数字签名算法之RSA

1.数字签名简述2. 模型分析3. 代码实现3.1 签名算法实现3.2 测试代码3.3 运行结果

1.数字签名简述

数字签名算法可以看做是一种带有密钥的消息摘要算法，并且这种密钥包含了公钥和私钥。也就是说数字签名算法是非对称加密算法和消息摘要算法的结合体。

数字签名算法是公钥基础设施（PKI）以及许多网络安全机制（SSL/TLS、VPN等）的基础。

数字签名算法能够验证数据的完整性、认证性以及抗否认性。

数字签名算法遵循“私钥签名，公钥验证” 的签名/验证方式。

数字签名算法主要包括 RSA、DSA和ECDSA共3种算法。其中，RSA算法源于整数因子分解问题，DSA和ECDSA算法源于离散对数问题。

RSA既是加密/解密算法， 也是签名算法。

DSA只有签名算法，其基于DSS算法。

ECDSA算法是ECC算法与DSA算法的结合，想对于传统签名算法，具有速度快、强度高、签名短等优点，被广泛应用。

2. 模型分析

Alice作为发送方，Bob作为接收方，交互流程如下所示。

3. 代码实现

Java与Bouncy Castle对RSA签名算法均有实现，具体细节如下表所示。

算法密钥长度密钥长度默认值签名长度备注MD2withRSA、MD5withRSA、SHA1withRSA512~65536位（密钥长度必须是64的倍数）1024与密钥长度相同JavaSHA224withRSA、SHA256withRSA、SHA384withRSA、SHA512withRSA 、RIPEMD128withRSA、RIPEMD160withRSA512~65536位（密钥长度必须是64的倍数）2048与密钥长度相同Bouncy Castle实现

3.1 签名算法实现

下面是Java对RSA数字签名的实现

/** * 数字签名密钥算法 */ public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA"; /** * 数字签名 * 签名/验证算法 */ public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA"; //公钥 Map Key private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey"; //私钥Map key private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey"; /** * RSA密钥长度，默认1024位，密钥长度必须是64的倍数，范围512～65536位之间 */ private static final int KEY_SIZE = 512; public static byte[] sign(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception { //转换私钥材料 PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey); //实例化密钥工厂 KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); //取私钥对象 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); //签名 return signature.sign(); } public static boolean verity(byte[] data, byte[] publicKey, byte[] sign) throws Exception{ //转换公钥材料 X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey); //实例化密钥工厂 KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); //生成公钥 PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec); //实例化Signature Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM); //初始化Signature signature.initVerify(pubKey); //更新 signature.update(data); //校验证 return signature.verify(sign); }

3.2 测试代码

@Test public void rsaSignTest() throws Exception { //初始化密钥 Map<String, Object> keyMap = RSACoder.initKey(); byte[] publicKey = RSACoder.getPublicKey(keyMap); byte[] privateKey = RSACoder.getPrivateKey(keyMap); System.out.println("公钥：\n"+Base64.encodeToString(publicKey, Base64.DEFAULT)); System.out.println("私钥：\n"+Base64.encodeToString(privateKey, Base64.DEFAULT)); String inputStr = "RSA数字签名"; byte[] data = inputStr.getBytes(); //产生签名 byte[] sign = RSACoder.sign(data, privateKey); System.out.println("签名：\t"+ Hex.toHexString(sign)); //验证签名 boolean status = RSACoder.verity(data, publicKey, sign); System.out.println("验签状态：\t"+ status); assertTrue(status); }

3.3 运行结果

2020-10-21 14:28:20.130 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: 公钥： 2020-10-21 14:28:20.130 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBALVI158wtZj4N7Fhndfr0SxspYaoVJAYTcgR1czsgnTy 2020-10-21 14:28:20.130 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: Qz0cjuyVWqXFlxK3ZitLvuzuQqEKAHZkBSggBPxA660CAwEAAQ== 2020-10-21 14:28:20.130 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: 私钥： 2020-10-21 14:28:20.130 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: MIIBVQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAT8wggE7AgEAAkEAtUjXnzC1mPg3sWGd1+vRLGylhqhU 2020-10-21 14:28:20.130 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: kBhNyBHVzOyCdPJDPRyO7JVapcWXErdmK0u+7O5CoQoAdmQFKCAE/EDrrQIDAQABAkEApjyaxXbE 2020-10-21 14:28:20.130 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: P/b2EynhtXugf61NiJLZoJ04zktUlCsZYiSu2V575e1uRahiv9Z9tO6otYbBQDb8DwtdjlgH0usw 2020-10-21 14:28:20.131 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: 4QIhANlMi777d9j+QVB1tw16FblEXm1YFBAW4WxAoAtFkM4ZAiEA1ZJD+A3wlhNLe5L9Zo9t7dHm 2020-10-21 14:28:20.131 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: qlrlyxDY5MOBq40XVLUCIFylfDeTM8f6r5JEfiVq1fRFqBTqprMtbjMfYp0rrc+RAiBPDGkt6fLv 2020-10-21 14:28:20.131 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: iUq5/WjfSh01FijbSvOc2qp82cQn+/vztQIhAIe/Rez3m7xmEzvL45IOVxfw7x0dwexDXdGdIIjo 2020-10-21 14:28:20.131 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: o9ak 2020-10-21 14:28:20.135 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: 签名： 612945943b56154cc6dce2bb13597ca734f6be79ea6e86191d34378271143a65405feeb9cbec9a1327166efa285ca117123a5bb26f0eb900e161b3ceb7b35224 2020-10-21 14:28:20.136 15667-15682/com.calvin.android.demo2 I/System.out: 验签状态： true