Android資料加密之Rsa加密的簡單實現_Android

最近無意中和同事交流資料安全傳輸的問題，想起自己曾經使用過的Rsa非對稱式加密演算法，閑下來總結一下。

什麼是Rsa加密？

RSA演算法是最流行的公開金鑰密碼演算法，使用長度可以變化的密鑰。RSA是第一個既能用於資料加密也能用於數位簽章的演算法。

RSA演算法原理如下：

1.隨機播放兩個大質數p和q，p不等於q，計算N=pq；
2.選擇一個大於1小於N的自然數e，e必須與(p-1)(q-1)互素。
3.用公式計算出d：d×e = 1 (mod (p-1)(q-1)) 。
4.銷毀p和q。

最終得到的N和e就是“公開金鑰”，d就是“私密金鑰”，發送方使用N去加密資料，接收方只有使用d才能解開資料內容。

RSA的安全性依賴於大數分解，小於1024位的N已經被證明是不安全的，而且由於RSA演算法進行的都是大數計算，使得RSA最快的情況也比DES慢上倍，這是RSA最大的缺陷，因此通常只能用於加密少量資料或者加密金鑰，但RSA仍然不失為一種高強度的演算法。

該如何使用呢？

第一步：首先產生秘鑰對

/**   * 隨機產生RSA金鑰組   *   * @param keyLength 密鑰長度，範圍：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;    }  }

具體加密實現：

公開金鑰加密

/**   * 用公開金鑰對字串進行加密   *   * @param data 原文   */  public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {    // 得到公開金鑰    X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);    PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);    // 加密資料    Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);    cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPublic);    return cp.doFinal(data);  }

私密金鑰加密

/**   * 私密金鑰加密   *   * @param data    待加密資料   * @param privateKey 密鑰   * @return byte[] 加密資料   */  public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {    // 得到私密金鑰    PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);    PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);    // 資料加密    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPrivate);    return cipher.doFinal(data);  }

公開金鑰解密

/**   * 公開金鑰解密   *   * @param data   待解密資料   * @param publicKey 密鑰   * @return byte[] 解密資料   */  public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {    // 得到公開金鑰    X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);    PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);    // 資料解密    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPublic);    return cipher.doFinal(data);  }

私密金鑰解密

/**   * 使用私密金鑰進行解密   */  public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {    // 得到私密金鑰    PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);    KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);    PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);    // 解密資料    Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);    cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPrivate);    byte[] arr = cp.doFinal(encrypted);    return arr;  }

幾個全域變數解說：

public static final String RSA = "RSA";// 非對稱式加密密鑰演算法public static final String ECB_PKCS1_PADDING = "RSA/ECB/PKCS1Padding";//加密填充方式public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 2048;//秘鑰預設長度public static final byte[] DEFAULT_SPLIT = "#PART#".getBytes();// 當要加密的內容超過bufferSize，則採用partSplit進行分塊加密public static final int DEFAULT_BUFFERSIZE = (DEFAULT_KEY_SIZE / 8) - 11;// 當前秘鑰支援加密的最大位元組數

關於加密填充方式：之前以為上面這些操作就能實現rsa加解密，以為萬事大吉了，呵呵，這事還沒完，悲劇還是發生了，Android這邊加密過的資料，伺服器端死活解密不了，原來android系統的RSA實現是"RSA/None/NoPadding"，而標準JDK實現是"RSA/None/PKCS1Padding" ，這造成了在android機上加密後無法在伺服器上解密的原因，所以在實現的時候這個一定要注意。

實現分段加密：搞定了填充方式之後又自信的認為萬事大吉了，可是意外還是發生了，RSA非對稱式加密內容長度有限制，1024位key的最多隻能加密127位元據，否則就會報錯(javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes) ，　RSA 是常用的非對稱式加密演算法。最近使用時卻出現了“不正確的長度”的異常，研究發現是由於待加密的資料超長所致。RSA 演算法規定：待加密的位元組數不能超過密鑰的長度值除以 8 再減去 11（即：KeySize / 8 - 11），而加密後得到密文的位元組數，正好是密鑰的長度值除以 8（即：KeySize / 8）。

公開金鑰分段加密

/**   * 用公開金鑰對字串進行分段加密   *   */  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;  }

私密金鑰分段加密

/**   * 分段加密   *   * @param data    要加密的未經處理資料   * @param privateKey 秘鑰   */  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;  }

公開金鑰分段解密

/**   * 公開金鑰分段解密   *   * @param encrypted 待解密資料   * @param publicKey 密鑰   */  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的最後了        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]) {        // 這個是以split[0]開頭        if (splitLen > 1) {          if (i + splitLen < dataLen) {            // 沒有超出data的範圍            for (int j = 1; j < splitLen; j++) {              if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {                break;              }              if (j == splitLen - 1) {                // 驗證到split的最後一位，都沒有break，則表明已經確認是split段                isMatchSplit = true;              }            }          }        } else {          // split只有一位，則已經匹配了          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;  }

私密金鑰分段解密

/**   * 使用私密金鑰分段解密   *   */  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的最後了        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]) {        // 這個是以split[0]開頭        if (splitLen > 1) {          if (i + splitLen < dataLen) {            // 沒有超出data的範圍            for (int j = 1; j < splitLen; j++) {              if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {                break;              }              if (j == splitLen - 1) {                // 驗證到split的最後一位，都沒有break，則表明已經確認是split段                isMatchSplit = true;              }            }          }        } else {          // split只有一位，則已經匹配了          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;  }

這樣總算把遇見的問題解決了，項目中使用的方案是用戶端公開金鑰加密，伺服器私密金鑰解密，伺服器開發人員說是出於效率考慮，所以還是自己寫了個程式測試一下真正的效率

第一步：準備100條對象資料

List<Person> personList=new ArrayList<>();    int testMaxCount=100;//測試的最大資料條數    //添加測試資料    for(int i=0;i<testMaxCount;i++){      Person person =new Person();      person.setAge(i);      person.setName(String.valueOf(i));      personList.add(person);    }    //FastJson產生json資料    String jsonData=JsonUtils.objectToJsonForFastJson(personList);    Log.e("MainActivity","加密前json資料 ---->"+jsonData);    Log.e("MainActivity","加密前json資料長度 ---->"+jsonData.length());

第二步產生秘鑰對

KeyPair keyPair=RSAUtils.generateRSAKeyPair(RSAUtils.DEFAULT_KEY_SIZE);// 公開金鑰RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();// 私密金鑰RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();

接下來分別使用公開金鑰加密 私密金鑰解密   私密金鑰加密 公開金鑰解密

//公開金鑰加密    long start=System.currentTimeMillis();    byte[] encryptBytes=  RSAUtils.encryptByPublicKeyForSpilt(jsonData.getBytes(),publicKey.getEncoded());    long end=System.currentTimeMillis();    Log.e("MainActivity","公開金鑰加密耗時 cost time---->"+(end-start));    String encryStr=Base64Encoder.encode(encryptBytes);    Log.e("MainActivity","加密後json資料 --1-->"+encryStr);    Log.e("MainActivity","加密後json資料長度 --1-->"+encryStr.length());    //私密金鑰解密    start=System.currentTimeMillis();    byte[] decryptBytes= RSAUtils.decryptByPrivateKeyForSpilt(Base64Decoder.decodeToBytes(encryStr),privateKey.getEncoded());    String decryStr=new String(decryptBytes);    end=System.currentTimeMillis();    Log.e("MainActivity","私密金鑰解密耗時 cost time---->"+(end-start));    Log.e("MainActivity","解密後json資料 --1-->"+decryStr);    //私密金鑰加密    start=System.currentTimeMillis();    encryptBytes=  RSAUtils.encryptByPrivateKeyForSpilt(jsonData.getBytes(),privateKey.getEncoded());    end=System.currentTimeMillis();    Log.e("MainActivity","私密金鑰加密密耗時 cost time---->"+(end-start));    encryStr=Base64Encoder.encode(encryptBytes);    Log.e("MainActivity","加密後json資料 --2-->"+encryStr);    Log.e("MainActivity","加密後json資料長度 --2-->"+encryStr.length());    //公開金鑰解密    start=System.currentTimeMillis();    decryptBytes= RSAUtils.decryptByPublicKeyForSpilt(Base64Decoder.decodeToBytes(encryStr),publicKey.getEncoded());    decryStr=new String(decryptBytes);    end=System.currentTimeMillis();    Log.e("MainActivity","公開金鑰解密耗時 cost time---->"+(end-start));    Log.e("MainActivity","解密後json資料 --2-->"+decryStr);

運行結果：

對比發現：私密金鑰的加解密都很耗時，所以可以根據不同的需求採用不能方案來進行加解密。個人覺得伺服器要求解密效率高，用戶端私密金鑰加密，伺服器公開金鑰解密比較好一點

加密後資料大小的變化：資料量差不多是加密前的1.5倍

以上就是小編為大家帶來的Android資料加密之Rsa加密的簡單實現全部內容了，希望大家多多支援雲棲社區~