Android数据加密之Rsa加密

前言：

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。 

其他几种加密方式：

 •android数据加密之rsa加密
 •android数据加密之aes加密
 •android数据加密之des加密
 •android数据加密之md5加密
 •android数据加密之base64编码算法
 •android数据加密之sha安全散列算法 

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

 以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。