Java编程实现非对称加密的方法详解

非对称加密算法需要公钥和私钥。公钥可以对任意一个字符串进行加密，但只能用对应的私钥进行解密；私钥可以对任何一个字符串进行解密，但是只有对应的公钥能够进行加密。

生成密钥对

Java提供了多种非对称加密算法，比如RSA算法。使用Java生成RSA密钥对的过程如下：

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;

KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGenerator.initialize(2048); // 初始化密钥长度为2048位
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair();

byte[] publicKeyBytes = keyPair.getPublic().getEncoded();
byte[] privateKeyBytes = keyPair.getPrivate().getEncoded();

实例化 KeyPairGenerator 对象可以通过其提供者或者算法名称实现，这里我们使用 RSA 算法，密钥长度为2048位。调用 genKeyPair 方法就可以获得 KeyPair 对象。通过 getPublic 和 getPrivate 方法可以获取 PublicKey 和 PrivateKey，再使用 getEncoded 方法转换成二进制格式的字节串，方便存储或传输。

加密

使用公钥加密一个字符串：

import java.security.PublicKey;
import javax.crypto.Cipher;

String plainText = "Hello, world.";
byte[] publicKeyBytes = ...; // 获取公钥的二进制格式字节串
PublicKey publicKey = KeyFactory.getInstance("RSA").generatePublic(new X509EncodedKeySpec(publicKeyBytes));

Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes("UTF-8"));

实例化 PublicKey 对象需要通过 KeyFactory 和 X509EncodedKeySpec 进行转换，在 Cipher 中使用公钥和 ENCRYPT_MODE 初始化后，调用 doFinal 方法将明文转换为密文（字节数组）。

解密

使用私钥解密上一步所得到的密文：

import java.security.PrivateKey;

byte[] privateKeyBytes = ...; // 获取私钥的二进制格式字节串
PrivateKey privateKey = KeyFactory.getInstance("RSA").generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(privateKeyBytes));

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes);
String plainText = new String(decryptedBytes, "UTF-8");

同样地，实例化 PrivateKey 对象需要通过 KeyFactory 和 PKCS8EncodedKeySpec 进行转换，在 Cipher 中使用私钥和 DECRYPT_MODE 初始化后，调用 doFinal 方法将密文转换为明文。

示例说明

示例 1：加密字符串并进行解密

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import javax.crypto.Cipher;

public class AsymmetricEncryptionExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String plainText = "Hello, world.";

        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyPairGenerator.initialize(2048); // 初始化密钥长度为2048位
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair();

        byte[] publicKeyBytes = keyPair.getPublic().getEncoded();
        byte[] privateKeyBytes = keyPair.getPrivate().getEncoded();

        PublicKey publicKey = KeyFactory.getInstance("RSA").generatePublic(new X509EncodedKeySpec(publicKeyBytes));
        PrivateKey privateKey = KeyFactory.getInstance("RSA").generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(privateKeyBytes));

        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");

        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes("UTF-8"));
        System.out.println("Encrypted: " + new String(encryptedBytes, "UTF-8"));

        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes);
        String decryptedText = new String(decryptedBytes, "UTF-8");
        System.out.println("Decrypted: " + decryptedText);
    }
}

输出：

Encrypted: ?0Mf???F???n@G?P?4?p??jd?g?z$?F?5?Xv?

Decrypted: Hello, world.

示例 2：使用公钥加密并传输密文，使用私钥解密

// 发送端
public class AsymmetricEncryptionExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String plainText = "Hello, world.";

        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyPairGenerator.initialize(2048); // 初始化密钥长度为2048位
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair();

        byte[] publicKeyBytes = keyPair.getPublic().getEncoded();

        PublicKey publicKey = KeyFactory.getInstance("RSA").generatePublic(new X509EncodedKeySpec(publicKeyBytes));

        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes("UTF-8"));

        System.out.println("Encrypted: " + new String(encryptedBytes, "UTF-8"));

        // 假设将 encryptedBytes 转换成Base64编码的字符串，传给接收端
    }
}

// 接收端
public class AsymmetricEncryptionExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] encryptedBytes = ...; // 假设获取到 Base64 编码的密文，解码成字节数组
        byte[] privateKeyBytes = ...; // 获取私钥的二进制格式字节串

        PrivateKey privateKey = KeyFactory.getInstance("RSA").generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(privateKeyBytes));

        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes);
        String decryptedText = new String(decryptedBytes, "UTF-8");
        System.out.println("Decrypted: " + decryptedText);
    }
}

输出：

Decrypted: Hello, world.

在示例2中，发送端和接收端都需要获取密钥对中的公钥或私钥。为了简便起见，这里省略了从文件、数据库等外部存储中获取密钥的部分。

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