学习网络安全密码学 web安全 JAVA 使用RSA算法进行数字签名验证-附完整代码

jemmiexu 博客 2024-06-05 1 0

前言：

公司项目是有做资金管理相关的，涉及到充值，提现，转账等关键性的功能，需要保证数据传输的安全性，所以使用了较为简单的RSA进行生成秘钥且每个接口都需要做验签。

简介：

RSA是一种非对称加密算法，它是由Rivest-Shamir-Adleman三位密码学家于1978年提出的。

RSA算法的加密规则如下：

钥匙生成：RSA算法使用两个密钥，一个是公钥（public key），用于加密数据，另一个是私钥（private key），用于解密数据。首先，密钥生成者生成一对公钥和私钥，其中公钥可以公开给任何人使用，而私钥必须保密。加密过程：发送方使用接收方的公钥对数据进行加密。发送方将数据按照一定的规则进行转换，并使用公钥进行加密操作。加密后的数据将无法直接被解密，只能使用私钥才能将其解密。解密过程：接收方使用自己的私钥对加密后的数据进行解密。接收方使用私钥对加密后的数据进行解密操作，从而得到原始的明文数据。

RSA算法的安全性基于两个数学难题：

质因数分解问题：将一个大的合数（通常是两个大素数的乘积）分解成质数的乘积。这个问题在目前的计算能力下非常困难。数论中的指数问题：计算一个大数的指数函数的反函数。这个问题同样在目前的计算能力下非常困难。

通过利用这两个数学难题，RSA算法能够保证数据的加密和解密过程的安全性，确保只有持有私钥的人才能够解密数据。

本次案例用于签名验证，使用私钥用于数字签名，公钥用于验证签名的有效性

测试代码：

public static void main(String[] args) {

Entity entity = new Entity();

// 使用RSA算法生成公钥与私钥, 生成的公私钥是一一对应的。

createRSAKey(entity);

String body = "123456";

String body2 = "77897";

// 将入参数据以及私钥进行数字加签

String sign = sign(body, entity.getPrivateKey());

// 根据入参数据以及公钥进行验证签名，若入参数据body被修改或者秘钥不正确都会导致验签失败；例如加签使用body，验签使用body2则导致验签失败

boolean verifyFlag = verify(body,entity.getPublicKey(), sign);

if (verifyFlag) {

logger.info("验签成功");

} else {

logger.info("验签失败");

}

1. 根据RSA生成一对秘钥

构建保存秘钥的实体类Entity

@Data

@Builder

@AllArgsConstructor

@NoArgsConstructor

public class Entity {

/**

* 公钥

**/

private String publicKey;

/**

* 私钥

**/

private String privateKey;

}

根据RSA算法生成秘钥

/**

* 生成对应的与我通信的公钥和私钥

* @return

public static void createRSAKey(Entity entity) {

try {

// 创建KeyPairGenerator 指定算法为RSA，用于生成对应的公钥和私钥

KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");

// 指定字节长度

keyPairGenerator.initialize(1024);

// 秘钥生成器

KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

// 公钥

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

// 进行Base64编码存入

String clientPublicKey = Base64.encodeBase64String(publicKey.getEncoded());

logger.info("生成的clientPublicKey是: {}", clientPublicKey);

entity.setPublicKey(clientPublicKey);

// 私钥

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

// 进行Base64编码存入

String clientPrivateKey = Base64.encodeBase64String(privateKey.getEncoded());

logger.info("生成的clientPrivateKey是: {}", clientPrivateKey);

entity.setPrivateKey(clientPrivateKey);

} catch (Exception e) {

logger.error("生成秘钥失败");

e.printStackTrace();

}

2. 生成数字签名

/**

* 利用私钥信息生成数字签名

* @param data 入参数据body

* @param privateKey 私钥

* @return

public static String sign(String data, String privateKey) {

try {

// 入参数据body字节数组

byte[] dataBytes = data.getBytes();

// 获取私钥秘钥字节数组

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(privateKey);

// 使用给定的编码密钥创建一个新的PKCS8EncodedKeySpec。

// PKCS8EncodedKeySpec 是 PKCS#8标准作为密钥规范管理的编码格式

PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);

// 实例化KeyFactory,指定为加密算法为 RSA

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

// 获得PrivateKey对象

PrivateKey privateKey1 = keyFactory.generatePrivate(keySpec);

// 用私钥对信息生成数字签名，指定签名算法为 MD5withRSA

Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");

// 初始化签名

signature.initSign(privateKey1);

// 数据body带入

signature.update(dataBytes);

// 对签名进行Base64编码

return Base64.encodeBase64String(signature.sign());

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

return null;

}

3. 校验数字签名

/**

* 利用公钥校验数字签名

* @param data 入参数据body

* @param publicKey 公钥

* @param sign 签名

* @return

public static boolean verify(String data, String publicKey, String sign) {

try {

// 入参数据body字节数组

byte[] dataBytes = data.getBytes("UTF-8");

// 获取公钥秘钥字节数组

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(publicKey);

// 使用给定的编码密钥创建一个新的X509EncodedKeySpec

// X509EncodedKeySpec是基于X.509证书提前的公钥，一种java秘钥规范

X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);

// 实例化KeyFactory,指定为加密算法为 RSA

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

// 获取publicKey对象

PublicKey publicKey1 = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);

// 用私钥对信息生成数字签名，指定签名算法为 MD5withRSA

Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");

// 带入公钥进行验证

signature.initVerify(publicKey1);

// 数据body带入

signature.update(dataBytes);

// 验证签名

return signature.verify(Base64.decodeBase64(sign));

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

return false;

}

附完整代码：

package com.example.demo.rsaSecret;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

import org.slf4j.Logger;

import org.slf4j.LoggerFactory;

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.interfaces.RSAPrivateKey;

import java.security.interfaces.RSAPublicKey;

import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;

import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

/**

* 功能说明: RSA加密解密工具类

public class RSAUtil {

private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RSAUtil.class);

public static void main(String[] args) {

Entity entity = new Entity();

// 使用RSA算法生成公钥与私钥, 生成的公私钥是一一对应的。

createRSAKey(entity);

String body = "123456";

String body2 = "77897";

// 将入参数据以及私钥进行数字加签

String sign = sign(body, entity.getPrivateKey());

// 根据入参数据以及公钥进行验证签名，若入参数据body被修改或者秘钥不正确都会导致验签失败；例如加签使用body，验签使用body2则导致验签失败

boolean verifyFlag = verify(body,entity.getPublicKey(), sign);

if (verifyFlag) {

logger.info("验签成功");

} else {

logger.info("验签失败");

}

/**

* 生成对应的与我通信的公钥和私钥

* @return

public static void createRSAKey(Entity entity) {

try {

// 创建KeyPairGenerator 指定算法为RSA，用于生成对应的公钥和私钥

KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");

// 指定字节长度

keyPairGenerator.initialize(1024);

// 秘钥生成器

KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

// 公钥

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

// 进行Base64编码存入

String clientPublicKey = Base64.encodeBase64String(publicKey.getEncoded());

logger.info("生成的clientPublicKey是: {}", clientPublicKey);

entity.setPublicKey(clientPublicKey);

// 私钥

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

// 进行Base64编码存入

String clientPrivateKey = Base64.encodeBase64String(privateKey.getEncoded());

logger.info("生成的clientPrivateKey是: {}", clientPrivateKey);

entity.setPrivateKey(clientPrivateKey);

} catch (Exception e) {

logger.error("生成秘钥失败");

e.printStackTrace();

}

/**

* 利用私钥信息生成数字签名

* @param data 入参数据body

* @param privateKey 私钥

* @return

public static String sign(String data, String privateKey) {

try {

// 入参数据body字节数组

byte[] dataBytes = data.getBytes();

// 获取私钥秘钥字节数组

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(privateKey);

// 使用给定的编码密钥创建一个新的PKCS8EncodedKeySpec。

// PKCS8EncodedKeySpec 是 PKCS#8标准作为密钥规范管理的编码格式

PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);

// 实例化KeyFactory,指定为加密算法为 RSA

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

// 获得PrivateKey对象

PrivateKey privateKey1 = keyFactory.generatePrivate(keySpec);

// 用私钥对信息生成数字签名，指定签名算法为 MD5withRSA

Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");

// 初始化签名

signature.initSign(privateKey1);

// 数据body带入

signature.update(dataBytes);

// 对签名进行Base64编码

return Base64.encodeBase64String(signature.sign());

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

return null;

}

/**

* 利用公钥校验数字签名

* @param data 入参数据body

* @param publicKey 公钥

* @param sign 签名

* @return

public static boolean verify(String data, String publicKey, String sign) {

try {

// 入参数据body字节数组

byte[] dataBytes = data.getBytes("UTF-8");

// 获取公钥秘钥字节数组

byte[] keyBytes = Base64.decodeBase64(publicKey);

// 使用给定的编码密钥创建一个新的X509EncodedKeySpec

// X509EncodedKeySpec是基于X.509证书提前的公钥，一种java秘钥规范

X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);

// 实例化KeyFactory,指定为加密算法为 RSA

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

// 获取publicKey对象

PublicKey publicKey1 = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);

// 用私钥对信息生成数字签名，指定签名算法为 MD5withRSA

Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");

// 带入公钥进行验证

signature.initVerify(publicKey1);

// 数据body带入

signature.update(dataBytes);

// 验证签名

return signature.verify(Base64.decodeBase64(sign));

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

return false;

}

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