RSA 入门介绍及应用

RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥

关于RSA的密钥

RSA的密钥主要由2个参数组成，modulus和exponent，经过一定的算法生成，具体可以去wiki了解一下
通常我们看到的RSA的密钥大概长成下面这个样子，有个开头和结尾的标识，这种是经过base64之后的值

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAKiMx2aFW1L5aceZ6j0AxFaz38aPgadH
AOZyxEHG/7g6ia/pWgDw73JWpUP65mkpVymfbln/GqJJoMxtXDnUGOMCAwEAAQ==
-----END PUBLIC KEY-----

RSA的密钥都是成对的，一个是Private，一个是Public，用一个加密，就可以用另外一个解密
Public可以从Private中生成，因为大家的modulus都是一样的，但是Private不能从Public中提取

生成一个RSA的Keypair

通过在线工具来生成 http://travistidwell.com/jsencrypt/demo/
- 这个可以简单地生成一个相对通用的base64的字符串key
通过命令行的openssl来生成
- 生成私钥：

$ openssl genrsa -out private.pem 1024

通过私钥生成公钥：

$ openssl rsa -in private.pem -out public.pem -outform PEM -pubout

通过-text -noout (-modulus)参数可以查看生成的key的modulus和exponent，默认是16进制的，
可以通过echo “ibase=16,xxxxx” | bc来输出10进制的数字，用来给一些底层第三方RSA的代码使用，例如后面提到那份
Apple的api

__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);
    OSStatus SecKeyGeneratePair(CFDictionaryRef parameters, 
            SecKeyRef *publicKey,
               SecKeyRef *privateKey) 

这里生成一个SecKeyRef的数据结构之后，publickey可以很方便的获取到modulus和exponent，然后网上可以有算法转成类似的字符串，privateKey的话这里就比较麻烦了，因此使用原生的api对Verfiry和Decrypt是比较友好的，对于使用第三方生成的key来sign和encrypt都不是很友好，转换太麻烦了。还没有找到方法可以从已有数据生成一个privateKey，只能生成一个publickKey。

使用RSA进行加密和解密

命令行 可以快速验证和测试
- 加密：

$ openssl rsautl -encrypt -inkey public.pem -pubin -in file.txt -out file.ssl

解密：

$ openssl rsautl -decrypt -inkey private.pem -in file.ssl -out decrypted.txt

Apple的api
- 加密：

OSStatus SecKeyEncrypt(SecKeyRef key, SecPadding padding, const uint8_t *plainText, size_t plainTextLen, uint8_t *cipherText, size_t *cipherTextLen) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);

解密：

OSStatus SecKeyDecrypt(SecKeyRef     key,         /* Private key */
               SecPadding     padding,      /* kSecPaddingNone,
                                                               kSecPaddingPKCS1,
                                                                           kSecPaddingOAEP */
              const uint8_t   *cipherText,
                                        size_t        cipherTextLen,  /* length of cipherText */
                                        uint8_t       *plainText, 
                                        size_t        *plainTextLen)  /* IN/OUT */
                      __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);

其他第三方的RSA实现 http://rsa.googlecode.com/svn/rsa/trunk/

使用RSA进行签名和验证

和加密解密一样，encrypt/decrypt换成sign/verify，粗糙理解的话，verify可以理解为能否解密吧
对于Apple的api，官方有个SampleCode，叫做CryptoExercise，里面有对RSA大部分操作的封装，可以简单使用和验证，但是非对称使用的时候（加密解密/签名验证不是都用这些api配到使用的话）要注意一些参数的传递，例如SecPadding，openssl默认是paddingNone的。

在App上使用

这样的字符串一般会放在一个.pem的文件里面，可以供openssl直接使用，但是正常来说，pem明显是不适用的，而且因为是明文，安全性不高

因此我们可以通过以下方法来生成一个证书对，也可以给其他方通用

Create a certificate signing request with the private key

openssl req -new -key rsaPrivate.pem -out rsaCertReq.csr

Create a self-signed certificate with the private key and signing request

openssl x509 -req -days 3650 -in rsaCertReq.csr -signkey rsaPrivate.pem -out rsaCert.crt

Convert the certificate to DER format: the certificate contains the public key

openssl x509 -outform der -in rsaCert.crt -out rsaCert.der

Export the private key and certificate to p12 file

openssl pkcs12 -export -out rsaPrivate.p12 -inkey rsaPrivate.pem -in rsaCert.crt

从这里你会发现，Publickey是可以从Privatekey生成的，因为他们的modulus是一样的，而Publickey的exponent基本上固定是e(65537)，而且得到的结果是一个p12，是不是很熟悉？和我们开发者证书gen给其他人用的时候是一样的

得到这2个证书之后，就可以利用oc的代码来获取到SecKeyRef的对象，进行相关的操作了，具体可以看我封装的RSAKit（https://github.com/IvanChan/RSAKit），如果后续有需要使用RSA加解密和签名的话，也可以用这个通用接口来实现。

签名机制

再来回想一下，RSA用公钥encrypt，私钥decrypt，个人猜测，这样的做法是为了让个人信息在本地保存，外部不知道个人隐私信息，例如开发者证书。

回到我们的实际用途上，我们肯学希望用的是私钥在服务器加密，公钥在客户端解密，这样可以保证证书不会在客户端被他人破解获取到，伪造一些数据。所以我们使用RSA的签名机制，用私钥sign，公钥verify。

所谓的签名，就像你把数据给别人之前，先打一个胎记，然后到使用这个数据的时候，看一下有没有这个胎记，才认这份数据。

简单看一下流程

A有一个Data，一个私钥Privatekey
Data —— 通过Privatekey ——> 生成Signature
把Data和Signature一起发给B
B拿到一个Data和Signature，同时B手上有一个Publickey
那么B在真正使用Data之前，先用 Publickey + Signature —> 对Data进行验明正身
验证通过后使用Data

参考

https://www.openssl.org/docs/apps/rsa.html https://www.openssl.org/docs/apps/rsautl.html https://www.devco.net/archives/2006/02/13/public_-_private_key_encryption_using_openssl.php

_ivanC

Follow Me On