Android数据加密之Rsa加密的简单实现
最近无意中和同事交流数据安全传输的问题，想起自己曾经使用过的Rsa非对称加密算法，闲下来总结一下。
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。
该如何使用呢？
第一步：首先生成秘钥对
/**
* 随机生成RSA密钥对
*
* @param keyLength 密钥长度，范围：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;
}
}
具体加密实现：
公钥加密
/**
* 用公钥对字符串进行加密
*
* @param data 原文
*/
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);
}
私钥加密
/**
* 私钥加密
*
* @param data 待加密数据
* @param privateKey 密钥
* @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);
}
公钥解密
/**
* 公钥解密
*
* @param data 待解密数据
* @param publicKey 密钥
* @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);
}
私钥解密
/**
* 使用私钥进行解密
*/
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;//秘钥默认长度
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;// 当前秘钥支持加密的最大字节数
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）。
公钥分段加密
/**
* 用公钥对字符串进行分段加密
*
*/
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;
}
私钥分段加密
/**
* 分段加密
*
* @param data 要加密的原始数据
* @param privateKey 秘钥
*/
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;
}
公钥分段解密
/**
* 公钥分段解密
*
* @param encrypted 待解密数据
* @param publicKey 密钥
*/
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]) {
// 这个是以split[0]开头
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
isMatchSplit = true;
}
}
}
} else {
// split只有一位，则已经匹配了
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;
}
私钥分段解密
/**
* 使用私钥分段解密
*
*/
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]) {
// 这个是以split[0]开头
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
isMatchSplit = true;
}
}
}
} else {
// split只有一位，则已经匹配了
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;
}
这样总算把遇见的问题解决了，项目中使用的方案是客户端公钥加密，服务器私钥解密，服务器开发人员说是出于效率考虑，所以还是自己写了个程序测试一下真正的效率
第一步：准备100条对象数据
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(String.valueOf(i));
personList.add(person);
}
//FastJson生成json数据
String jsonData=JsonUtils.objectToJsonForFastJson(personList);
Log.e("MainActivity","加密前json数据 ---->"+jsonData);
Log.e("MainActivity","加密前json数据长度 ---->"+jsonData.length());
第二步生成秘钥对
KeyPair keyPair=RSAUtils.generateRSAKeyPair(RSAUtils.DEFAULT_KEY_SIZE);
// 公钥
RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
// 私钥
RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
接下来分别使用公钥加密 私钥解密 私钥加密 公钥解密
//公钥加密
long start=System.currentTimeMillis();
byte[] encryptBytes= RSAUtils.encryptByPublicKeyForSpilt(jsonData.getBytes(),publicKey.getEncoded());
long end=System.currentTimeMillis();
Log.e("MainActivity","公钥加密耗时 cost time---->"+(end-start));
String encryStr=Base64Encoder.encode(encryptBytes);
Log.e("MainActivity","加密后json数据 --1-->"+encryStr);
Log.e("MainActivity","加密后json数据长度 --1-->"+encryStr.length());
//私钥解密
start=System.currentTimeMillis();
byte[] decryptBytes= RSAUtils.decryptByPrivateKeyForSpilt(Base64Decoder.decodeToBytes(encryStr),privateKey.getEncoded());
String decryStr=new String(decryptBytes);
end=System.currentTimeMillis();
Log.e("MainActivity","私钥解密耗时 cost time---->"+(end-start));
Log.e("MainActivity","解密后json数据 --1-->"+decryStr);
//私钥加密
start=System.currentTimeMillis();
encryptBytes= RSAUtils.encryptByPrivateKeyForSpilt(jsonData.getBytes(),privateKey.getEncoded());
end=System.currentTimeMillis();
Log.e("MainActivity","私钥加密密耗时 cost time---->"+(end-start));
encryStr=Base64Encoder.encode(encryptBytes);
Log.e("MainActivity","加密后json数据 --2-->"+encryStr);
Log.e("MainActivity","加密后json数据长度 --2-->"+encryStr.length());
//公钥解密
start=System.currentTimeMillis();
decryptBytes= RSAUtils.decryptByPublicKeyForSpilt(Base64Decoder.decodeToBytes(encryStr),publicKey.getEncoded());
decryStr=new String(decryptBytes);
end=System.currentTimeMillis();
Log.e("MainActivity","公钥解密耗时 cost time---->"+(end-start));
Log.e("MainActivity","解密后json数据 --2-->"+decryStr);
运行结果：
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
加密后数据大小的变化：数据量差不多是加密前的1.5倍
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