)據(jù) --1-->"+decryStr);    //私鑰加密    start=System.currentTimeMillis();    encryptBytes=  RSAUtils.encryptByPrivateKeyForSpilt(jsonData.getBytes(),privateKey.getEncoded());    end=System.currentTimeMillis();    Log.e("MainActivity","私鑰加密密耗時 cost time---->"+(end-start));    encryStr=Base64Encoder.encode(encryptBytes);    Log.e("MainActivity","加密后json數(shù)據(jù) --2-->"+encryStr);    Log.e("MainActivity","加密后json數(shù)據(jù)長度 --2-->"+encryStr.length());    //公鑰解密    start=System.currentTimeMillis();    decryptBytes= RSAUtils.decryptByPublicKeyForSpilt(Base64Decoder.decodeToBytes(encryStr),publicKey.getEncoded());    decryStr=new String(decryptBytes);    end=System.currentTimeMillis();    Log.e("MainActivity","公鑰解密耗時 cost time---->"+(end-start));    Log.e("MainActivity","解密后json數(shù)據(jù) --2-->"+decryStr);

運(yùn)行結(jié)果：