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Java中使用OpenSSL生成的RSA公私钥进行数据加解密

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Java中使用OpenSSL生成的RSA公私钥进行数据加解密

2023-03-16 14:31| 来源: 网络整理| 查看: 265

RSA是什么：RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够 抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。目前该加密方式广泛用于网上银行、数字签名等场合。RSA算法基于一个十分简单的 数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

OpenSSL是什 么：众多的密码算法、公钥基础设施标准以及SSL协议，或许这些有趣的功能会让你产生实现所有这些算法和标准的想法。果真如此，在对你表示敬佩的同时，还 是忍不住提醒你：这是一个令人望而生畏的过程。这个工作不再是简单的读懂几本密码学专著和协议文档那么简单，而是要理解所有这些算法、标准和协议文档的每 一个细节，并用你可能很熟悉的C语言字符一个一个去实现这些定义和过程。我们不知道你将需要多少时间来完成这项有趣而可怕的工作，但肯定不是一年两年的问 题。OpenSSL就是由Eric A. Young和Tim J. Hudson两位绝世大好人自1995年就开始编写的集合众多安全算法的算法集合。通过命令或者开发库，我们可以轻松实现标准的公开算法应用。

我的一个假设应用背景：

随 着移动互联网的普及，为移动设备开发的应用也层出不穷。这些应用往往伴随着用户注册与密码验证的功能。”网络传输“、”应用程序日志访问“中的安全性都存 在着隐患。密码作为用户的敏感数据，特别需要开发者在应用上线之前做好安全防范。处理不当，可能会造成诸如商业竞争对手的恶意攻击、第三方合作商的诉讼等 问题。

RSA算法虽然有这么多好处，但是在网上找不到一个完整的例子来说明如何操作。下面我就来介绍一下：

一、使用OpenSSL来生成私钥和公钥

我使用的是Linux系统，已经安装了OpenSSL软件包，此时请验证你的机器上已经安装了OpenSSL，运行命令应当出现如下信息：

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[root@chaijunkun ~]# openssl version -a  

OpenSSL 1.0.0-fips 29 Mar 2010  

built on: Wed Jan 25 02:17:15 GMT 2012  

platform: linux-x86_64  

options:  bn(64,64) md2(int) rc4(16x,int) des(idx,cisc,16,int) blowfish(idx)   

compiler: gcc -fPIC -DOPENSSL_PIC -DZLIB -DOPENSSL_THREADS -D_REENTRANT -DDSO_DLFCN -DHAVE_DLFCN_H -DKRB5_MIT -m64 -DL_ENDIAN -DTERMIO -Wall -O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector --param=ssp-buffer-size=4 -m64 -mtune=generic -Wa,--noexecstack -DMD32_REG_T=int -DOPENSSL_IA32_SSE2 -DOPENSSL_BN_ASM_MONT -DSHA1_ASM -DSHA256_ASM -DSHA512_ASM -DMD5_ASM -DAES_ASM -DWHIRLPOOL_ASM  

OPENSSLDIR: "/etc/pki/tls"  

engines:  aesni dynamic   

先来生成私钥：

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[root@chaijunkun ~]# openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 1024  

Generating RSA private key, 1024 bit long modulus  

.......................++++++  

..++++++  

e is 65537 (0x10001)  

这条命令让openssl随机生成了一份私钥，加密长度是1024位。加密长度是指理论上最大允许”被加密的信息“长度的限制，也就是明文的长度限制。随着这个参数的增大（比方说2048），允许的明文长度也会增加，但同时也会造成计算复杂度的极速增长。一般推荐的长度就是1024位（128字节）。

我们来看一下私钥的内容：

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[root@chaijunkun ~]# cat rsa_private_key.pem   

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----  

MIICWwIBAAKBgQChDzcjw/rWgFwnxunbKp7/4e8w/UmXx2jk6qEEn69t6N2R1i/L  

mcyDT1xr/T2AHGOiXNQ5V8W4iCaaeNawi7aJaRhtVx1uOH/2U378fscEESEG8XDq  

ll0GCfB1/TjKI2aitVSzXOtRs8kYgGU78f7VmDNgXIlk3gdhnzh+uoEQywIDAQAB  

AoGAaeKk76CSsp7k90mwyWP18GhLZru+vEhfT9BpV67cGLg1owFbntFYQSPVsTFm  

U2lWn5HD/IcV+EGaj4fOLXdM43Kt4wyznoABSZCKKxs6uRciu8nQaFNUy4xVeOfX  

PHU2TE7vi4LDkw9df1fya+DScSLnaDAUN3OHB5jqGL+Ls5ECQQDUfuxXN3uqGYKk  

znrKj0j6pY27HRfROMeHgxbjnnApCQ71SzjqAM77R3wIlKfh935OIV0aQC4jQRB4  

iHYSLl9lAkEAwgh4jxxXeIAufMsgjOi3qpJqGvumKX0W96McpCwV3Fsew7W1/msi  

suTkJp5BBvjFvFwfMAHYlJdP7W+nEBWkbwJAYbz/eB5NAzA4pxVR5VmCd8cuKaJ4  

EgPLwsjI/mkhrb484xZ2VyuICIwYwNmfXpA3yDgQWsKqdgy3Rrl9lV8/AQJAcjLi  

IfigUr++nJxA8C4Xy0CZSoBJ76k710wdE1MPGr5WgQF1t+P+bCPjVAdYZm4Mkyv0  

/yBXBD16QVixjvnt6QJABli6Zx9GYRWnu6AKpDAHd8QjWOnnNfNLQHue4WepEvkm  

CysG+IBs2GgsXNtrzLWJLFx7VHmpqNTTC8yNmX1KFw==  

-----END RSA PRIVATE KEY-----  

内容都是标准的ASCII字符，开头一行和结尾一行有明显的标记，真正的私钥数据是中间的不规则字符。

2015 年3月24日补充：密钥文件最终将数据通过Base64编码进行存储。可以看到上述密钥文件内容每一行的长度都很规律。这是由于RFC2045中规 定：The encoded output stream must be represented in lines of no more than 76 characters each。也就是说Base64编码的数据每行最多不超过76字符，对于超长数据需要按行分割。

接下来根据私钥生成公钥：

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[root@chaijunkun ~]# openssl rsa -in rsa_private_key.pem -out rsa_public_key.pem -pubout  

writing RSA key  

再来看一下公钥的内容：

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[root@chaijunkun ~]# cat rsa_public_ley.pem   

-----BEGIN PUBLIC KEY-----  

MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQChDzcjw/rWgFwnxunbKp7/4e8w  

/UmXx2jk6qEEn69t6N2R1i/LmcyDT1xr/T2AHGOiXNQ5V8W4iCaaeNawi7aJaRht  

Vx1uOH/2U378fscEESEG8XDqll0GCfB1/TjKI2aitVSzXOtRs8kYgGU78f7VmDNg  

XIlk3gdhnzh+uoEQywIDAQAB  

-----END PUBLIC KEY-----  

这时候的私钥还不能直接被使用，需要进行PKCS#8编码：

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[root@chaijunkun ~]# openssl pkcs8 -topk8 -in rsa_private_key.pem -out pkcs8_rsa_private_key.pem -nocrypt  

命令中指明了输入私钥文件为rsa_private_key.pem，输出私钥文件为pkcs8_rsa_private_key.pem，不采用任何二次加密（-nocrypt）

再来看一下，编码后的私钥文件是不是和之前的私钥文件不同了：

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[root@chaijunkun ~]# cat pkcs8_rsa_private_key.pem   

-----BEGIN PRIVATE KEY-----  

MIICdQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAl8wggJbAgEAAoGBAKEPNyPD+taAXCfG  

6dsqnv/h7zD9SZfHaOTqoQSfr23o3ZHWL8uZzINPXGv9PYAcY6Jc1DlXxbiIJpp4  

1rCLtolpGG1XHW44f/ZTfvx+xwQRIQbxcOqWXQYJ8HX9OMojZqK1VLNc61GzyRiA  

ZTvx/tWYM2BciWTeB2GfOH66gRDLAgMBAAECgYBp4qTvoJKynuT3SbDJY/XwaEtm  

u768SF9P0GlXrtwYuDWjAVue0VhBI9WxMWZTaVafkcP8hxX4QZqPh84td0zjcq3j  

DLOegAFJkIorGzq5FyK7ydBoU1TLjFV459c8dTZMTu+LgsOTD11/V/Jr4NJxIudo  

MBQ3c4cHmOoYv4uzkQJBANR+7Fc3e6oZgqTOesqPSPqljbsdF9E4x4eDFuOecCkJ  

DvVLOOoAzvtHfAiUp+H3fk4hXRpALiNBEHiIdhIuX2UCQQDCCHiPHFd4gC58yyCM  

6Leqkmoa+6YpfRb3oxykLBXcWx7DtbX+ayKy5OQmnkEG+MW8XB8wAdiUl0/tb6cQ  

FaRvAkBhvP94Hk0DMDinFVHlWYJ3xy4pongSA8vCyMj+aSGtvjzjFnZXK4gIjBjA  

2Z9ekDfIOBBawqp2DLdGuX2VXz8BAkByMuIh+KBSv76cnEDwLhfLQJlKgEnvqTvX  

TB0TUw8avlaBAXW34/5sI+NUB1hmbgyTK/T/IFcEPXpBWLGO+e3pAkAGWLpnH0Zh  

Fae7oAqkMAd3xCNY6ec180tAe57hZ6kS+SYLKwb4gGzYaCxc22vMtYksXHtUeamo  

1NMLzI2ZfUoX  

-----END PRIVATE KEY-----  

至此，可用的密钥对已经生成好了，私钥使用pkcs8_rsa_private_key.pem，公钥采用rsa_public_key.pem。

2014年5月20日补充：最近又遇到RSA加密的需求了，而且对方要求只能使用第一步生成的未经过PKCS#8编码的私钥文件。后来查看相关文献得知第一步生成的私钥文件编码是PKCS#1格式，这种格式Java其实是支持的，只不过多写两行代码而已：

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RSAPrivateKeyStructure asn1PrivKey = new RSAPrivateKeyStructure((ASN1Sequence) ASN1Sequence.fromByteArray(priKeyData));  

RSAPrivateKeySpec rsaPrivKeySpec = new RSAPrivateKeySpec(asn1PrivKey.getModulus(), asn1PrivKey.getPrivateExponent());  

KeyFactory keyFactory= KeyFactory.getInstance("RSA");  

PrivateKey priKey= keyFactory.generatePrivate(rsaPrivKeySpec);  

首先将PKCS#1的私钥文件读取出来（注意去掉减号开头的注释内容），然后使用Base64解码读出的字符串，便得到priKeyData，也就是第一行代码中的参数。最后一行得到了私钥。接下来的用法就没什么区别了。

参考文献：https://community.oracle.com/thread/1529240?start=0&tstart=0

二、编写Java代码实际测试

2012 年2月23日补充：在标准JDK中只是规定了JCE(JCE (Java Cryptography Extension) 是一组包，它们提供用于加密、密钥生成和协商以及 Message Authentication Code(MAC)算法的框架和实现。它提供对对称、不对称、块和流密码的加密支持，它还支持安全流和密封的对象。)接口，但是内部实现需要自己或者第三 方提供。因此我们这里使用bouncycastle的开源的JCE实现包，下载地址：http://bouncycastle.org /latest_releases.html，我使用的是bcprov-jdk16-146.jar，这是在JDK1.6环境下使用的。如果需要其他 JDK版本下的实现，可以在之前的下载页面中找到对应版本。

下面来看一下我实现的代码：

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package net.csdn.blog.chaijunkun;  

  

import java.io.BufferedReader;  

import java.io.IOException;  

import java.io.InputStream;  

import java.io.InputStreamReader;  

import java.security.InvalidKeyException;  

import java.security.KeyFactory;  

import java.security.KeyPair;  

import java.security.KeyPairGenerator;  

import java.security.NoSuchAlgorithmException;  

import java.security.SecureRandom;  

import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;  

import java.security.interfaces.RSAPublicKey;  

import java.security.spec.InvalidKeySpecException;  

import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;  

import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;  

  

import javax.crypto.BadPaddingException;  

import javax.crypto.Cipher;  

import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;  

import javax.crypto.NoSuchPaddingException;  

  

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;  

  

import sun.misc.BASE64Decoder;  

  

public class RSAEncrypt {  

      

    private static final String DEFAULT_PUBLIC_KEY=   

        "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQChDzcjw/rWgFwnxunbKp7/4e8w" + "\r" +  

        "/UmXx2jk6qEEn69t6N2R1i/LmcyDT1xr/T2AHGOiXNQ5V8W4iCaaeNawi7aJaRht" + "\r" +  

        "Vx1uOH/2U378fscEESEG8XDqll0GCfB1/TjKI2aitVSzXOtRs8kYgGU78f7VmDNg" + "\r" +  

        "XIlk3gdhnzh+uoEQywIDAQAB" + "\r";  

      

    private static final String DEFAULT_PRIVATE_KEY=  

        "MIICdQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAl8wggJbAgEAAoGBAKEPNyPD+taAXCfG" + "\r" +  

        "6dsqnv/h7zD9SZfHaOTqoQSfr23o3ZHWL8uZzINPXGv9PYAcY6Jc1DlXxbiIJpp4" + "\r" +  

        "1rCLtolpGG1XHW44f/ZTfvx+xwQRIQbxcOqWXQYJ8HX9OMojZqK1VLNc61GzyRiA" + "\r" +  

        "ZTvx/tWYM2BciWTeB2GfOH66gRDLAgMBAAECgYBp4qTvoJKynuT3SbDJY/XwaEtm" + "\r" +  

        "u768SF9P0GlXrtwYuDWjAVue0VhBI9WxMWZTaVafkcP8hxX4QZqPh84td0zjcq3j" + "\r" +  

        "DLOegAFJkIorGzq5FyK7ydBoU1TLjFV459c8dTZMTu+LgsOTD11/V/Jr4NJxIudo" + "\r" +  

        "MBQ3c4cHmOoYv4uzkQJBANR+7Fc3e6oZgqTOesqPSPqljbsdF9E4x4eDFuOecCkJ" + "\r" +  

        "DvVLOOoAzvtHfAiUp+H3fk4hXRpALiNBEHiIdhIuX2UCQQDCCHiPHFd4gC58yyCM" + "\r" +  

        "6Leqkmoa+6YpfRb3oxykLBXcWx7DtbX+ayKy5OQmnkEG+MW8XB8wAdiUl0/tb6cQ" + "\r" +  

        "FaRvAkBhvP94Hk0DMDinFVHlWYJ3xy4pongSA8vCyMj+aSGtvjzjFnZXK4gIjBjA" + "\r" +  

        "2Z9ekDfIOBBawqp2DLdGuX2VXz8BAkByMuIh+KBSv76cnEDwLhfLQJlKgEnvqTvX" + "\r" +  

        "TB0TUw8avlaBAXW34/5sI+NUB1hmbgyTK/T/IFcEPXpBWLGO+e3pAkAGWLpnH0Zh" + "\r" +  

        "Fae7oAqkMAd3xCNY6ec180tAe57hZ6kS+SYLKwb4gGzYaCxc22vMtYksXHtUeamo" + "\r" +  

        "1NMLzI2ZfUoX" + "\r";  

  

    /** 

     * 私钥 

     */  

    private RSAPrivateKey privateKey;  

  

    /** 

     * 公钥 

     */  

    private RSAPublicKey publicKey;  

      

    /** 

     * 字节数据转字符串专用集合 

     */  

    private static final char[] HEX_CHAR= {'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f'};  

      

  

    /** 

     * 获取私钥 

     * @return 当前的私钥对象 

     */  

    public RSAPrivateKey getPrivateKey() {  

        return privateKey;  

    }  

  

    /** 

     * 获取公钥 

     * @return 当前的公钥对象 

     */  

    public RSAPublicKey getPublicKey() {  

        return publicKey;  

    }  

  

    /** 

     * 随机生成密钥对 

     */  

    public void genKeyPair(){  

        KeyPairGenerator keyPairGen= null;  

        try {  

            keyPairGen= KeyPairGenerator.getInstance("RSA");  

        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {  

            e.printStackTrace();  

        }  

        keyPairGen.initialize(1024, new SecureRandom());  

        KeyPair keyPair= keyPairGen.generateKeyPair();  

        this.privateKey= (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();  

        this.publicKey= (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();  

    }  

  

    /** 

     * 从文件中输入流中加载公钥 

     * @param in 公钥输入流 

     * @throws Exception 加载公钥时产生的异常 

     */  

    public void loadPublicKey(InputStream in) throws Exception{  

        try {  

            BufferedReader br= new BufferedReader(new InputStreamReader(in));  

            String readLine= null;  

            StringBuilder sb= new StringBuilder();  

            while((readLine= br.readLine())!=null){  

                if(readLine.charAt(0)=='-'){  

                    continue;  

                }else{  

                    sb.append(readLine);  

                    sb.append('\r');  

                }  

            }  

            loadPublicKey(sb.toString());  

        } catch (IOException e) {  

            throw new Exception("公钥数据流读取错误");  

        } catch (NullPointerException e) {  

            throw new Exception("公钥输入流为空");  

        }  

    }  

  

  

    /** 

     * 从字符串中加载公钥 

     * @param publicKeyStr 公钥数据字符串 

     * @throws Exception 加载公钥时产生的异常 

     */  

    public void loadPublicKey(String publicKeyStr) throws Exception{  

        try {  

            BASE64Decoder base64Decoder= new BASE64Decoder();  

            byte[] buffer= base64Decoder.decodeBuffer(publicKeyStr);  

            KeyFactory keyFactory= KeyFactory.getInstance("RSA");  

            X509EncodedKeySpec keySpec= new X509EncodedKeySpec(buffer);  

            this.publicKey= (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);  

        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {  

            throw new Exception("无此算法");  

        } catch (InvalidKeySpecException e) {  

            throw new Exception("公钥非法");  

        } catch (IOException e) {  

            throw new Exception("公钥数据内容读取错误");  

        } catch (NullPointerException e) {  

            throw new Exception("公钥数据为空");  

        }  

    }  

  

    /** 

     * 从文件中加载私钥 

     * @param keyFileName 私钥文件名 

     * @return 是否成功 

     * @throws Exception  

     */  

    public void loadPrivateKey(InputStream in) throws Exception{  

        try {  

            BufferedReader br= new BufferedReader(new InputStreamReader(in));  

            String readLine= null;  

            StringBuilder sb= new StringBuilder();  

            while((readLine= br.readLine())!=null){  

                if(readLine.charAt(0)=='-'){  

                    continue;  

                }else{  

                    sb.append(readLine);  

                    sb.append('\r');  

                }  

            }  

            loadPrivateKey(sb.toString());  

        } catch (IOException e) {  

            throw new Exception("私钥数据读取错误");  

        } catch (NullPointerException e) {  

            throw new Exception("私钥输入流为空");  

        }  

    }  

  

    public void loadPrivateKey(String privateKeyStr) throws Exception{  

        try {  

            BASE64Decoder base64Decoder= new BASE64Decoder();  

            byte[] buffer= base64Decoder.decodeBuffer(privateKeyStr);  

            PKCS8EncodedKeySpec keySpec= new PKCS8EncodedKeySpec(buffer);  

            KeyFactory keyFactory= KeyFactory.getInstance("RSA");  

            this.privateKey= (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);  

        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {  

            throw new Exception("无此算法");  

        } catch (InvalidKeySpecException e) {  

            throw new Exception("私钥非法");  

        } catch (IOException e) {  

            throw new Exception("私钥数据内容读取错误");  

        } catch (NullPointerException e) {  

            throw new Exception("私钥数据为空");  

        }  

    }  

  

    /** 

     * 加密过程 

     * @param publicKey 公钥 

     * @param plainTextData 明文数据 

     * @return 

     * @throws Exception 加密过程中的异常信息 

     */  

    public byte[] encrypt(RSAPublicKey publicKey, byte[] plainTextData) throws Exception{  

        if(publicKey== null){  

            throw new Exception("加密公钥为空, 请设置");  

        }  

        Cipher cipher= null;  

        try {  

            cipher= Cipher.getInstance("RSA", new BouncyCastleProvider());  

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);  

            byte[] output= cipher.doFinal(plainTextData);  

            return output;  

        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {  

            throw new Exception("无此加密算法");  

        } catch (NoSuchPaddingException e) {  

            e.printStackTrace();  

            return null;  

        }catch (InvalidKeyException e) {  

            throw new Exception("加密公钥非法,请检查");  

        } catch (IllegalBlockSizeException e) {  

            throw new Exception("明文长度非法");  

        } catch (BadPaddingException e) {  

            throw new Exception("明文数据已损坏");  

        }  

    }  

  

    /** 

     * 解密过程 

     * @param privateKey 私钥 

     * @param cipherData 密文数据 

     * @return 明文 

     * @throws Exception 解密过程中的异常信息 

     */  

    public byte[] decrypt(RSAPrivateKey privateKey, byte[] cipherData) throws Exception{  

        if (privateKey== null){  

            throw new Exception("解密私钥为空, 请设置");  

        }  

        Cipher cipher= null;  

        try {  

            cipher= Cipher.getInstance("RSA", new BouncyCastleProvider());  

            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);  

            byte[] output= cipher.doFinal(cipherData);  

            return output;  

        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {  

            throw new Exception("无此解密算法");  

        } catch (NoSuchPaddingException e) {  

            e.printStackTrace();  

            return null;  

        }catch (InvalidKeyException e) {  

            throw new Exception("解密私钥非法,请检查");  

        } catch (IllegalBlockSizeException e) {  

            throw new Exception("密文长度非法");  

        } catch (BadPaddingException e) {  

            throw new Exception("密文数据已损坏");  

        }         

    }  

  

      

    /** 

     * 字节数据转十六进制字符串 

     * @param data 输入数据 

     * @return 十六进制内容 

     */  

    public static String byteArrayToString(byte[] data){  

        StringBuilder stringBuilder= new StringBuilder();  

        for (int i=0; i>> 4]);  

            //取出字节的低四位 作为索引得到相应的十六进制标识符  

            stringBuilder.append(HEX_CHAR[(data[i] & 0x0f)]);  

            if (i



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