Pre
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。
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。
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RSA
String 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。
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RSA
String 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));
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));
公钥加密和公钥解密 （行不通）
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"));
}
}
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：
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);
}
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);
}
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"));
}
}
