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

以上就是小编为大家带来的Android数据加密之Rsa加密的简单实现全部内容了，希望大家多多支持我们~