非对称加密算法

2024-07-14 11:03| 来源: 网络整理| 查看: 265

从DH算法我们可以看到，公钥-私钥组成的密钥对是非常有用的加密方式，因为公钥是可以公开的，而私钥是完全保密的，由此奠定了非对称加密的基础。

非对称加密就是加密和解密使用的不是相同的密钥：只有同一个公钥-私钥对才能正常加解密。

因此，如果小明要加密一个文件发送给小红，他应该首先向小红索取她的公钥，然后，他用小红的公钥加密，把加密文件发送给小红，此文件只能由小红的私钥解开，因为小红的私钥在她自己手里，所以，除了小红，没有任何人能解开此文件。

非对称加密的典型算法就是RSA算法，它是由Ron Rivest，Adi Shamir，Leonard Adleman这三个哥们一起发明的，所以用他们仨的姓的首字母缩写表示。

非对称加密相比对称加密的显著优点在于，对称加密需要协商密钥，而非对称加密可以安全地公开各自的公钥，在N个人之间通信的时候：使用非对称加密只需要N个密钥对，每个人只管理自己的密钥对。而使用对称加密需要则需要N*(N-1)/2个密钥，因此每个人需要管理N-1个密钥，密钥管理难度大，而且非常容易泄漏。

既然非对称加密这么好，那我们抛弃对称加密，完全使用非对称加密行不行？也不行。因为非对称加密的缺点就是运算速度非常慢，比对称加密要慢很多。

所以，在实际应用的时候，非对称加密总是和对称加密一起使用。假设小明需要给小红需要传输加密文件，他俩首先交换了各自的公钥，然后：

小明生成一个随机的AES口令，然后用小红的公钥通过RSA加密这个口令，并发给小红；小红用自己的RSA私钥解密得到AES口令；双方使用这个共享的AES口令用AES加密通信。

可见非对称加密实际上应用在第一步，即加密“AES口令”。这也是我们在浏览器中常用的HTTPS协议的做法，即浏览器和服务器先通过RSA交换AES口令，接下来双方通信实际上采用的是速度较快的AES对称加密，而不是缓慢的RSA非对称加密。

Java标准库提供了RSA算法的实现，示例代码如下：

import java.security.*; import javax.crypto.Cipher; import java.util.HexFormat; ---- public class Main { public static void main(String[] args) throws Exception { // 明文: byte[] plain = "Hello, encrypt use RSA".getBytes("UTF-8"); // 创建公钥／私钥对: Person alice = new Person("Alice"); // 用Alice的公钥加密: byte[] pk = alice.getPublicKey(); System.out.println("public key: " + HexFormat.of().formatHex(pk)); byte[] encrypted = alice.encrypt(plain); System.out.println("encrypted: " + HexFormat.of().formatHex(encrypted)); // 用Alice的私钥解密: byte[] sk = alice.getPrivateKey(); System.out.println("private key: " + HexFormat.of().formatHex(sk)); byte[] decrypted = alice.decrypt(encrypted); System.out.println(new String(decrypted, "UTF-8")); } } class Person { String name; // 私钥: PrivateKey sk; // 公钥: PublicKey pk; public Person(String name) throws GeneralSecurityException { this.name = name; // 生成公钥／私钥对: KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); kpGen.initialize(1024); KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair(); this.sk = kp.getPrivate(); this.pk = kp.getPublic(); } // 把私钥导出为字节 public byte[] getPrivateKey() { return this.sk.getEncoded(); } // 把公钥导出为字节 public byte[] getPublicKey() { return this.pk.getEncoded(); } // 用公钥加密: public byte[] encrypt(byte[] message) throws GeneralSecurityException { Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, this.pk); return cipher.doFinal(message); } // 用私钥解密: public byte[] decrypt(byte[] input) throws GeneralSecurityException { Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, this.sk); return cipher.doFinal(input); } }

RSA的公钥和私钥都可以通过getEncoded()方法获得以byte[]表示的二进制数据，并根据需要保存到文件中。要从byte[]数组恢复公钥或私钥，可以这么写：

byte[] pkData = ... byte[] skData = ... KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA"); // 恢复公钥: X509EncodedKeySpec pkSpec = new X509EncodedKeySpec(pkData); PublicKey pk = kf.generatePublic(pkSpec); // 恢复私钥: PKCS8EncodedKeySpec skSpec = new PKCS8EncodedKeySpec(skData); PrivateKey sk = kf.generatePrivate(skSpec);

以RSA算法为例，它的密钥有256/512/1024/2048/4096等不同的长度。长度越长，密码强度越大，当然计算速度也越慢。

如果修改待加密的byte[]数据的大小，可以发现，使用512bit的RSA加密时，明文长度不能超过53字节，使用1024bit的RSA加密时，明文长度不能超过117字节，这也是为什么使用RSA的时候，总是配合AES一起使用，即用AES加密任意长度的明文，用RSA加密AES口令。

此外，只使用非对称加密算法不能防止中间人攻击。

练习

RSA加密

小结

非对称加密就是加密和解密使用的不是相同的密钥，只有同一个公钥-私钥对才能正常加解密；

只使用非对称加密算法不能防止中间人攻击。

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