实现 RSA 算法的 Java 程序

RSA 是一种非对称加密算法，它使用两个不同的密钥：公钥和私钥。公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。由于 RSA 算法的特殊性质，使用相对较小的公钥可以实现足够的加密强度。因此，RSA 算法被广泛地应用于数据保护领域。

本篇文章将展示如何使用 Java 语言实现 RSA 算法，包括密钥生成、加密和解密操作。代码示例将使用 Bouncy Castle 库实现，该库提供了各种密码学算法的实现。

环境准备

在开始编写代码之前，我们需要先了解一些基本的环境准备工作。首先，我们需要引入 Bouncy Castle 库：

<dependency>
  <groupId>org.bouncycastle</groupId>
  <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
  <version>1.68</version>
</dependency>

这个库包含了很多实用的类和函数来操作各种密码学算法，我们将用它来实现 RSA 算法。

生成 RSA 密钥对

在 RSA 算法中，公钥和私钥是一对密钥，需要同时生成。我们将使用 Bouncy Castle 库中的 KeyPairGenerator 类来生成密钥对。以下是一个示例代码：

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.SecureRandom;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

public class RSAGenerator {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 添加 Bouncy Castle 作为加密提供者
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());

        // 创建随机数生成器
        SecureRandom random = new SecureRandom();

        // 创建 RSA 密钥对生成器
        KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA", "BC");

        // 初始化生成器
        generator.initialize(2048, random);

        // 生成密钥对
        KeyPair pair = generator.generateKeyPair();

        // 输出密钥对
        System.out.println("Public key: " + pair.getPublic());
        System.out.println("Private key: " + pair.getPrivate());
    }
}

在这个例子中，我们使用了 2048 位的密钥长度来生成密钥对。可以根据需要自行调整密钥长度，一般推荐使用 2048 位或更长的密钥长度来保证足够的安全。

RSA 加密和解密

在 RSA 加密和解密中，我们需要使用密钥对中的公钥和私钥。加密时使用公钥，解密时使用私钥。以下是一个示例代码：

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import javax.crypto.Cipher;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

public class RSAExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 添加 Bouncy Castle 作为加密提供者
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());

        // 创建随机数生成器
        SecureRandom random = new SecureRandom();

        // 创建 RSA 密钥对生成器
        KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA", "BC");

        // 初始化生成器
        generator.initialize(2048, random);

        // 生成密钥对
        KeyPair pair = generator.generateKeyPair();

        // 获取公钥和私钥
        PublicKey publicKey = pair.getPublic();
        PrivateKey privateKey = pair.getPrivate();

        // 明文
        byte[] plaintext = "Hello, world!".getBytes("UTF-8");

        // 创建加密器和解密器
        Cipher encrypter = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding", "BC");
        Cipher decrypter = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding", "BC");

        // 加密
        encrypter.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        byte[] ciphertext = encrypter.doFinal(plaintext);
        System.out.println("Encrypted data: " + Base64.encode(ciphertext));

        // 解密
        decrypter.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        byte[] decrypted = decrypter.doFinal(ciphertext);
        System.out.println("Decrypted data: " + new String(decrypted, "UTF-8"));
    }
}

在这个例子中，我们使用了标准的 OAEP 算法进行加密和解密。我们也可以使用其他的加密算法，这取决于应用的具体需求。

总结

RSA 算法是一种基本的非对称加密算法，它使用两个不同的密钥来实现数据保护。Java 语言提供很多工具来实现 RSA 算法，其中 Bouncy Castle 库提供了丰富的加密算法实现和工具类，非常方便。在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的密钥长度和加密算法，以保证足够的安全性。