9.3.2　实现

Java 6不仅提供了RSA加密算法相关实现，同时也提供了RSA数字签名算法实现。

RSA数字签名算法的密钥实现与RSA加密算法一致，算法名称同为“RSA”，密钥产生与转换完全一致，读者朋友可阅读第8章相关内容。

R S A数字签名算法主要可以分为M D系列和S H A系列两大类。M D系列主要包括MD2withRSA和MD5withRSA共2种数字签名算法；SHA系列主要包括SHA1withRSA、SHA224withRSA、SHA256withRSA、SHA384withRSA和SHA512withRSA共5种数字签名算法。其中，SHA224withRSA、SHA256withRSA、SHA384withRSA和SHA512withRSA这4种数字签名算法需要由第三方加密组件包提供，例如Bouncy Castle。Java 6则只提供了MD2withRSA、MD5withRSA和SHA1withRSA共3种数字签名算法。

有关RSA数字签名算法的Java 6实现与Bouncy Castle实现细节如表9-1所示。

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经作者反复测试，RSA数字签名算法的签名值与密钥长度相同。

我们只需要注意签名和验证两个方法的实现，如代码清单9-1和9-2所示。相关Java API内容请阅读第3章。

代码清单9-1　RSA数字签名算法—签名

//实例化Signature

Signature signature=Signature.getInstance（"MD5withRSA"）；

//初始化Signature

signature.initSign（privateKey）；

//更新

signature.update（data）；

//签名

byte[]sign=signature.sign（）；

注意：上述代码清单中使用到的变量privateKey是私钥对象，data则是待签名数据，sign就是我们需要的签名。

代码清单9-2　RSA数字签名算法—验证

//实例化Signature

Signature signature=Signature.getInstance（"MD5withRSA"）；

//初始化Signature

signature.initVerify（publicKey）；

//更新

signature.update（data）；

//验证

boolean status=signature.verify（sign）；

注意上述代码，验证签名时使用到的变量publicKey是公钥对象，data则是待验证数据，sign就是我们之前得到的签名。

数字签名与验证实现如上述代码清单9-1和9-2所示，较为简单。

需要注意的是，RSA密钥长度默认1024位，密钥长度必须是64的倍数，范围在512～65536位之间。

我们以RSA数字签名算法MD5withRSA为例，展示完整的数字签名算法实现，如代码清单9-3所示。

代码清单9-3　RSA数字签名算法实现

import java.security.Key；

import java.security.KeyFactory；

import java.security.KeyPair；

import java.security.KeyPairGenerator；

import java.security.PrivateKey；

import java.security.PublicKey；

import java.security.Signature；

import java.security.interfaces.RSAPrivateKey；

import java.security.interfaces.RSAPublicKey；

import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec；

import java.security.spec.X509EncodedKeySpec；

import java.util.HashMap；

import java.util.Map；

/**

*RSA签名算法组件

*@author梁栋

*@version 1.0

*/

public abstract class RSACoder{

/**

*数字签名

*密钥算法

*/

public static final String KEY_ALGORITHM="RSA"；

/**

*数字签名

*签名/验证算法

*/

public static final String SIGNATURE_ALGORITHM="MD5withRSA"；

//公钥

private static final String PUBLIC_KEY="RSAPublicKey"；

//私钥

private static final String PRIVATE_KEY="RSAPrivateKey"；

/**

*RSA密钥长度默认1024位，

*密钥长度必须是64的倍数，

*范围在512～65536位之间。

*/

private static final int KEY_SIZE=512；

/**

*签名

*@param data待签名数据

*@param privateKey私钥

*@return byte[]数字签名

*@throws Exception

*/

public static byte[]sign（byte[]data, byte[]privateKey）throws Exception{

//转换私钥材料

PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec（privateKey）；

//实例化密钥工厂

KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//取私钥匙对象

PrivateKey priKey=keyFactory.generatePrivate（pkcs8KeySpec）；

//实例化Signature

Signature signature=Signature.getInstance（SIGNATURE_ALGORITHM）；

//初始化Signature

signature.initSign（priKey）；

//更新

signature.update（data）；

//签名

return signature.sign（）；

}

/**

*校验

*@param data待校验数据

*@param publicKey公钥

*@param sign数字签名

*@return boolean校验成功返回true失败返回false

*@throws Exception

*/

public static boolean verify（byte[]data, byte[]publicKey, byte[]sign）throws

Exception{

//转换公钥材料

X509EncodedKeySpec keySpec=new X509EncodedKeySpec（publicKey）；

//实例化密钥工厂

KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//生成公钥

PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic（keySpec）；

//实例化Signature

Signature signature=Signature.getInstance（SIGNATURE_ALGORITHM）；

//初始化Signature

signature.initVerify（pubKey）；

//更新

signature.update（data）；

//验证

return signature.verify（sign）；

}

/**

*取得私钥

*@param keyMap密钥Map

*@return byte[]私钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]getPrivateKey（Map＜String, Object＞keyMap）throws Exception{

Key key=（Key）keyMap.get（PRIVATE_KEY）；

return key.getEncoded（）；

}

/**

*取得公钥

*@param keyMap密钥Map

*@return byte[]公钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]getPublicKey（Map＜String, Object＞keyMap）throws Exception{

Key key=（Key）keyMap.get（PUBLIC_KEY）；

return key.getEncoded（）；

}

/**

*初始化密钥

*@return Map密钥Map

*@throws Exception

*/

public static Map＜String, Object＞initKey（）throws Exception{

//实例化密钥对生成器

KeyPairGenerator keyPairGen=KeyPairGenerator.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//初始化密钥对生成器

keyPairGen.initialize（KEY_SIZE）；

//生成密钥对

KeyPair keyPair=keyPairGen.generateKeyPair（）；

//公钥

RSAPublicKey publicKey=（RSAPublicKey）keyPair.getPublic（）；

//私钥

RSAPrivateKey privateKey=（RSAPrivateKey）keyPair.getPrivate（）；

//封装密钥

Map＜String, Object＞keyMap=new HashMap＜String, Object＞（2）；

keyMap.put（PUBLIC_KEY, publicKey）；

keyMap.put（PRIVATE_KEY, privateKey）；

return keyMap；

}

}

在这里，我们用十六进制字符串形式来表示数字签名，密钥仍以Base64编码表示，上述代码对应的测试用例如代码清单9-4所示。

代码清单9-4　RSA数字签名算法实现测试用例

import static org.junit.Assert.*；

import org.apache.commons.codec.binary.Base64；

import org.apache.commons.codec.binary.Hex；

import org.junit.Before；

import org.junit.Test；

import java.util.Map；

/**

*RSA数字签名校验

*@author梁栋

*@version 1.0

*/

public class RSACoderTest{

//公钥

private byte[]publicKey；

//私钥

private byte[]privateKey；

/**

*初始化密钥

*@throws Exception

*/

@Before

public void initKey（）throws Exception{

Map＜String, Object＞keyMap=RSACoder.initKey（）；

publicKey=RSACoder.getPublicKey（keyMap）；

privateKey=RSACoder.getPrivateKey（keyMap）；

System.err.println（"公钥：\n"+Base64.encodeBase64String（publicKey））；

System.err.println（"私钥：\n"+Base64.encodeBase64String（privateKey））；

}

/**

*校验

*@throws Exception

*/

@Test

public void testSign（）throws Exception{

String inputStr="RSA数字签名"；

byte[]data=inputStr.getBytes（）；

//产生签名

byte[]sign=RSACoder.sign（data, privateKey）；

System.err.println（"签名：\n"+Hex.encodeHexString（sign））；

//验证签名

boolean status=RSACoder.verify（data, publicKey, sign）；

System.err.println（"状态：\n"+status）；

//验证

assertTrue（status）；

}

}

控制台中得到的密钥信息如下所示：

公钥：

FwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAKW1jHvKUUwN3zXAtooVJMRn57viQ

PspDgnluB7Madjdn++vb5MfyNSc4gIMBKT7t+5H1hPEhHSoDCIDWYHuoFUCAwEAAQ==

私钥：

MIIBUwIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAT0wggE5AgEAAkEApbWMe8pRTA3fNcC2i

hUkxGfnu+JA+ykOCeW4Hsxp2N2f769vkx/I1JziAgwEpPu37kfWE8SEdKgMIgNZge6gVQIDAQA

BAkAc4/QkOPfHjLuXwYuRs3H/lCYAyceOgm/iJdzd8cGaf3DO1r65fikzMJtchsUfXCkqUHawDhOezb6BRc

AoWVzZAiEA6qcVL/V43ugHDcw5UViI0/7o0hCe/FoOTc7OxMZUi/8CIQC0yNBvBQJPkWatJ7/uzbJ2z9VKt

gLmlrGkiVSLGK7jqwIgUkWWtiP45x6vKnVKO20xPDMJ6m0NcSkaDsnN0UxAZH0CIAUUx9b2+xOlcI9ZWK

mrmmKAgOwypW45uhB306p9LR01AiABytSbhV3FsoR+Ypc8H7vMLhvqhHM1gt2GoGlFCdbcpA==

毋庸置疑，对于RSA算法密钥，公钥通常要比私钥短。

注意控制台输出的签名及验证结果，如下所示：

签名：

6246e5efec4aa3dd054f846695ac6549e4a90c4e3625a11127d836ce5667

1fb32f100f7c8a662a3853ff2e7a1d25c49dd85e67fc240c7fab2cd0ddc422acf55a

状态：

true

这个签名串是一个128位的十六进制串，也就是512位的二进制串。在上述测试用例中，我们定义的密钥长度是512位，与签名长度相符。