第五章慕课RSA算法的加解密实现

夏驰和徐策

已于 2024-01-03 09:43:59 修改

阅读量1.1k

点赞数 17

分类专栏：密码编码学与网络安全——原理与实践习题库文章标签：开发语言 java 网络安全算法

于 2024-01-03 09:42:52 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/tang7mj/article/details/135355670

版权

密码编码学与网络安全——原理与实践习题库专栏收录该内容

12 篇文章

订阅专栏

我的答案：

1. 信息（题目的有用信息）

RSA算法：一种非对称加密算法，广泛用于数据加密。它依赖一对密钥，即公钥和私钥。
公钥加密，私钥解密：任何人都可以使用公钥进行加密，但只有持有私钥的人才能解密。
Java环境：使用Java的javax.crypto和java.security包来实现RSA加解密。

2. 分析

公钥和私钥的生成：必须安全且正确地生成密钥对。
数据加密：使用公钥将数据加密成密文，以确保只有私钥持有者能解密。
数据解密：使用私钥将密文解密回原文。

3. 算法设计

生成密钥对：使用KeyPairGenerator生成RSA密钥对。
加密数据：
- 使用公钥和Cipher实例进行加密。
- 将数据转换为字节形式，然后加密。
解密数据：
- 使用私钥和Cipher实例进行解密。
- 将加密的字节数据解密回原始形式。

4. 代码实现（用Java）

import java.security.*;
import javax.crypto.*;

public class RSADemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 生成密钥对
        KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyGen.initialize(2048);
        KeyPair pair = keyGen.generateKeyPair();
        PrivateKey privateKey = pair.getPrivate();
        PublicKey publicKey = pair.getPublic();

        // 2. 加密数据
        Cipher encryptCipher = Cipher.getInstance("RSA");
        encryptCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        byte[] secretMessageBytes = "Secret Message".getBytes();
        byte[] encryptedMessageBytes = encryptCipher.doFinal(secretMessageBytes);

        // 3. 解密数据
        Cipher decryptCipher = Cipher.getInstance("RSA");
        decryptCipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        byte[] decryptedMessageBytes = decryptCipher.doFinal(encryptedMessageBytes);
        String decryptedMessage = new String(decryptedMessageBytes);

        System.out.println("Original: Secret Message");
        System.out.println("Decrypted: " + decryptedMessage);
    }
}

5. 实现代码过程中可能遇到的问题

密钥长度不够：可能导致安全性不足。通常，至少使用2048位的密钥。
性能问题：RSA加密和解密可能相对耗时，特别是处理大量数据时。
异常处理：代码需要适当处理NoSuchAlgorithmException、InvalidKeyException等异常。
数据大小限制：RSA加密有数据大小限制，通常小于密钥大小。对于大数据，通常先使用对称加密，然后用RSA加密对称密钥。

标准答案：





import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import javax.crypto.Cipher;

public class RSAExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//  原始字符串
String originalString = "hello world";

//  生成公钥和私钥对
KeyPair keyPair = generateKeyPair();

//  获取公钥和私钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();

//  使用公钥加密数据
byte[] encryptedBytes = encrypt(originalString.getBytes(), publicKey);

//  使用私钥解密数据
byte[] decryptedBytes = decrypt(encryptedBytes, privateKey);

//  将解密后的数据转换为字符串并输出
String decryptedString = new String(decryptedBytes);
System.out.println("原始字符串：" + originalString);
System.out.println("解密后的字符串：" + decryptedString);
}

/**
*  生成公钥和私钥对
*/
public static KeyPair generateKeyPair() throws NoSuchAlgorithmException {
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGenerator.initialize(2048); //  可以根据需要调整密钥长度
return keyPairGenerator.generateKeyPair();
}

/**
*  使用公钥加密数据
*/
public static byte[] encrypt(byte[] data, PublicKey publicKey) throws Exception {





Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
return cipher.doFinal(data);
}

/**
*  使用私钥解密数据
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, PrivateKey privateKey) throws Exception {
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
return cipher.doFinal(data);
}
}

各自的优劣：

我的代码：

优势：

注释详细：为主要步骤和方法提供了详细的注释，有助于理解代码的功能和目的。
模块化：将密钥生成、加密、解密作为单独的方法实现，提高了代码的模块化，使其更易于阅读和维护。

劣势：

异常处理：没有详细处理可能的异常，可能需要更多的错误处理来增强稳健性。
缺乏用户交互：直接硬编码了要加密的字符串，没有提供用户输入或文件输入的选项。

标准答案代码：

优势：

完整性：提供了从生成密钥对到加密和解密的完整流程，包括了如何将字节数据转换回字符串。
实用性：代码更接近实际应用的需求，因为它展示了如何处理字符串数据，这在实际应用中更常见。

劣势：

冗余：每次加密或解密都需要初始化Cipher实例，这在频繁操作时可能会略显冗余和低效。
错误处理：和我的代码一样，这个示例也没有详细展示如何处理特定的异常，比如密钥无效或数据过长等问题。

共同点：

安全性：两者都使用了2048位的密钥长度，这是当前推荐的安全标准。
清晰的流程：都清晰地展示了RSA加密和解密的基本流程。

总结：

我的代码提供了更好的模块化和注释，有助于新手理解和扩展。
标准答案提供了一个更实用、更完整的解决方案，适合直接用于实际应用的基础上。

在实际使用中，选择哪种方式取决于具体需求、预期的用户以及需要集成的系统。无论哪种方式，确保遵循安全最佳实践，比如使用安全的随机数生成器、定期更新和管理密钥，以及实施适当的错误处理和异常管理，都是非常重要的。

改进后我的答案：

改进思路：

增加异常处理：详细处理可能的异常，提高代码的稳健性和错误提示的清晰度。
增加用户交互：允许用户输入要加密的字符串，而不是硬编码一个示例。
优化Cipher实例使用：初始化Cipher实例可以重用，以提高频繁加解密操作的效率。
提供更多上下文：在输出中添加更多解释性文本，让用户更清楚地了解程序的状态和结果。

改进后的代码：

import java.security.*;
import javax.crypto.*;
import java.util.Scanner;

public class RSADemoImproved {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 用户输入
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入一个字符串进行RSA加密:");
            String originalString = scanner.nextLine();
            scanner.close();

            // 生成密钥对
            KeyPair keyPair = generateKeyPair();

            // 获取公钥和私钥
            PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
            PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();

            // 加密数据
            Cipher encryptCipher = Cipher.getInstance("RSA");
            encryptCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
            byte[] encryptedBytes = encrypt(encryptCipher, originalString.getBytes());

            // 解密数据
            Cipher decryptCipher = Cipher.getInstance("RSA");
            decryptCipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
            byte[] decryptedBytes = decrypt(decryptCipher, encryptedBytes);

            // 转换和输出结果
            String decryptedString = new String(decryptedBytes);
            System.out.println("原始字符串: " + originalString);
            System.out.println("解密后的字符串: " + decryptedString);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("加解密过程中发生错误: " + e.getMessage());
        }
    }

    public static KeyPair generateKeyPair() throws NoSuchAlgorithmException {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyPairGenerator.initialize(2048);
        return keyPairGenerator.generateKeyPair();
    }

    public static byte[] encrypt(Cipher cipher, byte[] data) throws Exception {
        return cipher.doFinal(data);
    }

    public static byte[] decrypt(Cipher cipher, byte[] data) throws Exception {
        return cipher.doFinal(data);
    }
}