Android数据加密之Rsa加密

文章来源：http://www.cnblogs.com/whoislcj/p/5885006.html
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数据加密之异或加密算法

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 allBytes = new ArrayList(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 allBytes = new ArrayList(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 allBytes = new ArrayList(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 allBytes = new ArrayList(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 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"+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

干我们这行，啥时候懈怠，就意味着长进的停止，长进的停止就意味着被淘汰，只能往前冲，直到凤凰涅槃的一天！

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