Java：实现RSA加密与验证的方法详解

RSA加密与验证的方法详解

RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法是一种非对称加密算法，广泛应用于安全数据传输。它的安全性依赖于大数因数分解的困难程度。RSA算法涉及到密钥的生成、加密和解密过程。本文将详细介绍如何在Java中实现RSA加密与验证，包括代码示例。

一、RSA密钥对生成

RSA算法首先需要生成一对密钥：公钥和私钥。公钥用于加密数据，而私钥用于解密。

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;

public class RSAKeyPairGenerator {
    public static KeyPair generateKeyPair() throws NoSuchAlgorithmException {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyPairGenerator.initialize(2048); // 设置密钥长度为2048位
        return keyPairGenerator.generateKeyPair(); // 生成密钥对
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            KeyPair keyPair = generateKeyPair();
            PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
            PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
            System.out.println("公钥: " + publicKey);
            System.out.println("私钥: " + privateKey);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

二、RSA加密

使用公钥对数据进行加密，可以确保只有持有私钥的人才能解密数据。

import javax.crypto.Cipher;
import java.security.PublicKey;

public class RSAEncrypt {
    public static byte[] encrypt(String data, PublicKey publicKey) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        return cipher.doFinal(data.getBytes());
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 生成密钥对
            KeyPair keyPair = RSAKeyPairGenerator.generateKeyPair();
            PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();

            // 加密数据
            String data = "Hello, RSA!";
            byte[] encryptedData = encrypt(data, publicKey);
            System.out.println("加密后的数据: " + java.util.Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

三、RSA解密

使用私钥对加密后的数据进行解密，恢复原始数据。

import javax.crypto.Cipher;
import java.security.PrivateKey;

public class RSADecrypt {
    public static String decrypt(byte[] encryptedData, PrivateKey privateKey) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        return new String(cipher.doFinal(encryptedData));
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 生成密钥对
            KeyPair keyPair = RSAKeyPairGenerator.generateKeyPair();
            PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
            PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();

            // 原始数据
            String data = "Hello, RSA!";
            byte[] encryptedData = RSAEncrypt.encrypt(data, publicKey);
            System.out.println("加密后的数据: " + java.util.Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData));

            // 解密数据
            String decryptedData = decrypt(encryptedData, privateKey);
            System.out.println("解密后的数据: " + decryptedData);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

四、数据的完整性验证（数字签名）

除了加解密，RSA还可以用于数据签名，确保数据在传输过程中的完整性。

import java.security.Signature;

public class RSASignature {
    public static byte[] sign(byte[] data, PrivateKey privateKey) throws Exception {
        Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
        signature.initSign(privateKey);
        signature.update(data);
        return signature.sign();
    }

    public static boolean verify(byte[] data, byte[] signatureData, PublicKey publicKey) throws Exception {
        Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
        signature.initVerify(publicKey);
        signature.update(data);
        return signature.verify(signatureData);
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 生成密钥对
            KeyPair keyPair = RSAKeyPairGenerator.generateKeyPair();
            PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
            PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();

            // 原始数据
            String data = "Hello, RSA!";
            byte[] dataBytes = data.getBytes();

            // 签名数据
            byte[] signatureData = sign(dataBytes, privateKey);
            System.out.println("生成的签名: " + java.util.Base64.getEncoder().encodeToString(signatureData));

            // 验证签名
            boolean isVerified = verify(dataBytes, signatureData, publicKey);
            System.out.println("签名验证结果: " + isVerified);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

总结

在Java中，RSA加密与验证的过程主要分为密钥生成、数据加密和解密、数字签名与验证几大步骤。通过这些步骤，开发者可以安全地进行数据传输，确保数据的保密性和完整性。RSA加密算法在现代互联网通信中扮演着重要角色，是信息安全领域的基石。