全面解决.Net与Java互通时的RSA加解密问题，使用PEM格式的密钥文件
作者： zyl910
一、缘由
RSA是一种常用的非对称加密算法。所以有时需要在不用编程语言中分别使用RSA的加密、解密。例如用Java做后台服务端，用C#开发桌面的客户端软件时。
由于 .Net、Java 的RSA类库存在很多细节区别，尤其是它们支持的密钥格式不同。导致容易出现“我加密的数据对方不能解密，对方加密的数据我不能解密，但是自身是可以正常加密解密”等情况。
虽然网上已经有很多文章讨论 .Net与Java互通的RSA加解密，但是存在不够全面、需要第三方dll、方案复杂 等问题。
于是我仔细研究了这一课题，得到了一些稳定可靠的代码。现在将研究成果分享给大家。
二、密钥
2.1 RSA密钥文件格式介绍
要保证 .Net与Java 两端均能正常的加解密，其中的重中之重就是确立一种密钥文件格式，使 .Net与Java 两端均能正确的加载密钥。
.Net与Java内置类库对密钥文件格式的支持情况——
.Net: 支持xml格式的密钥文件。Java: 没有直接提供对密钥文件的支持，仅提供了 PKCS#8、X.509 等编码的密钥数据的解析类。
2.1.1 技术细节——密钥文件为什么这么复杂
看到 PKCS#8、X.509，大家是否有些头晕了？
其实RSA的密钥文件不止这2种，还有许多种存储格式。可参考 蒋国纲《那些证书相关的玩意儿(SSL,X.509,PEM,DER,CRT,CER,KEY,CSR,P12等)》。
为什么RSA密钥文件这么复杂，这是因为密钥文件需存储多个数值。具体来说，RSA加解密中有5个重要的数字 p,q,n（Modulus）,e（Exponent）,d。然后公钥与私钥分别要存储不同的值——
- 公钥：需存储 n、e。
- 私钥：需存储 n、d。而对于常用的X.509等编码的私钥文件中，其不仅存储了 n、e、d、p、q，还存储了 d mod (p-1)、d mod (q-1)、(inverse of q) mod p 等用于简化、校验加密的值。
所以我们会发现私钥文件的字节数，一般比公钥文件大一些。
为了统一密钥文件格式，我们不得不编写密钥解析代码，这需要理解rsa的p、q、n、e、d 具体含义与用法。学习难度较高，需要一定时间仔细研读。
所以我便封装了一些稳定、可靠的函数来处理这些内容。使下次可以直接用这些函数，不用再次费神处理这些复杂的技术细节。
若想支持绝大多数的密钥文件格式，推荐使用 OpenSSL库。它支持 .Net与Java。
可是，该库比较庞大，项目依赖多会导致部署麻烦，不适合小型程序。所以我们还是选择一种格式比较好。
2.2 确立密钥文件格式
我挑选密钥文件格式有2个条件——
- 文本格式。这样用记事本打开密钥文件，能够方便的复制粘贴，且能作为程序中的字符串常量。使用灵活，方便测试等。
- 易于生成。不必编写、运行代码来生成，而是能够通过多种办法来生成密钥对。既可以命令行生成，又可以通过图形界面工具点击生成。
所以最终选择了 PEM（Privacy Enhanced Mail）格式的密钥文件。用记事本打开可看到文本内容，其以"-----BEGIN..."开头，以"-----END..."结尾，内容是BASE64编码。
随后对于具体的公钥、私钥的编码格式，选择了 PKCS#8 与 X.509，具体情况是——
- 公钥：X.509 pem。Java类为 X509EncodedKeySpec 。
- 私钥：PKCS#8 pem。Java类为 PKCS8EncodedKeySpec 。
2.3 生成密钥
首先，可使用代码来生成密钥对，.Net、Java的类库有完善的支持。该办法适合于自己生成、管理密钥的项目。但对于一些小型项目来说，该办法比较复杂，不太实用。
其次，可以使用 OpenSSL 等命令行工具来生成密钥。需要花点时间来学习命令行，并且需要安装相应工具，稍微有点麻烦。
其实还有第三种方法，就是用在线工具来生成密钥。因为我们用的是PEM格式的密钥，该格式简单，很多在线工具都支持。
例如 http://web.chacuo.net/netrsakeypair
用法——
- 选择“生成密钥位数”。直接使用默认的“2048位”就行，因为2048位是目前主流的密钥位数，且.Net、Java均支持该长度。
- 选择“密钥格式”。直接使用默认的“PKCS#8”就行，因为我们也是采用这种格式。
- 填写“证书密码”。一般不用填写。
- 点击“生成密钥对(RSA)”。随后下面的两个文本框分别会出现公钥与私钥，便可复制粘贴进行保存了。
2.3.1 本文范例用的密钥
公钥（public1.pem）
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAywl5THDMsLUbzYX66YGp
Mr9AaiX6NNHp4gOQMa0BDM125ZftY/YL7ZJT9TgnVegK/vVSJn2PoGTw+x0OMx86
nCXOxX7h7xRt6oVRq3ekN36kBjGm56MFbYpAaLg0LLfPQcZME1g6T8CGCGpSZR90
bwqBh56uRFKa5ptJwLCloCc9fvW4uP6M/CcaRcpRcF0f4ofV/Urvq2l4Id+XxQyr
WX1JgR9mo6dvUaaX9osjZW615t6PlyoewkUUfv5rNTh7wjIZzKLl+pD8YCheZ7aJ
PlJWaIuwSENgVEYEbXcOyCbr2HqWA7EKA5+QxSaVy5z7q5BDpEz8ky3QxRfj+EDJ
VQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
私钥（private1.pem）
-----BEGIN PRIVATE KEY-----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-----END PRIVATE KEY-----
2.4 Java加载密钥
2.4.1 PEM解包
对于解析密钥文件，第一个重要步骤就是进行PEM解包。这是因为PEM文件是以“-----BEGIN”开头、“-----END”结尾的，而实际的密钥数据是以BASE64编码的形式给放在中间的。
由于Java没有直接提供对密钥文件的支持，仅提供了 PKCS#8、X.509 等编码的密钥数据的解析类。于是需要我们自己来做PEM解包。
我观察了网上的PEM解包的源码，发现它们一般是用字符串数组存储“-----BEGIN”的各种模式，然后根据该数组查找字符串来来定位数据的。但该办法并不稳定，容易遇到问题——
- BEGIN后面的文本内容不规范。例如有写成“-----BEGIN PUBLIC KEY”开头的，有写成“-----BEGIN RSA PUBLIC KEY”开头的，还有其他各种五花八门的模式。
- BEGIN（或END）前后的减号（
-）长度不定。不同工具生成的PEM文件中，减号（-）长度是不同的。 - 有时中间会有多余的空格等空白字符。
于是我写了个状态机算法来解析PEM数据。这样便能处理各种意外，提高稳定性。
另外，该算法还增加自动判断是公钥还是私钥的功能。由于Java函数不允许返回多个值，所以用了一个Map来传递多余的返回值。
/** 用途文本. 如“BEGIN PUBLIC KEY”中的“PUBLIC KEY”. */
public final static String PURPOSE_TEXT = "PURPOSE_TEXT";
/** 用途代码. R私钥， U公钥. */
public final static String PURPOSE_CODE = "PURPOSE_CODE";
/** PEM解包.
*
* <p>从PEM密钥数据中解包得到纯密钥数据. 即去掉BEGIN/END行，并作BASE64解码. 若没有BEGIN/END, 则直接做BASE64解码.</p>
*
* @param data 源数据.
* @param otherresult 其他返回值. 支持 PURPOSE_TEXT, PURPOSE_CODE。
* @return 返回解包后的纯密钥数据.
*/
public static byte[] PemUnpack(String data, Map<String, String> otherresult) {
byte[] rt = null;
final String SIGN_BEGIN = "-BEGIN";
final String SIGN_END = "-END";
int datelen = data.length();
String purposetext = "";
String purposecode = "";
if (null!=otherresult) {
purposetext = otherresult.get(PURPOSE_TEXT);
purposecode = otherresult.get(PURPOSE_CODE);
if (null==purposetext) purposetext= "";
if (null==purposecode) purposecode= "";
}
// find begin.
int bodyPos = 0; // 主体内容开始的地方.
int beginPos = data.indexOf(SIGN_BEGIN);
if (beginPos>=0) {
// 向后查找换行符后的首个字节.
boolean isFound = false;
boolean hadNewline = false; // 已遇到过换行符号.
boolean hyphenHad = false; // 已遇到过“-”符号.
boolean hyphenDone = false; // 已成功获取了右侧“-”的范围.
int p = beginPos + SIGN_BEGIN.length();
int hyphenStart = p; // 右侧“-”的开始位置.
int hyphenEnd = hyphenStart; // 右侧“-”的结束位置. 即最后一个“-”字符的位置+1.
while(p<datelen) {
char ch = data.charAt(p);
// 查找右侧“-”的范围.
if (!hyphenDone) {
if (ch=='-') {
if (!hyphenHad) {
hyphenHad = true;
hyphenStart = p;
hyphenEnd = hyphenStart;
}
} else {
if (hyphenHad) { // 无需“&& !hyphenDone”，因为外层判断了.
hyphenDone = true;
hyphenEnd = p;
}
}
}
// 向后查找换行符后的首个字节.
if (ch=='\n' || ch=='\r') {
hadNewline = true;
} else {
if (hadNewline) {
// 找到了.
bodyPos = p;
isFound = true;
break;
}
}
// next.
++p;
}
// purposetext
if (hyphenDone && null!=otherresult) {
purposetext = data.substring(beginPos + SIGN_BEGIN.length(), hyphenStart).trim();
String purposetextUp = purposetext.toUpperCase();
if (purposetextUp.indexOf("PRIVATE")>=0) {
purposecode = "R";
} else if (purposetextUp.indexOf("PUBLIC")>=0) {
purposecode = "U";
}
otherresult.put(PURPOSE_TEXT, purposetext);
otherresult.put(PURPOSE_CODE, purposecode);
}
// bodyPos.
if (isFound) {
//OK.
} else if (hyphenDone) {
// 以右侧右侧“-”的结束位置作为主体开始.
bodyPos = hyphenEnd;
} else {
// 找不到结束位置，只能退出.
return rt;
}
}
// find end.
int bodyEnd = datelen; // 主体内容的结束位置. 即最后一个字符的位置+1.
int endPos = data.indexOf(SIGN_END, bodyPos);
if (endPos>=0) {
// 向前查找换行符前的首个字节.
boolean isFound = false;
boolean hadNewline = false;
int p = endPos-1;
while(p >= bodyPos) {
char ch = data.charAt(p);
if (ch=='\n' || ch=='\r') {
hadNewline = true;
} else {
if (hadNewline) {
// 找到了.
bodyEnd = p+1;
break;
}
}
// next.
--p;
}
if (!isFound) {
// 忽略.
}
}
// get body.
if (bodyPos>=bodyEnd) {
return rt;
}
String body = data.substring(bodyPos, bodyEnd).trim();
// Decode BASE64.
rt = Base64.decode(body.getBytes());
return rt;
}
2.4.2 加载公钥
PemUnpack解出纯密钥数据后，便可分别加载公钥与私钥了。
由于Java提供了X509EncodedKeySpec，加载公钥是比较简单的。
下面代码中的strDataKey为PEM文本内容，最后的 key 就是公钥对象。
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
byte[] bytesKey = ZlRsaUtil.PemUnpack(strDataKey, map);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA");
Key key= null;
X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePublic(spec);
2.4.3 加载私钥
由于Java提供了PKCS8EncodedKeySpec，加载私钥是比较简单的。
下面代码中的strDataKey为PEM文本内容，最后的 key就是私钥对象。
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
byte[] bytesKey = ZlRsaUtil.PemUnpack(strDataKey, map);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA");
Key key= null;
PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePrivate(spec);
2.4.4 判断密钥位数
密钥位数是一个很重要的数值，很多地方都要用到。可是Java没有简单的提供该属性，而是需要一些步骤来得到，且公钥、私钥得使用不同的类。
- 调用 KeyFactory.getKeySpec 方法，传递EncodedKeySpec（公钥为X509EncodedKeySpec，私钥为PKCS8EncodedKeySpec），获取 KeySpec（公钥为RSAPublicKeySpec，私钥为RSAPrivateKeySpec）。
- 随后调用 KeySpec对象的 getModulus 方法获取 Modulus（即n）。
- 获取 Modulus（即n）的位数，它就是密钥位数。
范例代码如下——
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA");
Key key= null;
int keysize;
// 公钥.
X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePublic(spec);
RSAPublicKeySpec keySpec = (RSAPublicKeySpec)kf.getKeySpec(key, RSAPublicKeySpec.class);
keysize = keySpec.getModulus().bitLength();
// 私钥.
PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePrivate(spec);
RSAPrivateKeySpec keySpec = (RSAPrivateKeySpec)kf.getKeySpec(key, RSAPrivateKeySpec.class);
keysize = keySpec.getModulus().bitLength();
2.4.4 小结
刚才讲解了加载密钥过程中的各个关键步骤，现在来将它们组合起来吧。演示一下完整的密钥加载过程。
参数说明——
fileKey: 密钥文件.
String strDataKey = new String(ZlRsaUtil.fileLoadBytes(fileKey));
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
byte[] bytesKey = ZlRsaUtil.PemUnpack(strDataKey, map);
String purposecode = map.get(ZlRsaUtil.PURPOSE_CODE);
//out.println(bytesKey);
// key.
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA");
Key key= null;
int keysize;
if ("R".equals(purposecode)) {
PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePrivate(spec);
RSAPrivateKeySpec keySpec = (RSAPrivateKeySpec)kf.getKeySpec(key, RSAPrivateKeySpec.class);
keysize = keySpec.getModulus().bitLength();
} else {
X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePublic(spec);
RSAPublicKeySpec keySpec = (RSAPublicKeySpec)kf.getKeySpec(key, RSAPublicKeySpec.class);
keysize = keySpec.getModulus().bitLength();
}
System.out.println(String.format("keysize: %d", keysize));
System.out.println(String.format("key.getAlgorithm: %s", key.getAlgorithm()));
System.out.println(String.format("key.getFormat: %s", key.getFormat()));
其中的 ZlRsaUtil.fileLoadBytes 是一个加载文件的函数。严格来说，是加载文件的二进制数据。因为PEM文件是纯ASCII的，故可以简单的通过 new String 的方式转为字符串。
/**
* RSA .
*/
public final static String RSA = "RSA";
/** 加载文件中的所有字节.
*
* @param filename 文件名.
* @return 返回文件内容的字节数组.
* @throws IOException IO异常.
*/
public static byte[] fileLoadBytes(String filename) throws IOException {
byte[] rt = null;
File file = new File(filename);
long fileSize = file.length();
if (fileSize > Integer.MAX_VALUE) {
throw new IOException(filename + " file too big...");
}
FileInputStream fi = new FileInputStream(filename);
try {
rt = new byte[(int) fileSize];
int offset = 0;
int numRead = 0;
while (offset < rt.length
&& (numRead = fi.read(rt, offset, rt.length - offset)) >= 0) {
offset += numRead;
}
// 确保所有数据均被读取
if (offset != rt.length) {
throw new IOException("Could not completely read file " + file.getName());
}
}finally{
try {
fi.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return rt;
}
2.5 .Net加载密钥
2.5.1 PEM解包
.Net里仅提供对Xml密钥文件的支持，所以我们得自己编写PEM的解包代码。
同样是因为网上范例代码考虑的不周全，于是我写了个状态机算法来解析PEM数据。能处理各种意外，提高了稳定性。
/// <summary>
/// PEM解包.
/// </summary>
/// <para>从PEM密钥数据中解包得到纯密钥数据. 即去掉BEGIN/END行，并作BASE64解码. 若没有BEGIN/END, 则直接做BASE64解码.</para>
/// <param name="data">源数据.</param>
/// <param name="purposetext">用途文本. 如返回“BEGIN PUBLIC KEY”中的“PUBLIC KEY”.</param>
/// <param name="purposecode">用途代码. R私钥， U公钥. 若无法识别，便保持原值.</param>
/// <returns>返回解包后的纯密钥数据.</returns>
/// <exception cref="System.ArgumentNullException">data is empty, or data body is empty.</exception>
/// <exception cref="System.FormatException">data body is not BASE64.</exception>
public static byte[] PemUnpack(String data, ref string purposetext, ref char purposecode) {
byte[] rt = null;
const string SIGN_BEGIN = "-BEGIN";
const string SIGN_END = "-END";
if (String.IsNullOrEmpty(data)) throw new ArgumentNullException("data", "data is empty!");
int datelen = data.Length;
// find begin.
int bodyPos = 0; // 主体内容开始的地方.
int beginPos = data.IndexOf(SIGN_BEGIN, StringComparison.OrdinalIgnoreCase);
if (beginPos >= 0) {
// 向后查找换行符后的首个字节.
bool isFound = false;
bool hadNewline = false; // 已遇到过换行符号.
bool hyphenHad = false; // 已遇到过“-”符号.
bool hyphenDone = false; // 已成功获取了右侧“-”的范围.
int p = beginPos + SIGN_BEGIN.Length;
int hyphenStart = p; // 右侧“-”的开始位置.
int hyphenEnd = hyphenStart; // 右侧“-”的结束位置. 即最后一个“-”字符的位置+1.
while (p < datelen) {
char ch = data[p];
// 查找右侧“-”的范围.
if (!hyphenDone) {
if (ch == '-') {
if (!hyphenHad) {
hyphenHad = true;
hyphenStart = p;
hyphenEnd = hyphenStart;
}
} else {
if (hyphenHad) { // 无需“&& !hyphenDone”，因为外层判断了.
hyphenDone = true;
hyphenEnd = p;
}
}
}
// 向后查找换行符后的首个字节.
if (ch == '\n' || ch == '\r') {
hadNewline = true;
} else {
if (hadNewline) {
// 找到了.
bodyPos = p;
isFound = true;
break;
}
}
// next.
++p;
}
// purposetext
if (hyphenDone) {
int start = beginPos + SIGN_BEGIN.Length;
purposetext = data.Substring(start, hyphenStart - start).Trim();
string purposetextUp = purposetext.ToUpperInvariant();
if (purposetextUp.IndexOf("PRIVATE") >= 0) {
purposecode = 'R';
} else if (purposetextUp.IndexOf("PUBLIC") >= 0) {
purposecode = 'U';
}
}
// bodyPos.
if (isFound) {
//OK.
} else if (hyphenDone) {
// 以右侧右侧“-”的结束位置作为主体开始.
bodyPos = hyphenEnd;
} else {
// 找不到结束位置，只能退出.
return rt;
}
}
// find end.
int bodyEnd = datelen; // 主体内容的结束位置. 即最后一个字符的位置+1.
int endPos = data.IndexOf(SIGN_END, bodyPos);
if (endPos >= 0) {
// 向前查找换行符前的首个字节.
bool isFound = false;
bool hadNewline = false;
int p = endPos - 1;
while (p >= bodyPos) {
char ch = data[p];
if (ch == '\n' || ch == '\r') {
hadNewline = true;
} else {
if (hadNewline) {
// 找到了.
bodyEnd = p + 1;
break;
}
}
// next.
--p;
}
if (!isFound) {
// 忽略.
}
}
// get body.
if (bodyPos >= bodyEnd) {
return rt;
}
string body = data.Substring(bodyPos, bodyEnd - bodyPos).Trim();
// Decode BASE64.
if (String.IsNullOrEmpty(body)) throw new ArgumentNullException("data", "data body is empty!");
rt = Convert.FromBase64String(body);
return rt;
}
2.5.2 加载公钥
由于.Net平台没有提供 X.509 的解码类，故需要自己编写。
我参考网上代码，写了一个公钥的解码函数。
/// <summary>
/// 根据PEM纯密钥数据，获取公钥的RSA加解密对象.
/// </summary>
/// <param name="pubcdata">公钥数据</param>
/// <returns>返回公钥的RSA加解密对象.</returns>
public static RSACryptoServiceProvider PemDecodePublicKey(byte[] pubcdata) {
byte[] SeqOID = { 0x2A, 0x86, 0x48, 0x86, 0xF7, 0x0D, 0x01, 0x01, 0x01 };
MemoryStream ms = new MemoryStream(pubcdata);
BinaryReader reader = new BinaryReader(ms);
if (reader.ReadByte() == 0x30)
ReadASNLength(reader); //skip the size
else
return null;
int identifierSize = 0; //total length of Object Identifier section
if (reader.ReadByte() == 0x30)
identifierSize = ReadASNLength(reader);
else
return null;
if (reader.ReadByte() == 0x06) { //is the next element an object identifier?
int oidLength = ReadASNLength(reader);
byte[] oidBytes = new byte[oidLength];
reader.Read(oidBytes, 0, oidBytes.Length);
if (!SequenceEqualByte(oidBytes, SeqOID)) //is the object identifier rsaEncryption PKCS#1?
return null;
int remainingBytes = identifierSize - 2 - oidBytes.Length;
reader.ReadBytes(remainingBytes);
}
if (reader.ReadByte() == 0x03) { //is the next element a bit string?
ReadASNLength(reader); //skip the size
reader.ReadByte(); //skip unused bits indicator
if (reader.ReadByte() == 0x30) {
ReadASNLength(reader); //skip the size
if (reader.ReadByte() == 0x02) { //is it an integer?
int modulusSize = ReadASNLength(reader);
byte[] modulus = new byte[modulusSize];
reader.Read(modulus, 0, modulus.Length);
if (modulus[0] == 0x00) {//strip off the first byte if it's 0
byte[] tempModulus = new byte[modulus.Length - 1];
Array.Copy(modulus, 1, tempModulus, 0, modulus.Length - 1);
modulus = tempModulus;
}
if (reader.ReadByte() == 0x02) { //is it an integer?
int exponentSize = ReadASNLength(reader);
byte[] exponent = new byte[exponentSize];
reader.Read(exponent, 0, exponent.Length);
RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider();
RSAParameters RSAKeyInfo = new RSAParameters();
RSAKeyInfo.Modulus = modulus;
RSAKeyInfo.Exponent = exponent;
RSA.ImportParameters(RSAKeyInfo);
return RSA;
}
}
}
}
return null;
}
/// <summary>
/// Read ASN Length.
/// </summary>
/// <param name="reader">reader</param>
/// <returns>Return ASN Length.</returns>
private static int ReadASNLength(BinaryReader reader) {
//Note: this method only reads lengths up to 4 bytes long as
//this is satisfactory for the majority of situations.
int length = reader.ReadByte();
if ((length & 0x00000080) == 0x00000080) { //is the length greater than 1 byte
int count = length & 0x0000000f;
byte[] lengthBytes = new byte[4];
reader.Read(lengthBytes, 4 - count, count);
Array.Reverse(lengthBytes); //
length = BitConverter.ToInt32(lengthBytes, 0);
}
return length;
}
/// <summary>
/// 字节数组内容是否相等.
/// </summary>
/// <param name="a">数组a</param>
/// <param name="b">数组b</param>
/// <returns>返回是否相等.</returns>
private static bool SequenceEqualByte(byte[] a, byte[] b) {
var len1 = a.Length;
var len2 = b.Length;
if (len1 != len2) {
return false;
}
for (var i = 0; i < len1; i++) {
if (a[i] != b[i])
return false;
}
return true;
}
2.5.3 加载私钥
.Net平台也没有提供 PKCS#8 的解码类，也需要自己编写。
我最初测试了很多网上的私钥解码代码，均不能正常工作。直到后来查了 OpenSSL 的源码，才找到了解决办法。发现这是因为PKCS#8的私钥数据，其实还嵌套了一层X.509编码，故得按顺序分别进行解码。
/// <summary>
/// 解码 PKCS#8 编码的私钥，获取私钥的RSA加解密对象.
/// </summary>
/// <param name="privkey">私钥数据。</param>
/// <returns>返回私钥的RSA加解密对象. 失败时返回null.</returns>
public static RSACryptoServiceProvider PemDecodePkcs8PrivateKey(byte[] pkcs8) {
// encoded OID sequence for PKCS #1 rsaEncryption szOID_RSA_RSA = "1.2.840.113549.1.1.1"
// this byte[] includes the sequence byte and terminal encoded null
byte[] SeqOID = { 0x30, 0x0D, 0x06, 0x09, 0x2A, 0x86, 0x48, 0x86, 0xF7, 0x0D, 0x01, 0x01, 0x01, 0x05, 0x00 };
byte[] seq = new byte[15];
// --------- Set up stream to read the asn.1 encoded SubjectPublicKeyInfo blob ------
MemoryStream mem = new MemoryStream(pkcs8);
int lenstream = (int)mem.Length;
BinaryReader binr = new BinaryReader(mem); //wrap Memory Stream with BinaryReader for easy reading
byte bt = 0;
ushort twobytes = 0;
try {
twobytes = binr.ReadUInt16();
if (twobytes == 0x8130) //data read as little endian order (actual data order for Sequence is 30 81)
binr.ReadByte(); //advance 1 byte
else if (twobytes == 0x8230)
binr.ReadInt16(); //advance 2 bytes
else
return null;
bt = binr.ReadByte();
if (bt != 0x02)
return null;
twobytes = binr.ReadUInt16();
if (twobytes != 0x0001)
return null;
seq = binr.ReadBytes(15); //read the Sequence OID
if (!SequenceEqualByte(seq, SeqOID)) //make sure Sequence for OID is correct
return null;
bt = binr.ReadByte();
if (bt != 0x04) //expect an Octet string
return null;
bt = binr.ReadByte(); //read next byte, or next 2 bytes is 0x81 or 0x82; otherwise bt is the byte count
if (bt == 0x81)
binr.ReadByte();
else
if (bt == 0x82)
binr.ReadUInt16();
//------ at this stage, the remaining sequence should be the RSA private key
byte[] rsaprivkey = binr.ReadBytes((int)(lenstream - mem.Position));
RSACryptoServiceProvider rsacsp = PemDecodeX509PrivateKey(rsaprivkey);
return rsacsp;
} finally { binr.Close(); }
}
/// <summary>
/// 解码 X.509 编码的私钥，获取私钥的RSA加解密对象.
/// </summary>
/// <param name="privkey">私钥数据。</param>
/// <returns>返回私钥的RSA加解密对象. 失败时返回null.</returns>
public static RSACryptoServiceProvider PemDecodeX509PrivateKey(byte[] privkey)
{
byte[] MODULUS, E, D, P, Q, DP, DQ, IQ;
// --------- Set up stream to decode the asn.1 encoded RSA private key ------
MemoryStream mem = new MemoryStream(privkey);
BinaryReader binr = new BinaryReader(mem); //wrap Memory Stream with BinaryReader for easy reading
byte bt = 0;
ushort twobytes = 0;
int elems = 0;
try
{
twobytes = binr.ReadUInt16();
if (twobytes == 0x8130) //data read as little endian order (actual data order for Sequence is 30 81)
binr.ReadByte(); //advance 1 byte
else if (twobytes == 0x8230)
binr.ReadInt16(); //advance 2 bytes
else
return null;
twobytes = binr.ReadUInt16();
if (twobytes != 0x0102) //version number
return null;
bt = binr.ReadByte();
if (bt != 0x00)
return null;
//------ all private key components are Integer sequences ----
elems = GetIntegerSize(binr);
MODULUS = binr.ReadBytes(elems);
elems = GetIntegerSize(binr);
E = binr.ReadBytes(elems);
elems = GetIntegerSize(binr);
D = binr.ReadBytes(elems);
elems = GetIntegerSize(binr);
P = binr.ReadBytes(elems);
elems = GetIntegerSize(binr);
Q = binr.ReadBytes(elems);
elems = GetIntegerSize(binr);
DP = binr.ReadBytes(elems);
elems = GetIntegerSize(binr);
DQ = binr.ReadBytes(elems);
elems = GetIntegerSize(binr);
IQ = binr.ReadBytes(elems);
// ------- create RSACryptoServiceProvider instance and initialize with public key -----
CspParameters CspParameters = new CspParameters();
CspParameters.Flags = CspProviderFlags.UseMachineKeyStore;
RSACryptoServiceProvider RSA = new RSACryptoServiceProvider(1024, CspParameters);
RSAParameters RSAparams = new RSAParameters();
RSAparams.Modulus = MODULUS;
RSAparams.Exponent = E;
RSAparams.D = D;
RSAparams.P = P;
RSAparams.Q = Q;
RSAparams.DP = DP;
RSAparams.DQ = DQ;
RSAparams.InverseQ = IQ;
RSA.ImportParameters(RSAparams);
return RSA;
}
finally
{
binr.Close();
}
}
/// <summary>
/// 取得整数大小.
/// </summary>
/// <param name="binr">BinaryReader</param>
/// <returns>返回整数大小.</returns>
private static int GetIntegerSize(BinaryReader binr)
{
byte bt = 0;
byte lowbyte = 0x00;
byte highbyte = 0x00;
int count = 0;
bt = binr.ReadByte();
if (bt != 0x02) //expect integer
return 0;
bt = binr.ReadByte();
if (bt == 0x81)
count = binr.ReadByte(); // data size in next byte
else
if (bt == 0x82)
{
highbyte = binr.ReadByte(); // data size in next 2 bytes
lowbyte = binr.ReadByte();
byte[] modint = { lowbyte, highbyte, 0x00, 0x00 };
count = BitConverter.ToInt32(modint, 0);
}
else
{
count = bt; // we already have the data size
}
while (binr.ReadByte() == 0x00)
{ //remove high order zeros in data
count -= 1;
}
binr.BaseStream.Seek(-1, SeekOrigin.Current); //last ReadByte wasn't a removed zero, so back up a byte
return count;
}
2.5.4 判断密钥位数
在 .Net中，访问 RSACryptoServiceProvider.KeySize 便可得到密钥位数，非常简单。
int keysize = rsa.KeySize;
2.5.4 小结
刚才讲解了加载密钥过程中的各个关键步骤，现在来将它们组合起来吧。演示一下完整的密钥加载过程。
参数说明——
fileKey: 密钥文件.
string strDataKey = File.ReadAllText(fileKey);
string purposetext = null;
char purposecode = '\0';
byte[] bytesKey = ZlRsaUtil.PemUnpack(strDataKey, ref purposetext, ref purposecode);
//export.WriteLine(bytesKey);
// key.
RSACryptoServiceProvider rsa;
if ('R' == purposecode) {
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodePkcs8PrivateKey(bytesKey); // try
if (null == rsa) {
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodeX509PrivateKey(bytesKey);
}
} else { // 公钥或无法判断时, 均当成公钥处理.
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodePublicKey(bytesKey);
}
if (null == rsa) {
export.WriteLine("Key decode fail!");
return;
}
export.WriteLine(string.Format("KeyExchangeAlgorithm: {0}", rsa.KeyExchangeAlgorithm));
export.WriteLine(string.Format("KeySize: {0}", rsa.KeySize));
三、加解密
3.1 确立加密模式与填充方式
虽然都是RSA算法，但是若加密模式与填充方式不同的话，会导致加密结果不匹配。所以需要确定好 .Net与Java 均支持的方式。
加密模式一般有 ECB/CBC/CFB/OFB 这四种。对于RSA来说，ECB最简单但安全性比较薄弱，而CBC等模式就很复杂且还需考虑IV（initialization vector，初始化向量）的管理。所以一般情况下可以用 ECB 模式，.Net与Java均支持它，且ECB是.Net的默认模式。
由于加密算法都是按块来处理的，故理论上只有当明文长度正好是块长度的倍数时才能进行加解密。但那样太麻烦了，故有了填充方式的概念，即在明文后面填充一些数据，使其长度正好是块的倍数。填充方式还有2个作用，一是能标记原始数据长度使解码时自动去掉末尾的填充数据，二是能提高安全性。
.Net的RSA算法默认是使用PKCS#1填充方式的，故Java中可选择 PKCS1Padding 填充方式。
现在算法已经确定了，Java中可定义这些常数。
/**
* RSA .
*/
public final static String RSA = "RSA";
/**
* 具体的 RSA 算法.
*/
public final static String RSA_ALGORITHM = "RSA/ECB/PKCS1Padding";
3.2 分段加密
对于.Net、Java自带的RSA库来说，填充方式只是解决了“明文长度小于块尺寸”的问题。而当明文长度大于块尺寸时，便会抛出异常，常见的异常信息有——
// .Net
不正确的长度
// Java
javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes
javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 245 bytes
此时便需要对数据进行分段加密。
3.2.1 块尺寸的计算
密文的块尺寸是很容易计算的，即“密钥位数/8”。即把二进制长度转为字节长度。
而明文的块尺寸的计算就稍微麻烦了一点，与填充方式有关。因目前使用了PKCS#1填充方式，该方式需占用11个字节。于是块尺寸为“密钥位数/8 - 11”。
例如密钥长度为2048位时——
- 密文的块尺寸 = 密钥位数/8 = 2048/8 = 256
- 明文的块尺寸 = 密钥位数/8 - 11 = 2048/8 - 11 = 256 - 11 = 245
即——
- 加密时：明文的块为245字节，加密后输出的密文块为256字节。
- 解密时：密文的块为256字节，解密后输出的明文块为245字节。
3.3 Java加解密
3.3.1 加密
/** RSA加密. 当数据较长时, 能自动分段加密.
*
* @param cipher 加解密服务提供者. 需是已初始化的, 即已经调了init的.
* @param keysize 密钥长度. 例如2048位的RSA，传2048 .
* @param data 欲加密的数据.
* @return 返回加密后的数据.
* @throws BadPaddingException On Cipher.doFinal
* @throws IllegalBlockSizeException On Cipher.doFinal
*/
public static byte[] encrypt(Cipher cipher, int keysize, byte[] data) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
byte[] cipherBytes = null;
int blockSize = keysize/8 - 11; // RSA加密时支持的最大字节数：证书位数/8 -11（比如：2048位的证书，支持的最大加密字节数：2048/8 - 11 = 245）.
if (data.length <= blockSize) {
// 整个加密.
cipherBytes = cipher.doFinal(data);
} else {
// 分段加密.
int inputLen = data.length;
ByteArrayOutputStream ostm = new ByteArrayOutputStream();
try {
for(int offSet = 0; inputLen - offSet > 0; ) {
int len = inputLen - offSet;
if (len>blockSize) len=blockSize;
byte[] cache = cipher.doFinal(data, offSet, len);
ostm.write(cache, 0, cache.length);
// next.
offSet += len;
}
cipherBytes = ostm.toByteArray();
}finally {
try {
ostm.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
return cipherBytes;
}
3.3.2 解密
/** RSA解密. 当数据较长时, 能自动分段解密.
*
* @param cipher 加解密服务提供者. 需是已初始化的, 即已经调了init的.
* @param keysize 密钥长度. 例如2048位的RSA，传2048 .
* @param data 欲解密的数据.
* @return 返回解密后的数据.
* @throws BadPaddingException On Cipher.doFinal
* @throws IllegalBlockSizeException On Cipher.doFinal
*/
public static byte[] decrypt(Cipher cipher, int keysize, byte[] data) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
byte[] cipherBytes = null;
int blockSize = keysize/8;
if (data.length <= blockSize) {
// 整个加密.
cipherBytes = cipher.doFinal(data);
} else {
// 分段加密.
int inputLen = data.length;
ByteArrayOutputStream ostm = new ByteArrayOutputStream();
try {
for(int offSet = 0; inputLen - offSet > 0; ) {
int len = inputLen - offSet;
if (len>blockSize) len=blockSize;
byte[] cache = cipher.doFinal(data, offSet, len);
ostm.write(cache, 0, cache.length);
// next.
offSet += len;
}
cipherBytes = ostm.toByteArray();
}finally {
try {
ostm.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
return cipherBytes;
}
3.4 .Net加解密
3.3.1 加密
/// <summary>
/// RSA加密. 当数据较长时, 能自动分段加密.
/// </summary>
/// <param name="rsa">加解密服务提供者. 需是已初始化的.</param>
/// <param name="data">欲加密的数据.</param>
/// <returns>返回加密后的数据.</returns>
/// <exception cref="System.Security.Cryptography.CryptographicException">On RSACryptoServiceProvider.Encrypt .</exception>
public static byte[] Encrypt(RSACryptoServiceProvider rsa, byte[] data) {
byte[] cipherBytes = null;
int keysize = rsa.KeySize;
int blockSize = keysize / 8 - 11; // RSA加密时支持的最大字节数：证书位数/8 -11（比如：2048位的证书，支持的最大加密字节数：2048/8 - 11 = 245）.
if (data.Length <= blockSize) {
// 整个加密.
cipherBytes = rsa.Encrypt(data, false);
} else {
// 分段加密.
int inputLen = data.Length;
using (MemoryStream ostm = new MemoryStream()) {
for (int offSet = 0; inputLen - offSet > 0; ) {
int len = inputLen - offSet;
if (len > blockSize) len = blockSize;
byte[] tmp = new byte[len];
Array.Copy(data, offSet, tmp, 0, len);
byte[] cache = rsa.Encrypt(tmp, false);
ostm.Write(cache, 0, cache.Length);
// next.
offSet += len;
}
ostm.Position = 0;
cipherBytes = ostm.ToArray();
}
}
return cipherBytes;
}
3.3.2 解密
/// <summary>
/// RSA解密. 当数据较长时, 能自动分段解密.
/// </summary>
/// <param name="rsa">加解密服务提供者. 需是已初始化的.</param>
/// <param name="data">欲解密的数据.</param>
/// <returns>返回解密后的数据.</returns>
/// <exception cref="System.Security.Cryptography.CryptographicException">On RSACryptoServiceProvider.Encrypt .</exception>
public static byte[] Decrypt(RSACryptoServiceProvider rsa, byte[] data) {
byte[] cipherBytes = null;
int keysize = rsa.KeySize;
int blockSize = keysize / 8;
if (data.Length <= blockSize) {
// 整个解密.
cipherBytes = rsa.Decrypt(data, false);
} else {
// 分段解密.
int inputLen = data.Length;
using (MemoryStream ostm = new MemoryStream()) {
for (int offSet = 0; inputLen - offSet > 0; ) {
int len = inputLen - offSet;
if (len > blockSize) len = blockSize;
byte[] tmp = new byte[len];
Array.Copy(data, offSet, tmp, 0, len);
byte[] cache = rsa.Decrypt(tmp, false);
ostm.Write(cache, 0, cache.Length);
// next.
offSet += len;
}
ostm.Position = 0;
cipherBytes = ostm.ToArray();
}
}
return cipherBytes;
}
四、测试验证
4.1 编程测试
为了验证.Net、Java的加解密代码是否吻合，最好是写一个测试程序进行验证。然后便可分别测试——
- Java 端加密生成密文文件，随后 Java 端读取密文文件做解密。
- .Net 端加密生成密文文件，随后 .Net 端读取密文文件做解密。
- Java 端加密生成密文文件，随后 .Net 端读取密文文件做解密。
- .Net 端加密生成密文文件，随后 Java 端读取密文文件做解密。
这4种测试都通过后，便表示加解密没问题。可稳定的运行在.Net、Java通讯的场景下。
4.1.1 命令行设计
为了方便多次重复测试，于是将该程序设计为命令行程序。这样便能灵活的做各种测试。
该程序命名为 rsapemdemo。用法为 rsapemdemo [options] srcfile。
命令的范例——
# 使用公钥进行加密
rsapemdemo -e -l publickey.pem -o dstfile srcfile
# 使用私钥进行解密
rsapemdemo -d -l privatekey.pem -o dstfile srcfile
参数说明——
-e：RSA加密，并进行BASE64编码。因加密后得到的二进制数据不易查看、复制，故再做了一次BASE64编码。
-d：BASE64解码，并进行RSA解密。
-l [keyfile]：加载密钥文件。
-o [outfile]：指定输出文件。
srcfile：源文件名。
实际测试时所使用的命令行——
rsapemdemo -e -l "E:\rsapemdemo\data\public1.pem" -o "E:\rsapemdemo\data\src1_pub.log" "E:\rsapemdemo\data\src1.txt"
rsapemdemo -e -l "E:\rsapemdemo\data\private1.pem" -o "E:\rsapemdemo\data\src1_pri.log" "E:\rsapemdemo\data\src1.txt"
rsapemdemo -d -l "E:\rsapemdemo\data\public1.pem" -o "E:\rsapemdemo\data\src1_pri_d.log" "E:\rsapemdemo\data\src1_pri.log"
rsapemdemo -d -l "E:\rsapemdemo\data\private1.pem" -o "E:\rsapemdemo\data\src1_pub_d.log" "E:\rsapemdemo\data\src1_pub.log"
4.1.2 Java的测试办法
在Eclipse中打开项目。
双击打开含有main函数的文件（RsaPemDemo.java），然后在源码区域右击鼠标，在弹出菜单中选择“Debug As -> Debug Configurations”。
“Debug Configurations”对话框打开后，切换到“Arguments”页，在“Program arguments”文本框中输入命令行参数（不用输入程序名，只需输入后面的参数）。
随后便可点击“Debug”按钮进行调试了。
4.1.3 .Net的测试办法
在VS中打开项目。
点击菜单栏的“项目->属性”。
属性对话框打开后，切换到“调试”页，在“命令行参数”文本框中输入命令行参数（不用输入程序名，只需输入后面的参数）。
随后便可按F5调试了。
测试后发现——
- .NET 的RSA，仅支持公钥加密、私钥解密。若用私钥加密，则仍是返回公钥加密结果。若用公钥解密，会出现
System.Security.Cryptography.CryptographicException: 不正确的项。异常.
4.2 在线测试
除了自己编码测试外，还可以使用RSA在线工具进行对比测试。检测我们测试程序所生成的密文，是否能被在线工具解密，或者让在线工具生成密文由我们程序进行解密。
例如可利用这个网站进行测试——
# 在线RSA公钥加密解密、RSA public key encryption and decryption
http://tool.chacuo.net/cryptrsapubkey
# 在线RSA私钥加密解密、RSA private key encryption and decryption
http://tool.chacuo.net/cryptrsaprikey
附录、测试程序的主体源码
附录.1 Java版
package rsapemdemo;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintStream;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.RSAPrivateKeySpec;
import java.security.spec.RSAPublicKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
/** Java/.NET RSA demo, use pem key file (Java/.NET的RSA加解密演示项目，使用pem格式的密钥文件).
*
* @author zyl910
* @since 2017-10-27
*
*/
public class RsaPemDemo {
/** 帮助文本. */
private static final String helpText = "Usage: rsapemdemo [options] srcfile\n\nFor example:\n\n # encode by public key\n rsapemdemo -e -l publickey.pem -o dstfile srcfile\n\n # decode by private key\n rsapemdemo -d -l privatekey.pem -o dstfile srcfile\n\nThe options:\n\n -e RSA encryption and BASE64 encode.\n -d BASE64 decode and RSA decryption.\n -l [keyfile] Load key file.\n -o [outfile] out file.\n";
/** 是否为空.
*
* @param str 字符串.
* @return 如果字符串为null或空串，则返回true，否则返回false.
*/
private static boolean isEmpty(String str) {
return null==str || str.length()<=0;
}
/** 运行.
*
* @param export 文本打印流.
* @param args 参数.
* @return 程序退出码.
*/
public void run(PrintStream export, String[] args) {
boolean showhelp = true;
// args
String state = null; // 状态.
boolean isEncode = false;
boolean isDecode = false;
String fileKey = null;
String fileOut = null;
String fileSrc = null;
int keysize = 0; // RSA密钥位数. 0表示自动获取.
for(String s: args) {
if ("-e".equalsIgnoreCase(s)) {
isEncode = true;
} else if ("-d".equalsIgnoreCase(s)) {
isDecode = true;
} else if ("-l".equalsIgnoreCase(s)) {
state = "l";
} else if ("-o".equalsIgnoreCase(s)) {
state = "o";
} else {
if ("l".equalsIgnoreCase(state)) {
fileKey = s;
state = null;
} else if ("o".equalsIgnoreCase(state)) {
fileOut = s;
state = null;
} else {
fileSrc = s;
}
}
}
try{
if (isEmpty(fileKey)) {
export.println("No key file! Command need add `-l [keyfile]`.");
} else if (isEmpty(fileOut)) {
export.println("No out file! Command need add `-o [outfile]`.");
} else if (isEmpty(fileSrc)) {
export.println("No src file! Command need add `[srcfile]`.");
} else if (isEncode!=false && isDecode!=false) {
export.println("No set Encode/Encode! Command need add `-e`/`-d`.");
} else if (isEncode) {
showhelp = false;
doEncode(export, keysize, fileKey, fileOut, fileSrc, null);
} else if (isDecode) {
showhelp = false;
doDecode(export, keysize, fileKey, fileOut, fileSrc, null);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace(export);
}
// do.
if (showhelp) {
export.println(helpText);
}
}
/** 进行加密.
*
* @param export 文本打印流.
* @param keysize 密钥位数. 为0表示自动获取.
* @param fileKey 密钥文件.
* @param fileOut 输出文件.
* @param fileSrc 源文件.
* @param exargs 扩展参数.
* @throws IOException
* @throws NoSuchPaddingException
* @throws NoSuchAlgorithmException
* @throws InvalidKeySpecException
* @throws InvalidKeyException
* @throws BadPaddingException
* @throws IllegalBlockSizeException
*/
private void doEncode(PrintStream export, int keysize, String fileKey, String fileOut,
String fileSrc, Map<String, ?> exargs) throws IOException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeySpecException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {
byte[] bytesSrc = ZlRsaUtil.fileLoadBytes(fileSrc);
String strDataKey = new String(ZlRsaUtil.fileLoadBytes(fileKey));
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
byte[] bytesKey = ZlRsaUtil.PemUnpack(strDataKey, map);
String purposecode = map.get(ZlRsaUtil.PURPOSE_CODE);
//out.println(bytesKey);
// key.
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(ZlRsaUtil.RSA);
Key key= null;
//boolean isPrivate = false;
if ("R".equals(purposecode)) {
//isPrivate = true;
PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePrivate(spec);
RSAPrivateKeySpec keySpec = (RSAPrivateKeySpec)kf.getKeySpec(key, RSAPrivateKeySpec.class);
keysize = keySpec.getModulus().bitLength();
} else {
X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePublic(spec);
RSAPublicKeySpec keySpec = (RSAPublicKeySpec)kf.getKeySpec(key, RSAPublicKeySpec.class);
keysize = keySpec.getModulus().bitLength();
}
export.println(String.format("keysize: %d", keysize));
export.println(String.format("key.getAlgorithm: %s", key.getAlgorithm()));
export.println(String.format("key.getFormat: %s", key.getFormat()));
// encrypt.
Cipher cipher = Cipher.getInstance(ZlRsaUtil.RSA_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
byte[] cipherBytes = ZlRsaUtil.encrypt(cipher, keysize, bytesSrc);
byte[] cipherBase64 = Base64.encode(cipherBytes);
ZlRsaUtil.fileSaveBytes(fileOut, cipherBase64, 0, cipherBase64.length);
export.println(String.format("%s save done.", fileOut));
}
/** 进行解密.
*
* @param export 文本打印流.
* @param keysize 密钥位数. 为0表示自动获取.
* @param fileKey 密钥文件.
* @param fileOut 输出文件.
* @param fileSrc 源文件.
* @param exargs 扩展参数.
* @throws IOException
* @throws NoSuchAlgorithmException
* @throws InvalidKeySpecException
* @throws NoSuchPaddingException
* @throws InvalidKeyException
* @throws BadPaddingException
* @throws IllegalBlockSizeException
*/
private void doDecode(PrintStream export, int keysize, String fileKey, String fileOut,
String fileSrc, Object exargs) throws IOException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {
byte[] bytesB64Src = ZlRsaUtil.fileLoadBytes(fileSrc);
byte[] bytesSrc = Base64.decode(bytesB64Src);
if (null==bytesSrc || bytesSrc.length<=0) {
export.println(String.format("Error: %s is not BASE64!", fileSrc));
return;
}
String strDataKey = new String(ZlRsaUtil.fileLoadBytes(fileKey));
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
byte[] bytesKey = ZlRsaUtil.PemUnpack(strDataKey, map);
String purposecode = map.get(ZlRsaUtil.PURPOSE_CODE);
//out.println(bytesKey);
// key.
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(ZlRsaUtil.RSA);
Key key= null;
//boolean isPrivate = false;
if ("R".equals(purposecode)) {
//isPrivate = true;
PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePrivate(spec);
RSAPrivateKeySpec keySpec = (RSAPrivateKeySpec)kf.getKeySpec(key, RSAPrivateKeySpec.class);
keysize = keySpec.getModulus().bitLength();
} else { // 公钥或无法判断时, 均当成公钥处理.
X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(bytesKey);
key = kf.generatePublic(spec);
RSAPublicKeySpec keySpec = (RSAPublicKeySpec)kf.getKeySpec(key, RSAPublicKeySpec.class);
keysize = keySpec.getModulus().bitLength();
}
export.println(String.format("key.getAlgorithm: %s", key.getAlgorithm()));
export.println(String.format("key.getFormat: %s", key.getFormat()));
// decrypt.
Cipher cipher = Cipher.getInstance(ZlRsaUtil.RSA_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
byte[] cipherBytes = ZlRsaUtil.decrypt(cipher, keysize, bytesSrc);
ZlRsaUtil.fileSaveBytes(fileOut, cipherBytes, 0, cipherBytes.length);
export.println(String.format("%s save done.", fileOut));
}
public static void main(String[] args) {
RsaPemDemo demo = new RsaPemDemo();
demo.run(System.out, args);
}
}
附录.2 .Net版
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Text;
using System.Collections;
using System.Security.Cryptography.X509Certificates;
using System.Security.Cryptography;
namespace RsaPemDemo {
/// <summary>
/// Java/.NET RSA demo, use pem key file (Java/.NET的RSA加解密演示项目，使用pem格式的密钥文件).
/// </summary>
class Program {
/// <summary>
/// 帮助文本.
/// </summary>
private const string helpText = "Usage: RsaPemDemo [options] srcfile\n\nFor example:\n\n # encode by public key\n rsapemdemo -e -l publickey.pem -o dstfile srcfile\n\n # decode by private key\n rsapemdemo -d -l privatekey.pem -o dstfile srcfile\n\nThe options:\n\n -e RSA encryption and BASE64 encode.\n -d BASE64 decode and RSA decryption.\n -l [keyfile] Load key file.\n -o [outfile] out file.\n";
/// <summary>
/// 运行.
/// </summary>
/// <param name="export">文本打印流.</param>
/// <param name="args">参数.</param>
public void run(TextWriter export, string[] args) {
bool showhelp = true;
// args
string state = null; // 状态.
bool isEncode = false;
bool isDecode = false;
string fileKey = null;
string fileOut = null;
string fileSrc = null;
int keysize = 0; // RSA密钥位数. 0表示自动获取.
foreach(string s in args) {
if ("-e".Equals(s, StringComparison.OrdinalIgnoreCase)) {
isEncode = true;
} else if ("-d".Equals(s, StringComparison.OrdinalIgnoreCase)) {
isDecode = true;
} else if ("-l".Equals(s, StringComparison.OrdinalIgnoreCase)) {
state = "l";
} else if ("-o".Equals(s, StringComparison.OrdinalIgnoreCase)) {
state = "o";
} else {
if ("l".Equals(state, StringComparison.OrdinalIgnoreCase)) {
fileKey = s;
state = null;
} else if ("o".Equals(state, StringComparison.OrdinalIgnoreCase)) {
fileOut = s;
state = null;
} else {
fileSrc = s;
}
}
}
try{
if (string.IsNullOrEmpty(fileKey)) {
export.WriteLine("No key file! Command need add `-l [keyfile]`.");
} else if (string.IsNullOrEmpty(fileOut)) {
export.WriteLine("No out file! Command need add `-o [outfile]`.");
} else if (string.IsNullOrEmpty(fileSrc)) {
export.WriteLine("No src file! Command need add `[srcfile]`.");
} else if (isEncode!=false && isDecode!=false) {
export.WriteLine("No set Encode/Encode! Command need add `-e`/`-d`.");
} else if (isEncode) {
showhelp = false;
doEncode(export, keysize, fileKey, fileOut, fileSrc, null);
} else if (isDecode) {
showhelp = false;
doDecode(export, keysize, fileKey, fileOut, fileSrc, null);
}
} catch (Exception ex) {
export.WriteLine(ex.ToString());
}
// do.
if (showhelp) {
export.WriteLine(helpText);
}
}
/// <summary>
/// 进行加密.
/// </summary>
/// <param name="export">文本打印流.</param>
/// <param name="keysize">密钥位数. 为0表示自动获取.</param>
/// <param name="fileKey">密钥文件.</param>
/// <param name="fileOut">输出文件.</param>
/// <param name="fileSrc">源文件.</param>
/// <param name="exargs">扩展参数.</param>
private void doEncode(TextWriter export, int keysize, string fileKey, string fileOut,
string fileSrc, IDictionary exargs) {
byte[] bytesSrc = File.ReadAllBytes(fileSrc);
string strDataKey = File.ReadAllText(fileKey);
string purposetext = null;
char purposecode = '\0';
byte[] bytesKey = ZlRsaUtil.PemUnpack(strDataKey, ref purposetext, ref purposecode);
//export.WriteLine(bytesKey);
// key.
RSACryptoServiceProvider rsa;
if ('R' == purposecode) {
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodePkcs8PrivateKey(bytesKey); // try
if (null == rsa) {
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodeX509PrivateKey(bytesKey);
}
} else { // 公钥或无法判断时, 均当成公钥处理.
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodePublicKey(bytesKey);
}
if (null == rsa) {
export.WriteLine("Key decode fail!");
return;
}
export.WriteLine(string.Format("KeyExchangeAlgorithm: {0}", rsa.KeyExchangeAlgorithm));
export.WriteLine(string.Format("KeySize: {0}", rsa.KeySize));
// encrypt.
byte[] cipherBytes = ZlRsaUtil.Encrypt(rsa, bytesSrc);
string cipherBase64 = Convert.ToBase64String(cipherBytes);
File.WriteAllText(fileOut, cipherBase64);
export.WriteLine(string.Format("{0} save done.", fileOut));
}
/// <summary>
/// 进行解密.
/// </summary>
/// <param name="export">文本打印流.</param>
/// <param name="keysize">密钥位数. 为0表示自动获取.</param>
/// <param name="fileKey">密钥文件.</param>
/// <param name="fileOut">输出文件.</param>
/// <param name="fileSrc">源文件.</param>
/// <param name="exargs">扩展参数.</param>
private void doDecode(TextWriter export, int keysize, string fileKey, string fileOut,
string fileSrc, IDictionary exargs) {
String bytesSrcB64Src = File.ReadAllText(fileSrc);
byte[] bytesSrc = Convert.FromBase64String(bytesSrcB64Src);
string strDataKey = File.ReadAllText(fileKey);
string purposetext = null;
char purposecode = '\0';
byte[] bytesKey = ZlRsaUtil.PemUnpack(strDataKey, ref purposetext, ref purposecode);
//export.WriteLine(bytesKey);
// key.
RSACryptoServiceProvider rsa;
if ('R' == purposecode) {
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodePkcs8PrivateKey(bytesKey); // try
if (null == rsa) {
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodeX509PrivateKey(bytesKey);
}
} else { // 公钥或无法判断时, 均当成公钥处理.
rsa = ZlRsaUtil.PemDecodePublicKey(bytesKey);
}
if (null == rsa) {
export.WriteLine("Key decode fail!");
return;
}
export.WriteLine(string.Format("KeyExchangeAlgorithm: {0}", rsa.KeyExchangeAlgorithm));
export.WriteLine(string.Format("KeySize: {0}", rsa.KeySize));
// encryption.
byte[] cipherBytes = ZlRsaUtil.Decrypt(rsa, bytesSrc);
File.WriteAllBytes(fileOut, cipherBytes);
export.WriteLine(string.Format("{0} save done.", fileOut));
}
static void Main(string[] args) {
Program demo = new Program();
demo.run(Console.Out, args);
}
}
}
源码地址:
https://github.com/zyl910/rsapemdemo
参考文献
- 《RSA (cryptosystem)》: https://en.wikipedia.org/wiki/RSA_(cryptosystem)
- Michel I. Gallant Ph.D.《RSA Public, Private, and PKCS #8 key parser》（OpenSSLKey.cs）. http://www.jensign.com/opensslkey/
- 《PKCS#1：RSA加密》. http://man.chinaunix.net/develop/rfc/RFC2313.txt
- 《在线生成生成RSA密钥对》. http://web.chacuo.net/netrsakeypair
- 蒋国纲《那些证书相关的玩意儿(SSL,X.509,PEM,DER,CRT,CER,KEY,CSR,P12等)》. http://www.cnblogs.com/guogangj/p/4118605.html
- 阮一峰《RSA算法原理（二）》. http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/07/rsa_algorithm_part_two.html
- 任家《OPENSSL中RSA私钥文件（PEM格式）解析【一】》. http://blog.sina.com.cn/s/blog_4fcd1ea30100yh4s.html
- 写代码的二妹《PHP，C# 和JAVARSA签名及验签》. http://www.cnblogs.com/frankyou/p/5993756.html
- FrankYou《C# RSA 分段加解密》. http://www.cnblogs.com/frankyou/p/5993756.html
- FrankYou《Java RSA 分段加解密》. http://www.cnblogs.com/frankyou/p/5993685.html
- sahusoft《分组对称加密模式:ECB/CBC/CFB/OFB缺CTR》. http://blog.csdn.net/sahusoft/article/details/6867848
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