Golang加密解密之RSA怎么用

這篇文章將為大家詳細講解有關Golang加密解密之RSA怎么用，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

RSA加密算法簡史

　　RSA是1977年由羅納德·李維斯特（Ron Rivest）、阿迪·薩莫爾（Adi Shamir）和倫納德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。當時他們三人都在麻省理工學院工作。RSA就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的。

RSA加密算法原理

　　學過算法的朋友都知道，計算機中的算法其實就是數學運算。所以，再講解RSA加密算法之前，有必要了解一下一些必備的數學知識。我們就從數學知識開始講解。

必備數學知識

　　RSA加密算法中，只用到素數、互質數、指數運算、模運算等幾個簡單的數學知識。所以，我們也需要了解這幾個概念即可。

素數

　　素數又稱質數，指在一個大于1的自然數中，除了1和此整數自身外，不能被其他自然數整除的數。這個概念，我們在上初中，甚至小學的時候都學過了，這里就不再過多解釋了。

互質數

　　百度百科上的解釋是：公因數只有1的兩個數，叫做互質數。；維基百科上的解釋是：互質，又稱互素。若N個整數的最大公因子是1，則稱這N個整數互質。

　　常見的互質數判斷方法主要有以下幾種：

               1、兩個不同的質數一定是互質數。例如，2與7、13與19。

               2、一個質數，另一個不為它的倍數，這兩個數為互質數。例如，3與10、5與 26。

               3、相鄰的兩個自然數是互質數。如 15與 16。

               4、相鄰的兩個奇數是互質數。如 49與 51。

               5、較大數是質數的兩個數是互質數。如97與88。

               6、小數是質數，大數不是小數的倍數的兩個數是互質數。例如 7和 16。

               7、2和任何奇數是互質數。例如2和87。

               8、1不是質數也不是合數，它和任何一個自然數在一起都是互質數。如1和9908。

               9、輾轉相除法。

指數運算

　　指數運算又稱乘方計算，計算結果稱為冪。nm指將n自乘m次。把nm看作乘方的結果，叫做”n的m次冪”或”n的m次方”。其中，n稱為“底數”，m稱為“指數”。

模運算

　　模運算即求余運算。“模”是“Mod”的音譯。和模運算緊密相關的一個概念是“同余”。數學上，當兩個整數除以同一個正整數，若得相同余數，則二整數同余。

　　兩個整數a，b，若它們除以正整數m所得的余數相等，則稱a，b對于模m同余，記作: a ≡ b (mod m)；讀作：a同余于b模m，或者，a與b關于模m同余。例如：26 ≡ 14 (mod 12)。

RSA加密算法

公鑰與密鑰的產生

　　假設Alice想要通過一個不可靠的媒體接收Bob的一條私人訊息。她可以用以下的方式來產生一個公鑰和一個私鑰：

               1、隨意選擇兩個大的質數p和q，p不等于q，計算N=pq。

               2、根據歐拉函數，求得r = (p-1)(q-1)

               3、選擇一個小于 r 的整數 e，求得 e 關于模 r 的模反元素，命名為d。（模反元素存在，當且僅當e與r互質）

               4、將 p 和 q 的記錄銷毀。
         (N,e)是公鑰，(N,d)是私鑰。Alice將她的公鑰(N,e)傳給Bob，而將她的私鑰(N,d)藏起來。

加密消息

　　假設Bob想給Alice送一個消息m，他知道Alice產生的N和e。他使用起先與Alice約好的格式將m轉換為一個小于N的整數n，比如他可以將每一個字轉換為這個字的Unicode碼，然后將這些數字連在一起組成一個數字。假如他的信息非常長的話，他可以將這個信息分為幾段，然后將每一段轉換為n。用下面這個公式他可以將n加密為c：

　　ne ≡ c (mod N)

計算c并不復雜。Bob算出c后就可以將它傳遞給Alice。

解密消息

Alice得到Bob的消息c后就可以利用她的密鑰d來解碼。她可以用以下這個公式來將c轉換為n：

　　cd ≡ n (mod N)

得到n后，她可以將原來的信息m重新復原。

解碼的原理是：

　　cd ≡ n e·d(mod N)

以及ed ≡ 1 (mod p-1)和ed ≡ 1 (mod q-1)。由費馬小定理可證明（因為p和q是質數）

　　n e·d ≡ n (mod p) 　　和 　n e·d ≡ n (mod q)

這說明（因為p和q是不同的質數，所以p和q互質）

　　n e·d ≡ n (mod pq)

簽名消息

　　RSA也可以用來為一個消息署名。假如甲想給乙傳遞一個署名的消息的話，那么她可以為她的消息計算一個散列值(Message digest)，然后用她的密鑰(private key)加密這個散列值并將這個“署名”加在消息的后面。這個消息只有用她的公鑰才能被解密。乙獲得這個消息后可以用甲的公鑰解密這個散列值，然后將這個數據與他自己為這個消息計算的散列值相比較。假如兩者相符的話，那么他就可以知道發信人持有甲的密鑰，以及這個消息在傳播路徑上沒有被篡改過。

Golang加密解密之RSA

在PHP中，很多功能經常是一個函數解決；而Go中的卻不是。本文會通過PHP加密，Go解密；Go加密，PHP解密來學習Go的RSA相關的API。

該文討論Go RSA加密解密。所有操作在linux下完成。

一、概要

這是一個非對稱加密算法，一般通過公鑰加密，私鑰解密。

在加解密過程中，使用openssl生產密鑰。執行如下操作：

1）創建私鑰：

openssl genrsa -out private.pem 1024 //密鑰長度，1024覺得不夠安全的話可以用2048，但是代價也相應增大

2）創建公鑰：

openssl rsa -in private.pem -pubout -out public.pem
這樣便生產了密鑰。

一般地，各個語言也會提供API，用于生成密鑰。在Go中，可以查看encoding/pem包和crypto/x509包。

加密解密這塊，涉及到很多標準，個人建議需要的時候臨時學習一下。

二、Go RSA加密解密

1、rsa加解密，必然會去查crypto/ras這個包

Package rsa implements RSA encryption as specified in PKCS#1.

這是該包的說明：實現RSA加密技術，基于PKCS#1規范。

對于什么是PKCS#1，可以查閱相關資料。PKCS（公鑰密碼標準），而#1就是RSA的標準。可以查看：PKCS系列簡介

從該包中函數的名稱，可以看到有兩對加解密的函數。

EncryptOAEP和DecryptOAEP
EncryptPKCS1v15和DecryptPKCS1v15

這稱作加密方案，詳細可以查看，PKCS #1 v2.1 RSA 算法標準

可見，當與其他語言交互時，需要確定好使用哪種方案。

PublicKey和PrivateKey兩個類型分別代表公鑰和私鑰，關于這兩個類型中成員該怎么設置，這涉及到RSA加密算法，本文中，這兩個類型的實例通過解析文章開頭生成的密鑰得到。

2、解析密鑰得到PublicKey和PrivateKey的實例

這個過程，我也是花了好些時間（主要對各種加密的各種東東不熟）：怎么將openssl生成的密鑰文件解析到公鑰和私鑰實例呢？

在encoding/pem包中，看到了—–BEGIN Type—–這樣的字樣，這正好和openssl生成的密鑰形式差不多，那就試試。

在該包中，一個block代表的是PEM編碼的結構，關于PEM，請查閱相關資料。我們要解析密鑰，當然用Decode方法：

func Decode(data []byte) (p *Block, rest []byte)

這樣便得到了一個Block的實例（指針）。

解析來看crypto/x509。為什么是x509呢？這又涉及到一堆概念。先不管這些，我也是看encoding和crypto這兩個包的子包摸索出來的。

在x509包中，有一個函數：

func ParsePKIXPublicKey(derBytes []byte) (pub interface{}, err error)

從該函數的說明：ParsePKIXPublicKey parses a DER encoded public key. These values are typically found in PEM blocks with “BEGIN PUBLIC KEY”。可見這就是解析PublicKey的。另外，這里說到了PEM，可以上面的encoding/pem對了。

而解析私鑰的，有好幾個方法，從上面的介紹，我們知道，RSA是PKCS#1，剛好有一個方法：

func ParsePKCS1PrivateKey(der []byte) (key *rsa.PrivateKey, err error)

返回的就是rsa.PrivateKey。

3、解密解密實現

通過上面的介紹，Go中RSA的解密解密實現就不難了。代碼如下：

// 加密

func RsaEncrypt(origData []byte) ([]byte, error) {
  block, _ := pem.Decode(publicKey)
  if block == nil {
    return nil, errors.New("public key error")
  }
  pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
  if err != nil {
    return nil, err
  }
  pub := pubInterface.(*rsa.PublicKey)
  return rsa.EncryptPKCS1v15(rand.Reader, pub, origData)
}

// 解密

func RsaDecrypt(ciphertext []byte) ([]byte, error) {
  block, _ := pem.Decode(privateKey)
  if block == nil {
    return nil, errors.New("private key error!")
  }
  priv, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
  if err != nil {
    return nil, err
  }
  return rsa.DecryptPKCS1v15(rand.Reader, priv, ciphertext)
}

其中，publicKey和privateKey是openssl生成的密鑰，我生成的如下：

// 公鑰和私鑰可以從文件中讀取

var privateKey = []byte(`
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----
`)
 
var publicKey = []byte(`
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDZsfv1qscqYdy4vY+P4e3cAtmv
ppXQcRvrF1cB4drkv0haU24Y7m5qYtT52Kr539RdbKKdLAM6s20lWy7+5C0Dgacd
wYWd/7PeCELyEipZJL07Vro7Ate8Bfjya+wltGK9+XNUIHiumUKULW4KDx21+1NL
AUeJ6PeW+DAkmJWF6QIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
`)

4、使用例子

package main
 
import (
  "fmt"
)

func main() {
  data, err := RsaEncrypt([]byte("git@github.com/mrkt"))
  if err != nil {
    panic(err)
  }
  origData, err := RsaDecrypt(data)
  if err != nil {
    panic(err)
  }
  fmt.Println(string(origData))
}

該例子是加密完git@github.com/mrkt后立馬解密

三、跨語言加解密

語言內部正常，還得看看和其他語言是否一致，即：其他語言加密，Go語言得正確解密；Go語言加密，其他語言正確解密

1、PHP RSA加解密

這里，我選擇PHP，使用的是openssl擴展。PHP中加解密很簡單，如下兩個方法（這里只考慮用公鑰加密，私鑰解密）：

bool openssl_public_encrypt ( string $data , string &$crypted , mixed
$key [, int $padding = OPENSSL_PKCS1_PADDING ] ) bool
openssl_private_decrypt ( string $data , string &$decrypted , mixed
$key [, int $padding = OPENSSL_PKCS1_PADDING ] )

最后一個參數是加密方案（補齊方式）。由于Go中使用的是PKCS1而不是OAEP，所以，使用默認值即可。

PHP代碼如下：

$privateKey = '-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----'; $publicKey = '-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDZsfv1qscqYdy4vY+P4e3cAtmv
ppXQcRvrF1cB4drkv0haU24Y7m5qYtT52Kr539RdbKKdLAM6s20lWy7+5C0Dgacd
wYWd/7PeCELyEipZJL07Vro7Ate8Bfjya+wltGK9+XNUIHiumUKULW4KDx21+1NL
AUeJ6PeW+DAkmJWF6QIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----';
function rsaEncrypt($data)
{
  global $publicKey;
  openssl_public_encrypt($data, $crypted, $publicKey);
  return $crypted;

}
function rsaDecrypt($data)
{
  global $privateKey;
  openssl_private_decrypt($data, $decrypted, $privateKey);
  return $decrypted;
}

function main()
{

  $crypted = rsaEncrypt("git@github.com/mrk");
  $decrypted = rsaDecrypt($crypted);
  echo "encrypt and decrypt:" . $decrypted;

}

main();

這里也是用PHP加解密git@github.com/mrkt

2、Go和PHP一起工作

這里要注意的一點是，由于加密后是字節流，直接輸出查看會亂碼，因此，為了便于語言直接加解密，這里將加密之后的數據進行base64編碼。

3、使用

示例中，php和Go版本都支持-d參數傳入加密好的字符串，將其解密；不傳時，會輸出加密好并base64編碼的串，可用于其他語言解密。

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