RSA加密、解密、签名、验签的原理及方法

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RSA加密、解密、签名、验签的原理及方法

2024-07-09 14:32| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、RSA加密简介

RSA加密是一种非对称加密。可以在不直接传递密钥的情况下,完成解密。这能够确保信息的安全性,避免了直接传递密钥所造成的被破解的风险。是由一对密钥来进行加解密的过程,分别称为公钥和私钥。两者之间有数学相关,该加密算法的原理就是对一极大整数做因数分解的困难性来保证安全性。通常个人保存私钥,公钥是公开的(可能同时多人持有)。

二、RSA加密、签名区别

加密和签名都是为了安全性考虑,但略有不同。常有人问加密和签名是用私钥还是公钥?其实都是对加密和签名的作用有所混淆。简单的说,加密是为了防止信息被泄露,而签名是为了防止信息被篡改。这里举2个例子说明。

第一个场景:战场上,B要给A传递一条消息,内容为某一指令。

RSA的加密过程如下:

(1)A生成一对密钥(公钥和私钥),私钥不公开,A自己保留。公钥为公开的,任何人可以获取。

(2)A传递自己的公钥给B,B用A的公钥对消息进行加密。

(3)A接收到B加密的消息,利用A自己的私钥对消息进行解密。

在这个过程中,只有2次传递过程,第一次是A传递公钥给B,第二次是B传递加密消息给A,即使都被敌方截获,也没有危险性,因为只有A的私钥才能对消息进行解密,防止了消息内容的泄露。

第二个场景:A收到B发的消息后,需要进行回复“收到”。

RSA签名的过程如下:

(1)A生成一对密钥(公钥和私钥),私钥不公开,A自己保留。公钥为公开的,任何人可以获取。

(2)A用自己的私钥对消息加签,形成签名,并将加签的消息和消息本身一起传递给B。

(3)B收到消息后,在获取A的公钥进行验签,如果验签出来的内容与消息本身一致,证明消息是A回复的。

在这个过程中,只有2次传递过程,第一次是A传递加签的消息和消息本身给B,第二次是B获取A的公钥,即使都被敌方截获,也没有危险性,因为只有A的私钥才能对消息进行签名,即使知道了消息内容,也无法伪造带签名的回复给B,防止了消息内容的篡改。

但是,综合两个场景你会发现,第一个场景虽然被截获的消息没有泄露,但是可以利用截获的公钥,将假指令进行加密,然后传递给A。第二个场景虽然截获的消息不能被篡改,但是消息的内容可以利用公钥验签来获得,并不能防止泄露。所以在实际应用中,要根据情况使用,也可以同时使用加密和签名,比如A和B都有一套自己的公钥和私钥,当A要给B发送消息时,先用B的公钥对消息加密,再对加密的消息使用A的私钥加签名,达到既不泄露也不被篡改,更能保证消息的安全性。

总结:公钥加密、私钥解密、私钥签名、公钥验签。

三、RSA加密、签名的方法,代码例子如下:

PS:RSA加密对明文的长度有所限制,规定需加密的明文最大长度=密钥长度-11(单位是字节,即byte),所以在加密和解密的过程中需要分块进行。而密钥默认是1024位,即1024位/8位-11=128-11=117字节。所以默认加密前的明文最大长度117字节,解密密文最大长度为128字。那么为啥两者相差11字节呢?是因为RSA加密使用到了填充模式(padding),即内容不足117字节时会自动填满,用到填充模式自然会占用一定的字节,而且这部分字节也是参与加密的。

密钥长度的设置就是上面例子的第32行。可自行调整,当然非对称加密随着密钥变长,安全性上升的同时性能也会有所下降。一、RSA加密简介

RSA加密是一种非对称加密。可以在不直接传递密钥的情况下,完成解密。这能够确保信息的安全性,避免了直接传递密钥所造成的被破解的风险。是由一对密钥来进行加解密的过程,分别称为公钥和私钥。两者之间有数学相关,该加密算法的原理就是对一极大整数做因数分解的困难性来保证安全性。通常个人保存私钥,公钥是公开的(可能同时多人持有)。

二、RSA加密、签名区别

加密和签名都是为了安全性考虑,但略有不同。常有人问加密和签名是用私钥还是公钥?其实都是对加密和签名的作用有所混淆。简单的说,加密是为了防止信息被泄露,而签名是为了防止信息被篡改。这里举2个例子说明。

第一个场景:战场上,B要给A传递一条消息,内容为某一指令。

RSA的加密过程如下:

(1)A生成一对密钥(公钥和私钥),私钥不公开,A自己保留。公钥为公开的,任何人可以获取。

(2)A传递自己的公钥给B,B用A的公钥对消息进行加密。

(3)A接收到B加密的消息,利用A自己的私钥对消息进行解密。

在这个过程中,只有2次传递过程,第一次是A传递公钥给B,第二次是B传递加密消息给A,即使都被敌方截获,也没有危险性,因为只有A的私钥才能对消息进行解密,防止了消息内容的泄露。

第二个场景:A收到B发的消息后,需要进行回复“收到”。

RSA签名的过程如下:

(1)A生成一对密钥(公钥和私钥),私钥不公开,A自己保留。公钥为公开的,任何人可以获取。

(2)A用自己的私钥对消息加签,形成签名,并将加签的消息和消息本身一起传递给B。

(3)B收到消息后,在获取A的公钥进行验签,如果验签出来的内容与消息本身一致,证明消息是A回复的。

在这个过程中,只有2次传递过程,第一次是A传递加签的消息和消息本身给B,第二次是B获取A的公钥,即使都被敌方截获,也没有危险性,因为只有A的私钥才能对消息进行签名,即使知道了消息内容,也无法伪造带签名的回复给B,防止了消息内容的篡改。

但是,综合两个场景你会发现,第一个场景虽然被截获的消息没有泄露,但是可以利用截获的公钥,将假指令进行加密,然后传递给A。第二个场景虽然截获的消息不能被篡改,但是消息的内容可以利用公钥验签来获得,并不能防止泄露。所以在实际应用中,要根据情况使用,也可以同时使用加密和签名,比如A和B都有一套自己的公钥和私钥,当A要给B发送消息时,先用B的公钥对消息加密,再对加密的消息使用A的私钥加签名,达到既不泄露也不被篡改,更能保证消息的安全性。

总结:公钥加密、私钥解密、私钥签名、公钥验签。

三、RSA加密、签名的方法,代码例子如下:

import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.security.KeyFactory; import java.security.KeyPair; import java.security.KeyPairGenerator; import java.security.PrivateKey; import java.security.PublicKey; import java.security.Signature; import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; import java.security.spec.X509EncodedKeySpec; import javax.crypto.Cipher; import org.apache.commons.codec.binary.Base64; public class TestRSA { /** * RSA最大加密明文大小 */ private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117; /** * RSA最大解密密文大小 */ private static final int MAX_DECRYPT_BLOCK = 128; /** * 获取密钥对 * * @return 密钥对 */ public static KeyPair getKeyPair() throws Exception { KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); generator.initialize(1024); return generator.generateKeyPair(); } /** * 获取私钥 * * @param privateKey 私钥字符串 * @return */ public static PrivateKey getPrivateKey(String privateKey) throws Exception { KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA"); byte[] decodedKey = Base64.decodeBase64(privateKey.getBytes()); PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(decodedKey); return keyFactory.generatePrivate(keySpec); } /** * 获取公钥 * * @param publicKey 公钥字符串 * @return */ public static PublicKey getPublicKey(String publicKey) throws Exception { KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA"); byte[] decodedKey = Base64.decodeBase64(publicKey.getBytes()); X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(decodedKey); return keyFactory.generatePublic(keySpec); } /** * RSA加密 * * @param data 待加密数据 * @param publicKey 公钥 * @return */ public static String encrypt(String data, PublicKey publicKey) throws Exception { Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey); int inputLen = data.getBytes().length; ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream(); int offset = 0; byte[] cache; int i = 0; // 对数据分段加密 while (inputLen - offset > 0) { if (inputLen - offset > MAX_ENCRYPT_BLOCK) { cache = cipher.doFinal(data.getBytes(), offset, MAX_ENCRYPT_BLOCK); } else { cache = cipher.doFinal(data.getBytes(), offset, inputLen - offset); } out.write(cache, 0, cache.length); i++; offset = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK; } byte[] encryptedData = out.toByteArray(); out.close(); // 获取加密内容使用base64进行编码,并以UTF-8为标准转化成字符串 // 加密后的字符串 return new String(Base64.encodeBase64String(encryptedData)); } /** * RSA解密 * * @param data 待解密数据 * @param privateKey 私钥 * @return */ public static String decrypt(String data, PrivateKey privateKey) throws Exception { Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey); byte[] dataBytes = Base64.decodeBase64(data); int inputLen = dataBytes.length; ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream(); int offset = 0; byte[] cache; int i = 0; // 对数据分段解密 while (inputLen - offset > 0) { if (inputLen - offset > MAX_DECRYPT_BLOCK) { cache = cipher.doFinal(dataBytes, offset, MAX_DECRYPT_BLOCK); } else { cache = cipher.doFinal(dataBytes, offset, inputLen - offset); } out.write(cache, 0, cache.length); i++; offset = i * MAX_DECRYPT_BLOCK; } byte[] decryptedData = out.toByteArray(); out.close(); // 解密后的内容 return new String(decryptedData, "UTF-8"); } /** * 签名 * * @param data 待签名数据 * @param privateKey 私钥 * @return 签名 */ public static String sign(String data, PrivateKey privateKey) throws Exception { byte[] keyBytes = privateKey.getEncoded(); PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA"); PrivateKey key = keyFactory.generatePrivate(keySpec); Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA"); signature.initSign(key); signature.update(data.getBytes()); return new String(Base64.encodeBase64(signature.sign())); } /** * 验签 * * @param srcData 原始字符串 * @param publicKey 公钥 * @param sign 签名 * @return 是否验签通过 */ public static boolean verify(String srcData, PublicKey publicKey, String sign) throws Exception { byte[] keyBytes = publicKey.getEncoded(); X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA"); PublicKey key = keyFactory.generatePublic(keySpec); Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA"); signature.initVerify(key); signature.update(srcData.getBytes()); return signature.verify(Base64.decodeBase64(sign.getBytes())); } public static void main(String[] args) { try { // 生成密钥对 KeyPair keyPair = getKeyPair(); String privateKey = new String(Base64.encodeBase64(keyPair.getPrivate().getEncoded())); String publicKey = new String(Base64.encodeBase64(keyPair.getPublic().getEncoded())); System.out.println("私钥:" + privateKey); System.out.println("公钥:" + publicKey); // RSA加密 String data = "待加密的文字内容"; String encryptData = encrypt(data, getPublicKey(publicKey)); System.out.println("加密后内容:" + encryptData); // RSA解密 String decryptData = decrypt(encryptData, getPrivateKey(privateKey)); System.out.println("解密后内容:" + decryptData); // RSA签名 String sign = sign(data, getPrivateKey(privateKey)); // RSA验签 boolean result = verify(data, getPublicKey(publicKey), sign); System.out.print("验签结果:" + result); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); System.out.print("加解密异常"); } } }

PS:RSA加密对明文的长度有所限制,规定需加密的明文最大长度=密钥长度-11(单位是字节,即byte),所以在加密和解密的过程中需要分块进行。而密钥默认是1024位,即1024位/8位-11=128-11=117字节。所以默认加密前的明文最大长度117字节,解密密文最大长度为128字。那么为啥两者相差11字节呢?是因为RSA加密使用到了填充模式(padding),即内容不足117字节时会自动填满,用到填充模式自然会占用一定的字节,而且这部分字节也是参与加密的。

密钥长度的设置就是上面例子的第32行。可自行调整,当然非对称加密随着密钥变长,安全性上升的同时性能也会有所下降。

题外话

初入计算机行业的人或者大学计算机相关专业毕业生,很多因缺少实战经验,就业处处碰壁。下面我们来看两组数据:

2023届全国高校毕业生预计达到1158万人,就业形势严峻;

国家网络安全宣传周公布的数据显示,到2027年我国网络安全人员缺口将达327万。

一方面是每年应届毕业生就业形势严峻,一方面是网络安全人才百万缺口。

6月9日,麦可思研究2023年版就业蓝皮书(包括《2023年中国本科生就业报告》《2023年中国高职生就业报告》)正式发布。

2022届大学毕业生月收入较高的前10个专业

本科计算机类、高职自动化类专业月收入较高。2022届本科计算机类、高职自动化类专业月收入分别为6863元、5339元。其中,本科计算机类专业起薪与2021届基本持平,高职自动化类月收入增长明显,2022届反超铁道运输类专业(5295元)排在第一位。

具体看专业,2022届本科月收入较高的专业是信息安全(7579元)。对比2018届,电子科学与技术、自动化等与人工智能相关的本科专业表现不俗,较五年前起薪涨幅均达到了19%。数据科学与大数据技术虽是近年新增专业但表现亮眼,已跻身2022届本科毕业生毕业半年后月收入较高专业前三。五年前唯一进入本科高薪榜前10的人文社科类专业——法语已退出前10之列。

“没有网络安全就没有国家安全”。当前,网络安全已被提升到国家战略的高度,成为影响国家安全、社会稳定至关重要的因素之一。

网络安全行业特点

1、就业薪资非常高,涨薪快 2022年猎聘网发布网络安全行业就业薪资行业最高人均33.77万!

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2、人才缺口大,就业机会多

2019年9月18日《中华人民共和国中央人民政府》官方网站发表:我国网络空间安全人才 需求140万人,而全国各大学校每年培养的人员不到1.5W人。猎聘网《2021年上半年网络安全报告》预测2027年网安人才需求300W,现在从事网络安全行业的从业人员只有10W人。 img

行业发展空间大,岗位非常多

网络安全行业产业以来,随即新增加了几十个网络安全行业岗位︰网络安全专家、网络安全分析师、安全咨询师、网络安全工程师、安全架构师、安全运维工程师、渗透工程师、信息安全管理员、数据安全工程师、网络安全运营工程师、网络安全应急响应工程师、数据鉴定师、网络安全产品经理、网络安全服务工程师、网络安全培训师、网络安全审计员、威胁情报分析工程师、灾难恢复专业人员、实战攻防专业人员…

职业增值潜力大

网络安全专业具有很强的技术特性,尤其是掌握工作中的核心网络架构、安全技术,在职业发展上具有不可替代的竞争优势。

随着个人能力的不断提升,所从事工作的职业价值也会随着自身经验的丰富以及项目运作的成熟,升值空间一路看涨,这也是为什么受大家欢迎的主要原因。

从某种程度来讲,在网络安全领域,跟医生职业一样,越老越吃香,因为技术愈加成熟,自然工作会受到重视,升职加薪则是水到渠成之事。

黑客&网络安全如何学习

今天只要你给我的文章点赞,我私藏的网安学习资料一样免费共享给你们,来看看有哪些东西。

1.学习路线图

行业发展空间大,岗位非常多

网络安全行业产业以来,随即新增加了几十个网络安全行业岗位︰网络安全专家、网络安全分析师、安全咨询师、网络安全工程师、安全架构师、安全运维工程师、渗透工程师、信息安全管理员、数据安全工程师、网络安全运营工程师、网络安全应急响应工程师、数据鉴定师、网络安全产品经理、网络安全服务工程师、网络安全培训师、网络安全审计员、威胁情报分析工程师、灾难恢复专业人员、实战攻防专业人员…

职业增值潜力大

网络安全专业具有很强的技术特性,尤其是掌握工作中的核心网络架构、安全技术,在职业发展上具有不可替代的竞争优势。

随着个人能力的不断提升,所从事工作的职业价值也会随着自身经验的丰富以及项目运作的成熟,升值空间一路看涨,这也是为什么受大家欢迎的主要原因。

从某种程度来讲,在网络安全领域,跟医生职业一样,越老越吃香,因为技术愈加成熟,自然工作会受到重视,升职加薪则是水到渠成之事。

黑客&网络安全如何学习

今天只要你给我的文章点赞,我私藏的网安学习资料一样免费共享给你们,来看看有哪些东西。

1.学习路线图

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

攻击和防守要学的东西也不少,具体要学的东西我都写在了上面的路线图,如果你能学完它们,你去就业和接私活完全没有问题。

2.视频教程

网上虽然也有很多的学习资源,但基本上都残缺不全的,这是我自己录的网安视频教程,上面路线图的每一个知识点,我都有配套的视频讲解。

内容涵盖了网络安全法学习、网络安全运营等保测评、渗透测试基础、漏洞详解、计算机基础知识等,都是网络安全入门必知必会的学习内容。

3.技术文档和电子书

技术文档也是我自己整理的,包括我参加大型网安行动、CTF和挖SRC漏洞的经验和技术要点,电子书也有200多本,由于内容的敏感性,我就不一一展示了。

4.工具包、面试题和源码

“工欲善其事必先利其器”我为大家总结出了最受欢迎的几十款款黑客工具。涉及范围主要集中在 信息收集、Android黑客工具、自动化工具、网络钓鱼等,感兴趣的同学不容错过。

还有我视频里讲的案例源码和对应的工具包,需要的话也可以拿走。

这些题目都是大家在面试深信服、奇安信、腾讯或者其它大厂面试时经常遇到的,如果大家有好的题目或者好的见解欢迎分享。

参考解析:深信服官网、奇安信官网、Freebuf、csdn等

内容特点:条理清晰,含图像化表示更加易懂。

内容概要:包括 内网、操作系统、协议、渗透测试、安服、漏洞、注入、XSS、CSRF、SSRF、文件上传、文件下载、文件包含、XXE、逻辑漏洞、工具、SQLmap、NMAP、BP、MSF…

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因篇幅有限,仅展示部分资料,需要点击下方链接即可前往获取

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