基于JAVA的非對(duì)稱加密算法的研究與實(shí)現(xiàn)

賈澤鋒，崔夢(mèng)天，王保琴，謝 琪，姜 玥

(1.西南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041；2.陸軍工程大學(xué)通信士官學(xué)校信息技術(shù)基礎(chǔ)教研室，重慶 400035)

1 Java概述

Java是大部分研發(fā)工程師愛好的一門語言，到目前為止它的使用率排名第一.Java之所以能有這樣的成績(jī)是因?yàn)樗峁┝撕芏喙δ苣K，這使得開發(fā)過程中解決問題減少了時(shí)間.如Java在安全領(lǐng)域里就包含了在JCA[1]的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出的Java加密擴(kuò)展包JCE(Java Cryptography Extension)，提供了DES算法、AES算法、RSA算法、DSA算法等各種加密算法、消息摘要算法和密鑰管理等功能[2].利用Java API提供的安全機(jī)制很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)稱加密算法和非對(duì)稱加密算法.本文主要對(duì)非對(duì)稱加密算法在Java環(huán)境里的使用展開研究.

2 RSA算法

RSA加密算法是非對(duì)稱加密算法里最為典型的加密算法，也是目前使用最廣泛的非對(duì)稱加密算法[3-4]，它是可以應(yīng)用在數(shù)據(jù)加密或者數(shù)字簽名場(chǎng)景中[4].這里以甲乙雙方傳遞信息為例[3]，甲為消息發(fā) 送者，乙為消息接收者，如圖1和圖2所示：

圖1 生成RSA算法密鑰對(duì)Fig.1 Generate RSA algorithm key pair

圖2 甲向乙傳遞RSA算法加密數(shù)據(jù)Fig.2 A passes RSA algorithm encrypted data to B

如圖1所示，完成公開密鑰的傳送，就可以進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)加密進(jìn)行發(fā)送并解密如圖2所示.在非對(duì)稱加密算法中，私鑰加密的數(shù)據(jù)只能利用對(duì)應(yīng)的公鑰解密，簡(jiǎn)稱“私鑰加密，公鑰解密”[3]，那么按原理上在RSA加密算法里“公鑰加密，私鑰解密”這種方法也是成立的.這使得拿到公鑰的一方能夠利用公鑰加密數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)[3].如圖3所示：

圖3 乙向甲傳遞RSA算法加密數(shù)據(jù)Fig.3 B transmits RSA algorithm encryption data to A

如圖3是乙(接收者)使用甲(發(fā)送者)發(fā)送的公鑰加密數(shù)據(jù)，甲利用自身的私鑰實(shí)現(xiàn)解密數(shù)據(jù)，稱“公鑰加密，私鑰解密”[3].但是，這種方式不推薦使用，因?yàn)樵诠€傳遞的過程中，公鑰很可能被截獲，截獲到公鑰者也有可能給甲方發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)甲方不能辨別真?zhèn)?，因此，“公鑰加密，私鑰解密”這種形式存在必定的安全隱患[5].

2.1 數(shù)學(xué)原理

RSA加密算法的數(shù)學(xué)原理是簡(jiǎn)單易懂.設(shè)密文為C，明文為E，則數(shù)據(jù)公式如下表達(dá)式：加密公式：C＝ExmodN，則公鑰為(x，N)；解密公式：E ＝ CdmodN，則私鑰為(d，N)[6-10].其中mod是取余數(shù).

下面我們舉例模擬生成密鑰對(duì)：

通過上面一系列求值最后得到：公鑰(5，323)，私鑰(29，323).

2.2 RSA在Java API中的實(shí)現(xiàn)

關(guān)于Java API提供安全機(jī)制[11-12]的類詳解如圖4所示，本文通過用戶注冊(cè)與登錄的實(shí)例，應(yīng)用RSA算法在使用Java API實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶登錄密碼加密與解密的過程，進(jìn)而體現(xiàn)出RSA算法在Java API中具體實(shí)現(xiàn)及使用[13].如圖5～圖9所示：

圖4 RSA在Java API安全類圖Fig.4 RSA in Java API Security Class Diagram

下面以用戶注冊(cè)與登錄為例，具體流程如圖5所示：

圖5 注冊(cè)與登錄Fig.5 Registration and login

(1)生成RSA算法的公鑰和私鑰，如圖6所示：

圖6 生成RSA算法密鑰對(duì)Fig.6 Generate RSA algorithm key pair

在得到公鑰和私鑰的時(shí)候通過BASE64Encoder轉(zhuǎn)化生成字符串結(jié)果如圖7所示：

圖7 公鑰與私鑰結(jié)果圖Fig.7 Public key and private key result graph

(2)得到公鑰和私鑰就可以進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的加密與解密的工作，用戶輸入的密碼data＝“jiazefeng”為需要加密數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，如圖8和圖9所示：

圖8 公鑰加密Fig.8 Public key encryption

圖9 私鑰解密Fig.9 Private key decryption

圖8和圖9中的data是代表需要加密與解密的數(shù)據(jù)，運(yùn)行結(jié)果如圖10所示：

圖10 加密、解密結(jié)果圖Fig.10 Encryption and decryption result graph

3 結(jié)束語

通過對(duì)RSA算法在JAVA API中的研究，可以應(yīng)用在對(duì)個(gè)人信息的保密或者是企業(yè)的信息保密.因RSA算法利用一對(duì)密鑰(公開密鑰，私有密鑰)來實(shí)現(xiàn)加密與解密，其操作簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大可以應(yīng)用在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的任何場(chǎng)景下，RSA加密算法是目前最適合的一種加密算法，它被人們稱為高級(jí)數(shù)據(jù)加密算法，通過這一特點(diǎn)完美有效的進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)加密，進(jìn)而有效的保護(hù)數(shù)據(jù)安全.