RSA算法的Java实现及Base64的正确使用

遇到的问题：
今天参考他人代码实现了一下RSA算法。遇到一个问题，网上的RSA工具类中的核心方法大多是需要传入byte[]数组进行处理，而不能直接传入String进行处理，这里对byte[]的处理部分进行了完全的封装，使用户的传入参数完全String化。大大简化了工具类的使用。

这其中关键是需要用到Base64对String和byte[]进行互转。

Base64的jar包下载地址：http://download.csdn.net/detail/ldld1717/9772776

核心代码：

package RSARSA;

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 javax.crypto.Cipher;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class RSATest {
 // 数字签名，密钥算法
 private static final String RSA_KEY_ALGORITHM = "RSA";

 // 数字签名签名/验证算法
 private static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";

 // RSA密钥长度
 private static final int KEY_SIZE = 1024;
 
 private static final String PUBLIC_KEY = "publicKey";
 private static final String PRIVATE_KEY = "privateKey";

 /**
  * 初始化RSA密钥对
  * @return RSA密钥对
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 private static Map<String, String> initKey() throws Exception {
  KeyPairGenerator keygen = KeyPairGenerator
    .getInstance(RSA_KEY_ALGORITHM);
  SecureRandom secrand = new SecureRandom();
  secrand.setSeed("hahaha".getBytes());// 初始化随机产生器
  keygen.initialize(KEY_SIZE, secrand); // 初始化密钥生成器
  KeyPair keys = keygen.genKeyPair();
  String pub_key = Base64.encodeBase64String(keys.getPublic().getEncoded());
  String pri_key = Base64.encodeBase64String(keys.getPrivate().getEncoded());
  Map<String, String> keyMap = new HashMap<String, String>();
  keyMap.put(PUBLIC_KEY, pub_key);
  keyMap.put(PRIVATE_KEY, pri_key);
  System.out.println("公钥：" + pub_key);
  System.out.println("私钥：" + pri_key);
  return keyMap;
 }
 
    /**
     * 得到公钥
     * @param keyMap RSA密钥对
     * @return 公钥
     * @throws Exception 抛出异常
     */
 public static String getPublicKey(Map<String, String> keyMap) throws Exception{
  return keyMap.get(PUBLIC_KEY);
 }
 
 /**
  * 得到私钥
  * @param keyMap RSA密钥对
  * @return 私钥
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 public static String getPrivateKey(Map<String, String> keyMap) throws Exception{
  return keyMap.get(PRIVATE_KEY);
 }

 /**
  * 数字签名
  * @param data 待签名数据
  * @param pri_key 私钥
  * @return 签名
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 public static String sign(byte[] data, String pri_key) throws Exception {
  // 取得私钥
  byte[] pri_key_bytes = Base64.decodeBase64(pri_key);
  PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(pri_key_bytes);
  KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_KEY_ALGORITHM);
  // 生成私钥
  PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
  // 实例化Signature
  Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
  // 初始化Signature
  signature.initSign(priKey);
  // 更新
  signature.update(data);

  return Base64.encodeBase64String(signature.sign());
 }

 /**
  * RSA校验数字签名
  * @param data 数据
  * @param sign 签名
  * @param pub_key 公钥
  * @return 校验结果，成功为true，失败为false
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 public boolean verify(byte[] data, byte[] sign, String pub_key) throws Exception {
  // 转换公钥材料
  // 实例化密钥工厂
  byte[] pub_key_bytes = Base64.decodeBase64(pub_key);
  KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_KEY_ALGORITHM);
  // 初始化公钥
  // 密钥材料转换
  X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(pub_key_bytes);
  // 产生公钥
  PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
  // 实例化Signature
  Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
  // 初始化Signature
  signature.initVerify(pubKey);
  // 更新
  signature.update(data);
  // 验证
  return signature.verify(sign);
 }

 /**
  * 公钥加密
  * @param data 待加密数据
  * @param pub_key 公钥
  * @return 密文
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 private static byte[] encryptByPubKey(byte[] data, byte[] pub_key) throws Exception {
  // 取得公钥
  X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(pub_key);
  KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_KEY_ALGORITHM);
  PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
  // 对数据加密
  Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
  cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
  return cipher.doFinal(data);
 }

 /**
  * 公钥加密
  * @param data 待加密数据
  * @param pub_key 公钥
  * @return 密文
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 public static String encryptByPubKey(String data, String pub_key) throws Exception {
  // 私匙加密
  byte[] pub_key_bytes = Base64.decodeBase64(pub_key);
  byte[] enSign = encryptByPubKey(data.getBytes(), pub_key_bytes);
  return Base64.encodeBase64String(enSign);
 }

 /**
  * 私钥加密
  * @param data 待加密数据
  * @param pri_key 私钥
  * @return 密文
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 private static byte[] encryptByPriKey(byte[] data, byte[] pri_key) throws Exception {
  // 取得私钥
  PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(pri_key);
  KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_KEY_ALGORITHM);
  PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
  // 对数据加密
  Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
  cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
  return cipher.doFinal(data);
 }

 /**
  * 私钥加密
  * @param data 待加密数据
  * @param pri_key 私钥
  * @return 密文
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 public static String encryptByPriKey(String data, String pri_key) throws Exception {
  // 私匙加密
  byte[] pri_key_bytes = Base64.decodeBase64(pri_key);
  byte[] enSign = encryptByPriKey(data.getBytes(), pri_key_bytes);
  return Base64.encodeBase64String(enSign);
 }

 /**
  * 公钥解密
  * @param data 待解密数据
  * @param pub_key 公钥
  * @return 明文
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 private static byte[] decryptByPubKey(byte[] data, byte[] pub_key) throws Exception {
  // 取得公钥
  X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(pub_key);
  KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_KEY_ALGORITHM);
  PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
  // 对数据解密
  Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
  cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
  return cipher.doFinal(data);
 }

 /**
  * 公钥解密
  * @param data 待解密数据
  * @param pub_key 公钥
  * @return 明文
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 public static String decryptByPubKey(String data, String pub_key) throws Exception {
  // 公匙解密
  byte[] pub_key_bytes = Base64.decodeBase64(pub_key);
  byte[] design = decryptByPubKey(Base64.decodeBase64(data), pub_key_bytes);
  return new String(design);
 }

 /**
  * 私钥解密
  * @param data 待解密数据
  * @param pri_key 私钥
  * @return 明文
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 private static byte[] decryptByPriKey(byte[] data, byte[] pri_key) throws Exception {
  // 取得私钥
  PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(pri_key);
  KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(RSA_KEY_ALGORITHM);
  PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
  // 对数据解密
  Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
  cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
  return cipher.doFinal(data);
 }

 /**
  * 私钥解密
  * @param data 待解密数据
  * @param pri_key 私钥
  * @return 明文
  * @throws Exception 抛出异常
  */
 public static String decryptByPriKey(String data, String pri_key) throws Exception {
  // 私匙解密
  byte[] pri_key_bytes = Base64.decodeBase64(pri_key);
  byte[] design = decryptByPriKey(Base64.decodeBase64(data), pri_key_bytes);
  return new String(design);
 }

 /**
  * @param args
  */
 @SuppressWarnings("static-access")
 public static void main(String[] args) throws Exception {

  RSATest das = new RSATest();

  String datastr = "天街小雨润如酥，草色遥看近却无。最是一年春好处，绝胜烟柳满皇都。";
  System.out.println("待加密数据：\n" + datastr);
  //获取密钥对
  Map<String, String> keyMap = new HashMap<String, String>();
  keyMap = das.initKey();
  String pub_key = (String) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
  String pri_key = (String) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
  // 公匙加密
  String pubKeyStr = RSATest.encryptByPubKey(datastr, pub_key);
  System.out.println("公匙加密结果：\n" + pubKeyStr);
  // 私匙解密
  String priKeyStr = RSATest.decryptByPriKey(pubKeyStr, pri_key);
  System.out.println("私匙解密结果：\n" + priKeyStr);

  //换行
  System.out.println();
  
  // 数字签名
  String str1 = "汉兵已略地";
  String str2 = "四面楚歌声";
  System.out.println("正确的签名：" + str1 + "\n错误的签名：" + str2);
  String sign = RSATest.sign(str1.getBytes(), pri_key);
  System.out.println("数字签名：\n" + sign);
  boolean vflag1 = das.verify(str1.getBytes(), Base64.decodeBase64(sign), pub_key);
  System.out.println("数字签名验证结果1：\n" + vflag1);
  boolean vflag2 = das.verify(str2.getBytes(), Base64.decodeBase64(sign), pub_key);
  System.out.println("数字签名验证结果2：\n" + vflag2);
 }
}

这其中有必要对Base64的用法做一点提炼:

1.byte[]转为String用到Base64.encodeBase64String(传待转的byte数组)方法;

2.String转byte[]用到Base64.decodeBase64(传待转的字符串)方法;

3.以上两步若实现byte[]--->-String-->byte[]，则byte[]不变，也不会有乱码，所以Base64还是非常好用的。

实验结果：

实验结果完全符合预期。