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沉淀

rsa加解密的内容超长的问题解决(转)

文章转自rsa加解密的内容超长的问题解决

一. 现象:

     有一段老代码用来加密的,但是在使用key A的时候,抛出了异常:javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes。老代码已经做了分段的加密,应该是已经考虑了加密长度的问题才对。换了另一个线上代码中的key B,正常加密没有异常。
二. 解决:
     老代码如下:
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private static String encryptByPublicKey(String plainText, String publicKey) throws Exception {
  int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 128;
  byte[] data = plainText.getBytes("utf-8");
  Key e = RSASignature.getPublicKey(publicKey);
  // 对数据加密
  Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
  cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, e);
  int inputLen = data.length;
  ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
  int offSet = 0;
  byte[] cache;
  int i = 0;
  // 对数据分段加密
  while (inputLen - offSet > 0) {
    if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
      cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
    } else {
      cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
    }
    out.write(cache, 0, cache.length);
    i++;
    offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
  }
  byte[] encryptedData = out.toByteArray();
  out.close();
  return Base64.encodeBase64String(encryptedData);
将MAX_ENCRYPT_BLOCK值换为64就解决了问题。按报错提示的改为117也可以,不过为了凑整,选择了64。

 
三. 原因:
     实际使用RSA加解密算法通常有两种不同的方式,一种是使用对称密钥(比如AES/DES等加解密方法)加密数据,然后使用非对称密钥(RSA加解密密钥)加密对称密钥;另一种是直接使用非对称密钥加密数据。第一种方式安全性高,复杂度也高,不存在加密数据长度限制问题,第二种方式安全性差一些,复杂度低,但是存在加密数据限制问题(即使用非对称密钥加密数据时,一次加密的数据长度是(密钥长度/8-11))。
     目前双方约定的方式为第二种方式,而对应于本次抛错的密钥,key长度为1024位,1024/8 – 11 = 117,所以一次加密内容不能超过117bytes。另一个密钥没有问题,因为key的长度为2048位,2048/8 – 11 = 245,一次加密内容不能超过245bytes。而分段加密代码中用128为单位分段,从而使得一个密钥报错,另一个不报错。
四.扩展:
  1. 为什么一次加密的数据长度为 (密钥长度/8-11) ?
    网上有说明文长度小于等于密钥长度(Bytes)-11,这说法本身不太准确,会给人感觉RSA 1024只能加密117字节长度明文。实际上,RSA算法本身要求加密内容也就是明文长度m必须0<m<n,也就是说内容这个大整数不能超过n,否则就出错。那么如果m=0是什么结果?普遍RSA加密器会直接返回全0结果。如果m>n,由于me ≡ c (mod n),c为密文,m为明文,e和n组成公钥,显然当m>n时,m与m-n得出的密文一样,无法解密,运算就会出错。
    所以,RSA 1024实际可加密的明文长度最大也是1024bits,但问题就来了:

    如果小于这个长度怎么办?就需要进行padding,因为如果没有padding,用户无法确分解密后内容的真实长度,字符串之类的内容问题还不大,以0作为结束符,但对二进制数据就很难理解,因为不确定后面的0是内容还是内容结束符。

    只要用到padding,那么就要占用实际的明文长度,于是才有117字节的说法。我们一般使用的padding标准有NoPPadding、OAEPPadding、PKCS1Padding等,其中PKCS#1建议的padding就占用了11个字节。

    如果大于这个长度怎么办?很多算法的padding往往是在后边的,但PKCS的padding则是在前面的,此为有意设计,有意的把第一个字节置0以确保m的值小于n。

    这样,128字节(1024bits)-减去11字节正好是117字节,但对于RSA加密来讲,padding也是参与加密的,所以,依然按照1024bits去理解,但实际的明文只有117字节了。

    关于PKCS#1 padding规范可参考:RFC2313 chapter 8.1,我们在把明文送给RSA加密器前,要确认这个值是不是大于n,也就是如果接近n位长,那么需要先padding再分段加密。除非我们是“定长定量自己可控可理解”的加密不需要padding。
  2. 为什么有不同长度的key?
    看一下密钥的生成过程:
    第一步,随机选择两个不相等的质数p和q。
    第二步,计算p和q的乘积n。n即密钥长度。
    第三步,计算n的欧拉函数φ(n)。
    第四步,随机选择一个整数e,条件是1< e < φ(n),且e与φ(n) 互质。
    第五步,计算e对于φ(n)的模反元素d。
    第六步,将n和e封装成公钥,n和d封装成私钥。
    加密(c为密文,m为明文):  me ≡ c (mod n)
    解密(c为密文,m为明文):  cd ≡ m (mod n)
    对极大整数做因数分解(由n,e推出d)的难度决定了RSA算法的可靠性。换言之,对一极大整数做因数分解愈困难,RSA算法愈可靠。假如有人找到一种快速因数分解的算法,那么RSA的可靠性就会极度下降。但找到这样的算法的可能性是非常小的。今天只有短的RSA密钥才可能被暴力破解。只要密钥长度足够长,用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。目前一般为1024 bit以上的密钥,推荐2048 bit以上。
  3. 对称加密vs分对称加密?
    对称加密是最快速、最简单的一种加密方式,加密(encryption)与解密(decryption)用的是同样的密钥(secret key)。对称加密有很多种算法,由于它效率很高,所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。对称加密通常使用的是相对较小的密钥,一般小于256 bit。因为密钥越大,加密越强,但加密与解密的过程越慢。密钥的大小既要照顾到安全性,也要照顾到效率,是一个trade-off。对称加密的一大缺点是密钥的管理与分配。
    非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法,它使用了一对密钥,公钥(public key)和私钥(private key)。私钥只能由一方安全保管,不能外泄,而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密,而解密则需要另一个密钥。虽然非对称加密很安全,但是和对称加密比起来,它非常的慢。

    将两者结合起来,将对称加密的密钥使用非对称加密的公钥进行加密,然后发送出去,接收方使用私钥进行解密得到对称加密的密钥,然后双方可以使用对称加密来进行沟通。
 
五.结论:
     优先选择方案:使用对称密钥(比如AES/DES等加解密方法)加密数据,然后使用非对称密钥(RSA加解密密钥)加密对称密钥。原问题中由于双方约定了非对称加密的方式,所以用分段加密来解决了问题,但是可以知道这样是比较低效的。

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