加密与安全_双向RSA+AES加密及Code实现

文章目录

AES / RSA
流程
Code
- 生成AES密钥和生成RSA密钥对
- AES工具类，提供AES加密和解密功能
- RSA加密工具类
- 测试类
总结

AES / RSA

AES：一种对称加密算法，意味着加密和解密使用相同的密钥。速度快，适合加密大量数据。
RSA：一种非对称加密算法，有一对密钥：公钥和私钥。用公钥加密的数据只能用对应的私钥解密，反之亦然。

流程

在这里插入图片描述

客户端和服务端都生成一对RSA密钥：
- 客户端和服务端各自生成自己的RSA公钥和私钥。
- RSA公钥是公开的，可以共享；RSA私钥则要保密。
客户端和服务端分别生成AES密钥：
- 客户端和服务端都生成自己的AES密钥，用于加密实际的数据。
客户端发送请求给服务端：
- 客户端用服务端的RSA公钥加密它自己的AES密钥，并将加密后的AES密钥发送给服务端。
- 同时，客户端还会用AES密钥加密一份请求报文，然后将这个加密的报文和它自己的RSA公钥一起发送给服务端。
服务端解密并处理请求：
- 服务端接收到请求后，用自己的RSA私钥解密客户端发送的AES密钥。
- 然后，服务端用解密后的AES密钥解密客户端的请求报文，得到了客户端发送的实际信息。
- 服务端接下来会生成一个响应报文，用客户端的AES密钥加密该响应报文。
服务端发送响应给客户端：
- 服务端用客户端的RSA公钥加密自己的AES密钥，并将加密后的AES密钥和加密的响应报文一起发送给客户端。
客户端解密并获取响应：
- 客户端用自己的RSA私钥解密服务端发送过来的AES密钥。
- 然后，客户端用解密后的AES密钥解密服务端的响应报文，得到最终的回应内容。

Code

在这里插入图片描述

生成AES密钥和生成RSA密钥对

package com.artisan.shuangxiang_aesrsa;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;

/**
 * @author artisan
 */
public class KeyGeneration {
    /**
     * 生成AES密钥
     *
     * @return 生成的SecretKey对象，包含AES算法的密钥
     * @throws Exception 如果密钥生成过程中出现错误
     */
    public static SecretKey generateAESKey() throws Exception {
        // 获取KeyGenerator实例，指定使用AES算法
        KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
        // 初始化AES密钥的长度为128位
        keyGen.init(128);
        // 生成AES密钥
        return keyGen.generateKey();
    }


    /**
     * 生成RSA密钥对
     *
     * @return 生成的RSA密钥对
     * @throws Exception 如果无法生成密钥对，则抛出异常
     */
    public static KeyPair generateRSAKeyPair() throws Exception {
        // 获取密钥对生成器实例
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        // 初始化密钥对生成器为2048位
        keyPairGen.initialize(2048);
        // 生成RSA密钥对
        return keyPairGen.generateKeyPair();
    }
}

AES工具类，提供AES加密和解密功能

package com.artisan.shuangxiang_aesrsa;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.util.Base64;

/**
 * @author artisan
 */
/**
 * AES工具类，提供AES加密和解密功能
 * 使用AES/CBC/PKCS5Padding算法进行加密和解密
 */
public class AESUtil {
    /**
     * 定义加密算法类型为AES/CBC/PKCS5Padding
     */
    private static final String ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";

    /**
     * 使用AES算法加密数据
     *
     * @param data 待加密的字符串
     * @param key 加密使用的SecretKey
     * @param iv 加密使用的初始化向量（IvParameterSpec）
     * @return 加密后的字符串，以Base64编码
     * @throws Exception 如果加密过程中发生错误，抛出异常
     */
    public static String encryptAES(String data, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws Exception {
        // 创建Cipher实例，指定使用AES/CBC/PKCS5Padding算法
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        // 初始化Cipher为加密模式，传入密钥和初始化向量
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv);
        // 将待加密数据转换为字节数组，并执行加密操作
        byte[] encryptedData = cipher.doFinal(data.getBytes());
        // 将加密后的数据使用Base64编码，并返回
        return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData);
    }

    /**
     * 使用AES算法解密数据
     *
     * @param encryptedData 待解密的字符串，以Base64编码
     * @param key 解密使用的SecretKey
     * @param iv 解密使用的初始化向量（IvParameterSpec）
     * @return 解密后的字符串
     * @throws Exception 如果解密过程中发生错误，抛出异常
     */
    public static String decryptAES(String encryptedData, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws Exception {
        // 创建Cipher实例，指定使用AES/CBC/PKCS5Padding算法
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        // 初始化Cipher为解密模式，传入密钥和初始化向量
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv);
        // 将待解密数据从Base64解码为字节数组
        byte[] decodedData = Base64.getDecoder().decode(encryptedData);
        // 执行解密操作
        byte[] decryptedData = cipher.doFinal(decodedData);
        // 将解密后的数据转换为字符串，并返回
        return new String(decryptedData);
    }
}

RSA加密工具类

package com.artisan.shuangxiang_aesrsa;

import javax.crypto.Cipher;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.util.Base64;

/**
 * RSA加密工具类
 * @author artisan
 */
public class RSAUtil {
    /**
     *  定义加密算法类型为RSA
     */
    private static final String ALGORITHM = "RSA";

    /**
     * 使用RSA算法和公钥加密数据
     *
     * @param data 待加密的字符串数据
     * @param publicKey 用于加密的公钥
     * @return 加密后的数据，以Base64编码的字符串形式表示
     * @throws Exception 如果加密过程中发生错误，抛出异常
     */
    public static String encryptRSA(String data, PublicKey publicKey) throws Exception {
        // 获取Cipher实例，指定使用RSA算法
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        // 初始化Cipher为加密模式，并使用指定的公钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        // 将待加密的字符串转换为字节数组，并执行加密操作
        byte[] encryptedData = cipher.doFinal(data.getBytes());
        // 将加密后的字节数组使用Base64编码为字符串
        return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData);
    }

    /**
     * 使用RSA算法和私钥解密数据
     *
     * @param encryptedData 待解密的字符串数据，预期是通过Base64编码的
     * @param privateKey 用于解密的私钥
     * @return 解密后的原始字符串数据
     * @throws Exception 如果解密过程中发生错误，抛出异常
     */
    public static String decryptRSA(String encryptedData, PrivateKey privateKey) throws Exception {
        // 获取Cipher实例，指定使用RSA算法
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        // 初始化Cipher为解密模式，并使用指定的私钥
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        // 将Base64编码的字符串解码为字节数组
        byte[] decodedData = Base64.getDecoder().decode(encryptedData);
        // 执行解密操作，得到原始的字节数组
        byte[] decryptedData = cipher.doFinal(decodedData);
        // 将解密后的字节数组转换为字符串
        return new String(decryptedData);
    }
}

测试类

package com.artisan.shuangxiang_aesrsa;

import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.security.KeyPair;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.util.Base64;

/**
 * @author artisan
 */
public class Main {


    /**
     * 使用RSA公钥加密AES密钥，以及使用RSA私钥解密AES密钥的全过程
     * 同时展示了使用AES密钥加密和解密数据的应用
     *
     * @param args 命令行参数
     * @throws Exception 可能抛出的异常
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 生成AES和RSA密钥
        SecretKey aesKey = KeyGeneration.generateAESKey();
        KeyPair rsaKeyPair = KeyGeneration.generateRSAKeyPair();
        PublicKey rsaPublicKey = rsaKeyPair.getPublic();
        PrivateKey rsaPrivateKey = rsaKeyPair.getPrivate();

        String aesKeyString = Base64.getEncoder().encodeToString(aesKey.getEncoded());
        System.out.println("AES密钥: " + aesKeyString);
        // 初始化IV（通常需要确保IV的安全传输）  16字节的IV向量
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(new byte[16]);

        // 客户端用服务端的RSA公钥加密AES密钥
        String encryptedAESKey = RSAUtil.encryptRSA(aesKeyString, rsaPublicKey);
        System.out.println("加密后的AES密钥: " + encryptedAESKey);

        // 模拟服务端解密AES密钥
        String decryptedAESKey = RSAUtil.decryptRSA(encryptedAESKey, rsaPrivateKey);
        SecretKey originalAESKey = new javax.crypto.spec.SecretKeySpec(Base64.getDecoder().decode(decryptedAESKey), "AES");
        System.out.println("解密后的AES密钥: " + Base64.getEncoder().encodeToString(originalAESKey.getEncoded()));

        // 使用AES加密和解密数据
        String originalData = "我是需要加密的数据artisan GO GO GO !!!";
        String encryptedData = AESUtil.encryptAES(originalData, aesKey, iv);
        System.out.println("加密的数据: " + encryptedData);

        String decryptedData = AESUtil.decryptAES(encryptedData, aesKey, iv);
        System.out.println("解密的数据: " + decryptedData);
    }
}

输出

AES密钥: n5PbFsDPACXiDsuBhjHwvg==
加密后的AES密钥: cuNuyggZpGhVthHpUPEEt7l7Nh9ySl4S4zLBVLpxbx3ft9JwKNfTi0ggtAX1p27lpFsru/riYVv/6HuI/AO2PV/WzmE9ySUa7+cdkvlTqdbsQaFF67R2DqEtMbsJyfiGVI6Y9acObMWw9nGeggtsQAlfNqjV8LC8i1T4OJcstMcmdgCEg85vBizwdFEOJPZO1SDEd///CY2jT7tY7Zz4kvq9f+WkNnHy+s11cUOzr6Griv83JlFNPvJ3DifVhkmxsR5Cg9HaRtjSRvx9VPfwza/SrQWue7rzsLSirXsj+kIOBfOopSFj0xSBCG32NnQEuWspSGdgJTHAmD/X7RJzoQ==
解密后的AES密钥: n5PbFsDPACXiDsuBhjHwvg==
加密的数据: a1gn+70y0nkd9VGg3hg3Y/b0PxUd1dqAuzKHDedGMdleu2UVWkBtInZ0Ox4iNOFM
解密的数据: 我是需要加密的数据artisan GO GO GO !!!