密碼學(xué)基礎(chǔ)之RSA與不對(duì)稱秘鑰

本文主要通過(guò)RSA加解密實(shí)踐，來(lái)講述不對(duì)稱秘鑰的特點(diǎn)荔燎。

不對(duì)稱秘鑰和RSA

不對(duì)稱秘鑰算法撞芍，也叫公鑰密碼算法。
不對(duì)稱秘鑰算法圖示：

不對(duì)稱秘鑰

不對(duì)稱秘鑰的重要特點(diǎn)是加密和解密用的秘鑰不相同翩瓜。

和對(duì)稱秘鑰算法的比較

不對(duì)稱秘鑰的優(yōu)點(diǎn)
不對(duì)稱秘鑰有一個(gè)很大的好處是可以把公鑰公開(kāi)受扳，比如Alice要傳送敏感數(shù)據(jù)給Bob，Bob告訴Alice公鑰兔跌，Alice用公鑰加密數(shù)據(jù)勘高，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給Bob，在傳送時(shí)被攻擊者Eric捕獲到坟桅，Eric拿到加密的數(shù)據(jù)和公鑰华望，但不知道私鑰仍無(wú)法破解敏感信息。

哦仅乓，這個(gè)看起來(lái)很不錯(cuò)赖舟，比對(duì)稱加密好多了，完全可以取代對(duì)稱加密呀方灾？

等等建蹄！等等！小王同學(xué)裕偿，你先別激動(dòng)洞慎，我們先了解下不對(duì)稱秘鑰的缺點(diǎn)再說(shuō)。

不對(duì)稱秘鑰的缺點(diǎn)
不對(duì)稱秘鑰算法的原理并不復(fù)雜嘿棘，可以從這篇文章對(duì)RSA算法的原理做大概的了解劲腿。
RSA等不對(duì)稱秘鑰算法都存在一個(gè)限制是——慢！這個(gè)從原理很容易知道鸟妙。
慢會(huì)導(dǎo)致不對(duì)稱秘鑰算法另一個(gè)限制——只能加密少量數(shù)據(jù)焦人。
RSA算法挥吵，一次加密的數(shù)據(jù)最多和秘鑰長(zhǎng)度相同。但實(shí)際上花椭，RSA算法一般還需要有數(shù)據(jù)填充忽匈，比如常用的RSA_PKCS1_PADDING填充，還需要減去11個(gè)字節(jié)矿辽。
1024位秘鑰丹允，所能加密的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為：1024 / 8 - 11 = 117字節(jié)。
不對(duì)稱加密和對(duì)稱加密同時(shí)用
如果你需要加密大量的數(shù)據(jù)袋倔，可以用對(duì)稱加密雕蔽，對(duì)稱加密的秘鑰用不對(duì)稱加密算法加密保存。HTTPS就是這樣做的宾娜。

不對(duì)稱秘鑰的其它用處

不對(duì)稱秘鑰除了可以用加密批狐、解密還可以用于數(shù)字簽名。本文不涉及數(shù)字簽名的知識(shí)前塔，主要講述RSA加解密的使用嚣艇。

RSA算法

生成秘鑰

RSA的公鑰和私鑰需要配對(duì)，不能像對(duì)稱加密的秘鑰嘱根，可以隨便寫(xiě)髓废。
可以用OpenSSL生成RSA公鑰和私鑰

openssl genrsa -out private_key.pem 1024
openssl rsa -in private_key.pem -pubout -out public_key.pem

RSA公鑰和私鑰生成

public_key.pem和privte_key.pem都是文本文件，看下內(nèi)容
public_key.pem

privte_key.pem

了解秘鑰文件格式

你是否留意到這兩個(gè)文件開(kāi)頭結(jié)尾的兩行文字的區(qū)別了呢该抒？比如：
public_key.pem的開(kāi)頭是

-----BEGIN PUBLIC KEY——

而rsa_private_key的開(kāi)頭是

-----BEGIN RSA PRIVATE KEY——

除了PUBLIC和PRIVATE區(qū)別外慌洪，后者還多了RSA。
這表明這兩個(gè)文件的格式不同凑保。PKCS#1格式的RSA公鑰冈爹、私鑰文件開(kāi)頭和結(jié)束的兩行帶RSA字樣，而PKCS#8格式不帶欧引。
有些RSA庫(kù)频伤，解密時(shí)需要PKCS#8格式的私鑰文件，可以用下面的命令轉(zhuǎn)換

openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in private_key.pem -outform PEM -nocrypt>pkcs8_private_key.pem

加解密演示

1. Python RSA加解密演示

from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5


def rsa_encrypt(plaintext, key):
    cipher = PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(key))
    return cipher.encrypt(plaintext)


def rsa_decrypt(ciphertext, key):
    cipher = PKCS1_v1_5.new(RSA.importKey(key))
    return cipher.decrypt(ciphertext, '')


if __name__ == '__main__':
    private_key = '''-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
    MIICXQIBAAKBgQD1t3KRf4oS3sH8PbABbXL1KBYCnGq4C/yinpfQ2j2eUmZarHuw
    IMT9y5ns1lpZZTktGnypvnQjF8c0Rr/cYU53DJjglAgVEb3el6iU+WZ7nwLub/BN
    YS83zpzrhDE3Qy6qTM3evsUsekBR8x6f6Usl7KpEI/0b+EfRSpXDdvU64wIDAQAB
    AoGBAJK0odHfPTgBCf8pcaGYkG9xLJsIeutCNOd/GxOWif2yIux2WS8SkasaWd+/
    J5iCSD32t4G9dafSNZyvtTPGYUqll4aGXlFqNW8pm16HPQXWrhv1D5LVEEu3zbj+
    iNG+gHwB4bISQAOJbnvB6GoFUbDf8VYwkGGlSLGw5D5tulhRAkEA/XBLTfj+5j40
    QPfuRIhcBsgxynKJDcmV0sLAIOTBIfSKs5nuYHEVEOcGaxS+nPY3w1ffSUPUdxm0
    7L2s+9c0SQJBAPgzLLFvUjM58J/AtklkGyJ3KK5W+jLi/N1PIw7CGYGM2yfFiQLR
    ibtJVjTFhLKqDz/BK4lZ9ffU/VNHSApOncsCQQCRBzSgnw9GtGv0jaxUnW+EFgWg
    IyDYufW5kOafLCh1BNpmYnztxWhXrsyWdF2Ltr48U8mbxGwN57EIFJar2v+5AkA7
    GkSMRAv48tUf1Y4Sz+m+PU3Mph2SPIcmVA/vFb1pIheV0u4bY7Y+iOokStychu52
    qhMp8+gkie2BBTpcafgdAkBw8bAzLgmCV8SZEN60x8c2M2Y95CoYOoMLjvQdEfen
    IeDmun3DtAPBuStwYNfeQnAHCwvcOJsgDiRLzhys3056
    -----END RSA PRIVATE KEY-----'''
    public_key = '''-----BEGIN PUBLIC KEY-----
    MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQD1t3KRf4oS3sH8PbABbXL1KBYC
    nGq4C/yinpfQ2j2eUmZarHuwIMT9y5ns1lpZZTktGnypvnQjF8c0Rr/cYU53DJjg
    lAgVEb3el6iU+WZ7nwLub/BNYS83zpzrhDE3Qy6qTM3evsUsekBR8x6f6Usl7KpE
    I/0b+EfRSpXDdvU64wIDAQAB
    -----END PUBLIC KEY-----'''
    message = 'RSA加解密演示'
    cipher_text = rsa_encrypt(message.encode(encoding="utf-8"), public_key)
    plain_text = rsa_decrypt(cipher_text, private_key)
    print(str(plain_text, encoding='utf-8'))

注意：對(duì)同樣的公鑰和明文進(jìn)行RSA加密芝此，秘文通常是不一樣的憋肖，但這不影響解密。

2. iOS 前端加密婚苹，Python后端解密演示
私鑰放在移動(dòng)端是非常不安全的岸更，攻擊者可能破解你的iOS或Android程序找到私鑰。很多時(shí)候膊升，都是移動(dòng)前端加密怎炊，后端解密。iOS 加密后用base64編碼傳送給后端，即使這個(gè)數(shù)據(jù)被攻擊者捕獲评肆，也無(wú)法獲取敏感數(shù)據(jù)债查。
iOS RSA加密可以借助Swift-RSAUtils開(kāi)源庫(kù)。
iOS代碼中需要公鑰需要去掉首行和末行內(nèi)容瓜挽。

func demo() {
    let text = "RSA加解密演示"
    let pubkey = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQD1t3KRf4oS3sH8PbABbXL1KBYC" +
            "nGq4C/yinpfQ2j2eUmZarHuwIMT9y5ns1lpZZTktGnypvnQjF8c0Rr/cYU53DJjg" +
            "lAgVEb3el6iU+WZ7nwLub/BNYS83zpzrhDE3Qy6qTM3evsUsekBR8x6f6Usl7KpE" + 
            "I/0b+EfRSpXDdvU64wIDAQAB"
    let encryptedData = RSAUtils.encryptWithRSAPublicKey(text.data(using: String.Encoding.utf8)!, pubkeyBase64: pubkey, keychainTag: "")
    if encryptedData != nil {
        let encryptedDataText = encryptedData!.base64EncodedString(options: NSData.Base64EncodingOptions())
        print("\(encryptedDataText)")
    } else {
        print("error")
    }
}

Python 解密

import base64
cipher_text_base64 = iOS提交過(guò)來(lái)的字符串
cipher_text = base64.b64decode(cipher_text_base64)
plain_text = rsa_decrypt(cipher_text, private_key)