即时通讯安全篇（六）：非对称加密技术的原理与应用实践

前言

上文我学习了对称加密算法在Android平台的原理和应用实践（上文链接点此进入），本文将要分享的是非对称加密技术在当前互联网场景下的应用情况。

理论上非对称加密技术比对称加密技术要复杂的多，当然也安全的多，但性能也相对要低的多，到底是用对称加密还是非对称加密，这就需要您自已根据业务场景自行组合，因为两种不同的加密算法都有各自的优势和劣势，没有绝对的好与坏，关键是你更看重哪项指标。

本系列文章中的前两篇《即时通讯安全篇（一）：正确地理解和使用Android端加密算法》、《即时通讯安全篇（三）：常用加解密算法与通讯安全讲解》也有对非对称加密算法的研究和实践总结，您也可前往查阅。

IM安全系列文章

本文是IM通讯安全知识系列文章中的第6篇，总目录如下：

• 《即时通讯安全篇（一）：正确地理解和使用Android端加密算法》
• 《即时通讯安全篇（二）：探讨组合加密算法在IM中的应用》
• 《即时通讯安全篇（三）：常用加解密算法与通讯安全讲解》
• 《即时通讯安全篇（四）：实例分析Android中密钥硬编码的风险》
• 《即时通讯安全篇（五）：对称加密技术在Android上的应用实践》
• 《即时通讯安全篇（六）：非对称加密技术的原理与应用实践》（本文）
• 《即时通讯安全篇（七）：用JWT技术解决IM系统Socket长连接的身份认证痛点》
• 《即时通讯安全篇（八）：如果这样来理解HTTPS原理，一篇就够了》
• 《即时通讯安全篇（九）：你知道，HTTPS用的是对称加密还是非对称加密？》
• 《即时通讯安全篇（十）：为什么要用HTTPS？深入浅出，探密短连接的安全性》
• 《即时通讯安全篇（十一）：IM聊天系统安全手段之通信连接层加密技术》
• 《即时通讯安全篇（十二）：IM聊天系统安全手段之传输内容端到端加密技术》
• 《即时通讯安全篇（十三）：信创必学，一文读懂什么是国密算法》
• 《即时通讯安全篇（十四）：网络端口的安全防护技术实践》
• 《即时通讯安全篇（十五）：详解硬编码密码的泄漏风险及其扫描原理和工具》
• 《即时通讯安全篇（十六）：对称加密 vs 非对称加密？一文搞懂！》
  

认识非对称加密算法

与对称加密算法不同，非对称加密算法需要两个密钥：公钥（publickey）和私钥（privatekey）。公钥与私钥是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密；如果用私钥对数据进行加密，那么只有用对应的公钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。

常见的非对称加密算法

常见的非对称加密算法有：RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）等，其中支付宝使用的就是RSA算法。

RSA 算法原理

以非对称加密算法RSA为例，原理无非涉及：质因数、欧拉函数、模反元素等，当然完整的技术原理很复杂，对于应用层开发者而言如果没有必要，建议只需要知道内部是基于分解质因数和取模操作即可，并非必须要深入理论研究。

RSA算法在Android平台上的使用步骤

我们以Andriod平台为例，看看典型的非对称加密算法RSA的使用步骤：

//1，获取cipher 对象
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
//2，通过秘钥对生成器KeyPairGenerator 生成公钥和私钥
KeyPair keyPair = KeyPairGenerator.getInstance("RSA").generateKeyPair();
//使用公钥进行加密，私钥进行解密（也可以反过来使用）
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
//3,使用公钥初始化密码器
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
//4，执行加密操作
byte[] result = cipher.doFinal(content.getBytes());
//使用私钥初始化密码器
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
//执行解密操作
byte[] deResult = cipher.doFinal(result);

需要注意的地方：

//一次性加密数据的长度不能大于117 字节
private static final int ENCRYPT_BLOCK_MAX = 117;
//一次性解密的数据长度不能大于128 字节
private static final int DECRYPT_BLOCK_MAX = 128;

分批操作：

/**
* 分批操作
*
* @param content 需要处理的数据
* @param cipher 密码器（根据cipher 的不同，操作可能是加密或解密）
* @param blockSize 每次操作的块大小，单位为字节
* @return 返回处理完成后的结果
* @throws Exception
*/
 public static byte[] doFinalWithBatch(byte[] content, Cipher cipher, int blockSize) throwseption {
 int offset = 0;//操作的起始偏移位置
 int len = content.length;//数据总长度
 byte[] tmp;//临时保存操作结果
 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
 //如果剩下数据
 while (len - offset > 0) {
     if (len - offset >= blockSize) {
        //剩下数据还大于等于一个blockSize
        tmp = cipher.doFinal(content, offset, blockSize);
     }else {
         //剩下数据不足一个blockSize
         tmp = cipher.doFinal(content, offset, len - offset);
         }
     //将临时结果保存到内存缓冲区里
     baos.write(tmp);
     offset = offset + blockSize;
     }
     baos.close();
     return baos.toByteArray();
 }

非对称加密算法在实际应用中的用途

1用于身份认证

一条加密信息若能用A 的公钥能解开，则该信息一定是用A 的私钥加密的，该能确定该用户是A。

2用于陌生人通信

A 和B 两个人互不认识，A 把自己的公钥发给B，B 也把自己的公钥发给A，则双方可以通过对方的公钥加密信息通信。C 虽然也能得到A、B 的公钥，但是他解不开密文。

3用于敏感的秘钥交换场景下

A 先得到B 的公钥，然后A 生成一个随机秘钥，例如13245768，之后A 用B 的公钥加密该秘钥，得到加密后的秘钥，例如dxs#fd@dk，之后将该密文发给B，B 用自己的私钥解密得到123456，之后双方使用13245768 作为对称加密的秘钥通信。C 就算截获加密后的秘钥dxs#fd@dk，自己也解不开，这样A、B 二人能通过对称加密进行通信。

本文小结

非对称加密一般不会单独拿来使用，他并不是为了取代对称加密而出现的，非对称加密速度比对称加密慢很多，极端情况下会慢1000 倍，所以一般不会用来加密大量数据，通常我们经常会将对称加密和非对称加密两种技术联合起来使用，例如用非对称加密来给称加密里的秘钥进行加密（即秘钥交换）。

（原文链接：http://blog.csdn.net/axi295309066/article/details/52494640，有删节和改动）

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这篇接地气，通俗易懂，头一次理解了非对称加密

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@JackJiang 我想请教一个问题，RSA加密在数据比较长的情况下比较耗时，那么如果我加密这段数据的100个字节，那么剩下的字节在不解密的情况下能否解析？（如此段数据是一个1000字节长的json）

引用：Bluedaquiri 发表于 2018-06-20 14:59
@JackJiang 我想请教一个问题，RSA加密在数据比较长的情况下比较耗时，那么如果我加密这段数据的100个字节 ...

理论上可以，你可以写个demo试试

引用：JackJiang 发表于 2018-06-20 15:20
理论上可以，你可以写个demo试试

@JackJiang 感谢回复，在社区中帖子中有介绍通过服务器与客户端各自交换公钥来完成RSA加密的方式，我想把它应用到实际开发中，但是我担心RSA加密解密的耗时影响到服务器端，您有什么好的建议吗？

引用：Bluedaquiri 发表于 2018-06-20 15:34
@JackJiang 感谢回复，在社区中帖子中有介绍通过服务器与客户端各自交换公钥来完成RSA加密的方式，我想把 ...

RSA加解密肯定会影响到性能，但没什么纠结的，就看你是看重性能还是安全性了

很实用

不错不错