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常用數(shù)字簽名算法RSA與DSA的Java程序內(nèi)實(shí)現(xiàn)示例

 更新時(shí)間：2016年04月05日 08:52:52   作者：匆忙擁擠repeat  
這篇文章主要介紹了常用數(shù)字簽名算法RSA與DSA的Java程序內(nèi)實(shí)現(xiàn)示例,一般來說DSA算法用于簽名的效率會(huì)比RSA要快,需要的朋友可以參考下

RSA加密算法
我們來回顧一下RSA的加密算法。我們從公鑰加密算法和簽名算法的定義出發(fā)，用比較規(guī)范的語言來描述這一算法。
RSA公鑰加密體制包含如下3個(gè)算法：KeyGen（密鑰生成算法），Encrypt（加密算法）以及Decrypt（解密算法）。
密鑰生成算法以安全常數(shù)作為輸入，輸出一個(gè)公鑰PK，和一個(gè)私鑰SK。安全常數(shù)用于確定這個(gè)加密算法的安全性有多高，一般以加密算法使用的質(zhì)數(shù)p的大小有關(guān)。越大，質(zhì)數(shù)p一般越大，保證體制有更高的安全性。在RSA中，密鑰生成算法如下：算法首先隨機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)不同大質(zhì)數(shù)p和q，計(jì)算N=pq。隨后，算法計(jì)算歐拉函數(shù)。接下來，算法隨機(jī)選擇一個(gè)小于的整數(shù)e，并計(jì)算e關(guān)于的模反元素d。最后，公鑰為PK=(N, e)，私鑰為SK=（N, d）。
加密算法以公鑰PK和待加密的消息M作為輸入，輸出密文CT。在RSA中，加密算法如下：算法直接輸出密文為
解密算法以私鑰SK和密文CT作為輸入，輸出消息M。在RSA中，解密算法如下：算法直接輸出明文為。由于e和d在下互逆，因此我們有：
所以，從算法描述中我們也可以看出：公鑰用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，私鑰用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。當(dāng)然了，這個(gè)也可以很直觀的理解：公鑰就是公開的密鑰，其公開了大家才能用它來加密數(shù)據(jù)。私鑰是私有的密鑰，誰有這個(gè)密鑰才能夠解密密文。否則大家都能看到私鑰，就都能解密，那不就亂套了。
下面就來看一下Java中的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)：

package com.stone.security; 
 
import java.security.KeyPair; 
import java.security.KeyPairGenerator; 
import java.security.PrivateKey; 
import java.security.PublicKey; 
import java.util.Arrays; 
 
import javax.crypto.Cipher; 
 
/** 
 * RSA算法 公鑰加密 非對(duì)稱加密 
 */ 
public class RSA { 
 public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA"; 
 public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB1 = "RSA/ECB/PKCS1Padding"; 
 public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB2 = "RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding"; //不能用 
 public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB3 = "OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding"; //不能用 
 
 static PublicKey publicKey; 
 static PrivateKey privateKey; 
 static Cipher cipher; 
 static KeyPair keyPair; 
 
 public static void main(String[] args) throws Exception { 
 method1("斯柯達(dá)U*(Sfsad7f()*^%%$"); 
 method2("斯柯達(dá)U*(Sfsad7f()*^%%$"); 
 method3("斯柯達(dá)U*(Sfsad7f()*^%%$"); 
  
 } 
 
 /** 
 * 公鑰加密，私鑰解密 使用默認(rèn)CIPHER_ALGORITHM_ECB1 
 * @param str 
 * @throws Exception 
 */ 
 static void method1(String str) throws Exception { 
 KeyPairGenerator keyGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 KeyPair keyPair = keyGenerator.generateKeyPair(); 
 publicKey = keyPair.getPublic(); 
 privateKey = keyPair.getPrivate(); 
 cipher = Cipher.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey); //公鑰加密 
 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); 
 System.out.println("公鑰加密后1：" + Arrays.toString(encrypt)); 
  
 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);//私鑰解密 
 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); 
 System.out.println("私鑰解密后1：" + new String(decrypt)); 
 } 
 
 /** 
 * 私鑰加密，公鑰解密 使用默認(rèn)CIPHER_ALGORITHM_ECB1 
 * @param str 
 * @throws Exception 
 */ 
 static void method2(String str) throws Exception { 
 KeyPairGenerator keyGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 KeyPair keyPair = keyGenerator.generateKeyPair(); 
 publicKey = keyPair.getPublic(); 
 privateKey = keyPair.getPrivate(); 
 cipher = Cipher.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey); //私鑰加密 
 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); 
 System.out.println("私鑰加密后2：" + Arrays.toString(encrypt)); 
  
 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);//公鑰解密 
 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); 
 System.out.println("公鑰解密后2：" + new String(decrypt)); 
 } 
 
 /** 
 * 私鑰加密，公鑰解密 使用CIPHER_ALGORITHM_ECB1 = RSA/ECB/PKCS1Padding 
 * @param str 
 * @throws Exception 
 */ 
 static void method3(String str) throws Exception { 
 KeyPairGenerator keyGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 KeyPair keyPair = keyGenerator.generateKeyPair(); 
 publicKey = keyPair.getPublic(); 
 privateKey = keyPair.getPrivate(); 
 cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB1); 
 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey); //私鑰加密 
 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); 
 System.out.println("私鑰加密后3：" + Arrays.toString(encrypt)); 
  
 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);//公鑰解密 
 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); 
 System.out.println("公鑰解密后3：" + new String(decrypt)); 
 } 
}

DSA算法和數(shù)字簽名
DSA 一般用于數(shù)字簽名和認(rèn)證。
DSA是Schnorr和ElGamal簽名算法的變種，被美國(guó)NIST作為DSS(DigitalSignature Standard)。
DSA是基于整數(shù)有限域離散對(duì)數(shù)難題的，其安全性與RSA相比差不多。
在DSA數(shù)字簽名和認(rèn)證中，發(fā)送者使用自己的私鑰對(duì)文件或消息進(jìn)行簽名，接受者收到消息后使用發(fā)送者的公鑰
來驗(yàn)證簽名的真實(shí)性。DSA只是一種算法，和RSA不同之處在于它不能用作加密和解密，也不能進(jìn)行密鑰交換，
只用于簽名,它比RSA要快很多.

package com.stone.security; 
 
import java.security.Key; 
import java.security.KeyFactory; 
import java.security.KeyPair; 
import java.security.KeyPairGenerator; 
import java.security.PrivateKey; 
import java.security.PublicKey; 
import java.security.SecureRandom; 
import java.security.Signature; 
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; 
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec; 
import java.util.HashMap; 
import java.util.Map; 
 
import sun.misc.BASE64Decoder; 
import sun.misc.BASE64Encoder; 
 
/** 
 * DSA-Digital Signature Algorithm 是Schnorr和ElGamal簽名算法的變種，被美國(guó)NIST作為DSS(DigitalSignature Standard)。 
 * 簡(jiǎn)單的說，這是一種更高級(jí)的驗(yàn)證方式，用作數(shù)字簽名。不單單只有公鑰、私鑰，還有數(shù)字簽名。私鑰加密生成數(shù)字簽名，公鑰驗(yàn)證數(shù)據(jù)及簽名。 
 * 如果數(shù)據(jù)和簽名不匹配則認(rèn)為驗(yàn)證失??！即 傳輸中的數(shù)據(jù) 可以不再加密，接收方獲得數(shù)據(jù)后，拿到公鑰與簽名 驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否有效 
 */ 
public class DSA { 
 /**
 *不僅可以使用DSA算法，同樣也可以使用RSA算法做數(shù)字簽名
 */ 
 public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA"; 
 public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";*/ 
 
 public static final String KEY_ALGORITHM = "DSA"; 
 public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "DSA"; 
 
 public static final String DEFAULT_SEED = "$%^*%^()(HJG8awfjas7"; //默認(rèn)種子 
 public static final String PUBLIC_KEY = "DSAPublicKey"; 
 public static final String PRIVATE_KEY = "DSAPrivateKey"; 
 
 public static void main(String[] args) throws Exception { 
 String str = "!@#$!#^$#&ZXVDF呆軍工路愛著你*()_+"; 
 byte[] data = str.getBytes(); 
  
 Map<String, Object> keyMap = initKey();// 構(gòu)建密鑰 
 PublicKey publicKey = (PublicKey) keyMap.get(PUBLIC_KEY); 
 PrivateKey privateKey = (PrivateKey) keyMap.get(PRIVATE_KEY); 
 System.out.println("私鑰format：" + privateKey.getFormat()); 
 System.out.println("公鑰format：" + publicKey.getFormat()); 
  
  
 // 產(chǎn)生簽名 
 String sign = sign(data, getPrivateKey(keyMap)); 
  
 // 驗(yàn)證簽名 
 boolean verify1 = verify("aaa".getBytes(), getPublicKey(keyMap), sign); 
 System.err.println("經(jīng)驗(yàn)證 數(shù)據(jù)和簽名匹配:" + verify1); 
  
 boolean verify = verify(data, getPublicKey(keyMap), sign); 
 System.err.println("經(jīng)驗(yàn)證 數(shù)據(jù)和簽名匹配:" + verify); 
 } 
 
 /** 
 * 生成密鑰 
 * 
 * @param seed 種子 
 * @return 密鑰對(duì)象 
 * @throws Exception 
 */ 
 public static Map<String, Object> initKey(String seed) throws Exception { 
 System.out.println("生成密鑰"); 
  
 KeyPairGenerator keygen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 SecureRandom secureRandom = new SecureRandom(); 
 secureRandom.setSeed(seed.getBytes()); 
 //Modulus size must range from 512 to 1024 and be a multiple of 64 
 keygen.initialize(640, secureRandom); 
  
 KeyPair keys = keygen.genKeyPair(); 
 PrivateKey privateKey = keys.getPrivate(); 
 PublicKey publicKey = keys.getPublic(); 
  
 Map<String, Object> map = new HashMap<String, Object>(2); 
 map.put(PUBLIC_KEY, publicKey); 
 map.put(PRIVATE_KEY, privateKey); 
 return map; 
 } 
 
 /** 
 * 生成默認(rèn)密鑰 
 * 
 * @return 密鑰對(duì)象 
 * @throws Exception 
 */ 
 public static Map<String, Object> initKey() throws Exception { 
 return initKey(DEFAULT_SEED); 
 } 
 
 /** 
 * 取得私鑰 
 * 
 * @param keyMap 
 * @return 
 * @throws Exception 
 */ 
 public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception { 
 Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY); 
 return encryptBASE64(key.getEncoded()); //base64加密私鑰 
 } 
 
 /** 
 * 取得公鑰 
 * 
 * @param keyMap 
 * @return 
 * @throws Exception 
 */ 
 public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception { 
 Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY); 
 return encryptBASE64(key.getEncoded()); //base64加密公鑰 
 } 
 
 /** 
 * 用私鑰對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字簽名 
 * @param data 加密數(shù)據(jù) 
 * @param privateKey 私鑰-base64加密的 
 * @return 
 * @throws Exception 
 */ 
 public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception { 
 System.out.println("用私鑰對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字簽名"); 
  
 byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey); 
 PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes); 
 KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 PrivateKey priKey = factory.generatePrivate(keySpec);//生成 私鑰 
  
 //用私鑰對(duì)信息進(jìn)行數(shù)字簽名 
 Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM); 
 signature.initSign(priKey); 
 signature.update(data); 
 return encryptBASE64(signature.sign()); 
 } 
 
 /** 
 * BASE64Encoder 加密 
 * @param data 要加密的數(shù)據(jù) 
 * @return 加密后的字符串 
 */ 
 private static String encryptBASE64(byte[] data) { 
 BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder(); 
 String encode = encoder.encode(data); 
 return encode; 
 } 
 
 /** 
 * BASE64Decoder 解密 
 * @param data 要解密的字符串 
 * @return 解密后的byte[] 
 * @throws Exception 
 */ 
 private static byte[] decryptBASE64(String data) throws Exception { 
 BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder(); 
 byte[] buffer = decoder.decodeBuffer(data); 
 return buffer; 
 } 
 
 /** 
 * 校驗(yàn)數(shù)字簽名 
 * @param data 加密數(shù)據(jù) 
 * @param publicKey 
 * @param sign 數(shù)字簽名 
 * @return 
 * @throws Exception 
 */ 
 public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign) throws Exception { 
 byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey); 
 X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes); 
 KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec); 
  
 Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM); 
 signature.initVerify(pubKey); 
 signature.update(data); 
  
 return signature.verify(decryptBASE64(sign)); //驗(yàn)證簽名 
 } 
 
}

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