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即时通讯安全篇(六):非对称加密技术的原理与应用实践

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前言

理论上非对称加密技术比对称加密技术要复杂的多,当然也安全的多,但性能也相对要低的多,到底是用对称加密还是非对称加密,这就需要您自已根据业务场景自行组合,因为两种不同的加密算法都有各自的优势和劣势,没有绝对的好与坏,关键是你更看重哪项指标。

认识非对称加密算法

与对称加密算法不同,非对称加密算法需要两个密钥:公钥(publickey)和私钥(privatekey)。公钥与私钥是一对,如果用公钥对数据进行加密,只有用对应的私钥才能解密;如果用私钥对数据进行加密,那么只有用对应的公钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥,所以这种算法叫作非对称加密算法。

常见的非对称加密算法

常见的非对称加密算法有:RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC(椭圆曲线加密算法)等,其中支付宝使用的就是RSA算法。

RSA 算法原理

以非对称加密算法RSA为例,原理无非涉及:质因数、欧拉函数、模反元素等,当然完整的技术原理很复杂,对于应用层开发者而言如果没有必要,建议只需要知道内部是基于分解质因数和取模操作即可,并非必须要深入理论研究。

RSA算法在Android平台上的使用步骤

我们以Andriod平台为例,看看典型的非对称加密算法RSA的使用步骤:

//1,获取cipher 对象
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
//2,通过秘钥对生成器KeyPairGenerator 生成公钥和私钥
KeyPair keyPair = KeyPairGenerator.getInstance("RSA").generateKeyPair();
//使用公钥进行加密,私钥进行解密(也可以反过来使用)
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
//3,使用公钥初始化密码器
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
//4,执行加密操作
byte[] result = cipher.doFinal(content.getBytes());
//使用私钥初始化密码器
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
//执行解密操作
byte[] deResult = cipher.doFinal(result);

需要注意的地方:

//一次性加密数据的长度不能大于117 字节
private static final int ENCRYPT_BLOCK_MAX = 117;
//一次性解密的数据长度不能大于128 字节
private static final int DECRYPT_BLOCK_MAX = 128;

分批操作:

/**
* 分批操作
*
* @param content 需要处理的数据
* @param cipher 密码器(根据cipher 的不同,操作可能是加密或解密)
* @param blockSize 每次操作的块大小,单位为字节
* @return 返回处理完成后的结果
* @throws Exception
*/
 public static byte[] doFinalWithBatch(byte[] content, Cipher cipher, int blockSize) throwseption {
 int offset = 0;//操作的起始偏移位置
 int len = content.length;//数据总长度
 byte[] tmp;//临时保存操作结果
 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
 //如果剩下数据
 while (len - offset > 0) {
     if (len - offset >= blockSize) {
        //剩下数据还大于等于一个blockSize
        tmp = cipher.doFinal(content, offset, blockSize);
     }else {
         //剩下数据不足一个blockSize
         tmp = cipher.doFinal(content, offset, len - offset);
         }
     //将临时结果保存到内存缓冲区里
     baos.write(tmp);
     offset = offset + blockSize;
     }
     baos.close();
     return baos.toByteArray();
 }

非对称加密算法在实际应用中的用途

1、用于身份认证

一条加密信息若能用A 的公钥能解开,则该信息一定是用A 的私钥加密的,该能确定该用户是A。

2、用于陌生人通信

A 和B 两个人互不认识,A 把自己的公钥发给B,B 也把自己的公钥发给A,则双方可以通过对方的公钥加密信息通信。C 虽然也能得到A、B 的公钥,但是他解不开密文。

3、用于敏感的秘钥交换场景下

A 先得到B 的公钥,然后A 生成一个随机秘钥,例如13245768,之后A 用B 的公钥加密该秘钥,得到加密后的秘钥,例如dxs#fd@dk,之后将该密文发给B,B 用自己的私钥解密得到123456,之后双方使用13245768 作为对称加密的秘钥通信。C 就算截获加密后的秘钥dxs#fd@dk,自己也解不开,这样A、B 二人能通过对称加密进行通信。

本文小结

非对称加密一般不会单独拿来使用,他并不是为了取代对称加密而出现的,非对称加密速度比对称加密慢很多,极端情况下会慢1000 倍,所以一般不会用来加密大量数据,通常我们经常会将对称加密和非对称加密两种技术联合起来使用,例如用非对称加密来给称加密里的秘钥进行加密(即秘钥交换)。

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