一個基於RSA算法的Java數字簽名例子

原文地址：一個基於RSA算法的Java數字簽名例子

一、前言：

　　網絡數據安全包括數據的本身的安全性、數據的完整性（防止篡改）、數據來源的不可否認性等要素。對數據采用加密算法加密可以保證數據本身的安全性，利用消息摘要可以保證數據的完整性，但是還有一點就是數據來源的不可否認性（也就是數據來自哪里接收者是清楚的，而且發送數據者不可抵賴）。
      

        有些方案曾經使用消息認證碼（MAC）來保證數據來源於合法的發送着，但是利用消息認證碼會帶來一個問題，就是通訊雙方必須事先約定兩者之間的通訊用共享密碼。在我們的互聯網如此龐大的今天，這顯然是不合適的，而數字簽名可以解決我們的這個問題。數字簽名（通常的數字簽名）的基礎是公鑰密碼體系（例如：RSA）。發送者有獨一無二的公鑰和私鑰，公鑰是公開的，私鑰秘密保留。發送者利用私鑰對數據的消息摘要進行數字簽名，接收者利用發送者的公鑰來驗證數字簽名，其實就是把加密過程顛倒過來使用。由於發送者的私鑰是獨一無二的，而且是秘密的，因此當能夠驗證解開數字簽名的數字摘要是正確的后，那么我們就可以肯定發送者的身份了，這就是數字簽名的基本原理。

        為什么要用消息摘要呢？原因是這樣的，由於公鑰加密算法加解密的速度較慢，對整個數據進行加密肯定是行不通的，而消息摘要有個好處就是短而且長度固定，就象數據的指紋一樣，所以對摘要進行簽名。

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二、數字簽字的原理：

        在數字簽名應用中，首先由發送者身份生成它的私鑰和公鑰，然后由發送者通過私鑰把數據加密后，並將加密后的數據發送給接收者；接收者把發送者加密過的數據通過發送者的共鑰進行簽名驗證。

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三、例子說明：

       現在我們就轉入正題了。JAVA的數字簽名類封裝在Signature類（java.security.Signature）中。
接下來，我會編寫三個功能（即三個Java類）： 
       a、生成一對密鑰，即私鑰和公鑰，對於密鑰的保存可以使用對象流的方式進行保存和傳送,也可以使用編碼的方式保存；在這里基於方便，我是使用編碼方式進行保存的；類名是：GenerateKeyPair.java

       b、編寫發送者的功能：首先通過私鑰加密待輸出數據Data，並輸出Data和簽名后的Data；類名是：SignatureData.java
      
     c、編寫接收者的功能：使用發送者的公鑰來驗證發送過來的加密Data，判斷簽名的合法性；類名是：VerifySignature.java

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四、生成一對密鑰，即私鑰和公鑰，對於密鑰的保存可以使用對象流的方式進行保存和傳送,也可以使用編碼的方式保存；在這里基於方便，我是使用編碼方式進行保存的；類名是：GenerateKeyPair.java： 

package com._21cn.cryptto;
import java.security.KeyPair;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;


public class GenerateKeyPair {

private String priKey;
private String pubKey;
public void run() {
try {
java.security.KeyPairGenerator keygen = java.security.KeyPairGenerator
.getInstance("RSA");
SecureRandom secrand = new SecureRandom();
secrand.setSeed("21cn".getBytes()); // 初始化隨機產生器
keygen.initialize(1024, secrand);
KeyPair keys = keygen.genKeyPair();

PublicKey pubkey = keys.getPublic();
PrivateKey prikey = keys.getPrivate();

pubKey = bytesToHexStr(pubkey.getEncoded());
priKey = bytesToHexStr(prikey.getEncoded());

System.out.println("pubKey=" + pubKey);
System.out.println("priKey=" + priKey);


System.out.println("寫入對象 pubkeys ok");
System.out.println("生成密鑰對成功");
} catch (java.lang.Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("生成密鑰對失敗");
}
;

}

/**
* Transform the specified byte into a Hex String form.
*/
public static final String bytesToHexStr(byte[] bcd) {
StringBuffer s = new StringBuffer(bcd.length * 2);

for (int i = 0; i < bcd.length; i++) {
s.append(bcdLookup[(bcd[i] >>> 4) & 0x0f]);
s.append(bcdLookup[bcd[i] & 0x0f]);
}

return s.toString();
}

/**
* Transform the specified Hex String into a byte array.
*/
public static final byte[] hexStrToBytes(String s) {
byte[] bytes;

bytes = new byte[s.length() / 2];

for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
bytes[i] = (byte) Integer.parseInt(s.substring(2 * i, 2 * i + 2),
16);
}

return bytes;
}

private static final char[] bcdLookup = { '0', '1', '2', '3', '4', '5',
'6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
GenerateKeyPair n = new GenerateKeyPair();
n.run();
}

五、編寫發送者的功能：首先通過私鑰加密待輸出數據Data，並輸出Data和簽名后的Data；類名是：SignatureData.java

package com._21cn.cryptto;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;

public class SignatureData {


public void run() {
try {
String prikeyvalue = "30820277020100300d";//這是GenerateKeyPair輸出的私鑰編碼
PKCS8EncodedKeySpec priPKCS8=new PKCS8EncodedKeySpec(hexStrToBytes(prikeyvalue)); 
KeyFactory keyf=KeyFactory.getInstance("RSA");
PrivateKey myprikey=keyf.generatePrivate(priPKCS8);

String myinfo = "orderId=10dkfadsfksdkssdkd&amount=80&orderTime=20060509"; // 要簽名的信息
// 用私鑰對信息生成數字簽名
java.security.Signature signet = java.security.Signature
.getInstance("MD5withRSA");
signet.initSign(myprikey);
signet.update(myinfo.getBytes("ISO-8859-1"));
byte[] signed = signet.sign(); // 對信息的數字簽名

System.out.println("signed(簽名內容)原值=" + bytesToHexStr(signed));
System.out.println("info（原值）=" + myinfo);

System.out.println("簽名並生成文件成功");
} catch (java.lang.Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("簽名並生成文件失敗");
}
;

}
/**
* Transform the specified byte into a Hex String form.
*/
public static final String bytesToHexStr(byte[] bcd) {
StringBuffer s = new StringBuffer(bcd.length * 2);

for (int i = 0; i < bcd.length; i++) {
s.append(bcdLookup[(bcd[i] >>> 4) & 0x0f]);
s.append(bcdLookup[bcd[i] & 0x0f]);
}

return s.toString();
}

/**
* Transform the specified Hex String into a byte array.
*/
public static final byte[] hexStrToBytes(String s) {
byte[] bytes;

bytes = new byte[s.length() / 2];

for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
bytes[i] = (byte) Integer.parseInt(s.substring(2 * i, 2 * i + 2),
16);
}

return bytes;
}

private static final char[] bcdLookup = { '0', '1', '2', '3', '4', '5',
'6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
SignatureData s = new SignatureData();
s.run();

}

六、編寫接收者的功能：使用發送者的公鑰來驗證發送過來的加密Data，判斷簽名的合法性；類名是：VerifySignature.java

package com._21cn.cryptto;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

public class VerifySignature {


public void run1() {
try {
String pubkeyvalue = "30819f300d06092a864886f70d01010105";//這是GenerateKeyPair輸出的公鑰編碼
X509EncodedKeySpec bobPubKeySpec = new X509EncodedKeySpec(hexStrToBytes(pubkeyvalue));
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(bobPubKeySpec);


String info = "orderId=10dkfadsfksdkssdkd&amount=80&orderTime=20060519";
byte[] signed = hexStrToBytes("2292e02ba6bf6f1b1688a6fa2");//這是SignatureData輸出的數字簽名
java.security.Signature signetcheck=java.security.Signature.getInstance("MD5withRSA");
signetcheck.initVerify(pubKey);
signetcheck.update(info.getBytes());
if (signetcheck.verify(signed)) {
System.out.println("info=" + info);
System.out.println("簽名正常");
}
else System.out.println("非簽名正常");
}
catch (java.lang.Exception e) {e.printStackTrace();}
}