2019-06-21

php实现RSA加解密算法

最近开发的项目中用到RSA签名算法，给数据加密解密。php端是如何实现RSA加密解密的呢？

RSA的概念

RSA是第一个比较完善的公开密钥算法，它既能用于加密，也能用于数字签名。RSA以它的三个发明者Ron Rivest, Adi Shamir, Leonard Adleman的名字首字母命名，这个算法经受住了多年深入的密码分析，虽然密码分析者既不能证明也不能否定RSA的安全性，但这恰恰说明该算法有一定的可信性，目前它已经成为最流行的公开密钥算法。

RSA的安全基于大数分解的难度。其公钥和私钥是一对大素数（100到200位十进制数或更大）的函数。从一个公钥和密文恢复出明文的难度，等价于分解两个大素数之积（这是公认的数学难题）。

RSA的公钥、私钥的组成，以及加密、解密的公式可见于下表：
lbxx

RSA为何难于破解？有什么劣势？

在RSA密码应用中，公钥KU是被公开的，即e和n的数值可以被第三方窃听者得到。破解RSA密码的问题就是从已知的e和n的数值（n等于pq），想法求出d的数值，这样就可以得到私钥来破解密文。从上文中的公式：d ≡e-1 (mod((p-1)(q-1)))或de≡1 (mod((p-1)(q-1))) 我们可以看出。密码破解的实质问题是：从Pq的数值，去求出(p-1)和(q-1)。换句话说，只要求出p和q的值，我们就能求出d的值而得到私钥。
　　当p和q是一个大素数的时候，从它们的积pq去分解因子p和q，这是一个公认的数学难题。比如当pq大到1024位时，迄今为止还没有人能够利用任何计算工具去完成分解因子的任务。因此，RSA从提出到现在已近二十年，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。

　　然而，虽然RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价。即RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何。

　　此外，RSA的缺点还有：A)产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。B)分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 600 bits

以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级；且随着大数分解技术的发展，这个长度还在增加，不利于数据格式的标准化。因此，使用RSA只能加密少量数据，大量的数据加密还要靠对称密码算法。

简单案例

<?php

 $private_key = "-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----";

$public_key = "-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCpS7mxdU6svbDcs10qbq9f9t5D
4yfqC1jLmZD3GDD4D/8TbNkfvcYDvde6nyPRSxrnzl9YmZhJKlP2iCIwdwwmW6yu
lXZyvPurfN/1AJt4JYDxnN/qu1bSG5DZMribLsR2dlfA5J0D6lQ7g40eSgp4D6UW
y8ezLy6UWFQCrnUHEQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----";

//获取所有支持算法，cipher 就是密码，算法计算的意思
$methods=openssl_get_cipher_methods();
// var_dump($methods);
$data="原始数据为: 用私钥加密origin data1";
$method="AES-128-CBC";
//通过私钥加密，生成$crypted;
openssl_private_encrypt($data, $crypted, $private_key);
// 由于php 进行openssl_public_encrypt 加密后返回的是二进制数据，需要对其返回的加密后的数据进行二进制16进制编码base64_encode才可以显示，$crypted为加密后的串
$crypted=base64_encode($crypted);
echo "私钥加密后的结果为:".$crypted."\n";
//相应的：加密后生产的16进制加密字符串需要进行base64_decode进行解密后在进行openssl_private_decrypt
$crypted=base64_decode($crypted);
openssl_public_decrypt($crypted, $decrypted , $public_key);
echo "用公钥解密的结果为".($decrypted)."\n";
echo"===================我是分割线==============\n";
$data="用公钥加密origin data2\n";
$method="AES-128-CBC";
//通过公钥加密，生成$crypted;
openssl_public_encrypt($data, $crypted, $public_key);
// 由于php 进行openssl_public_encrypt 加密后返回的是二进制数据，需要对其返回的加密后的数据进行二进制16进制编码base64_encode才可以显示，$crypted为加密后的串
$crypted=base64_encode($crypted);
echo "公钥加密后的结果为:".$crypted."\n";
//相应的：加密后生产的16进制加密字符串需要进行base64_decode进行解密后在进行openssl_private_decrypt
$crypted=base64_decode($crypted);
openssl_private_decrypt($crypted, $decrypted , $private_key);
echo "用私钥解密的结果为".($decrypted)."\n";

通用类实现

<?php
namespace ApiPub;
class Algorithm
{
    const  RSA_ENCRYPT_BLOCK_SIZE = 117;
    const  RSA_DECRYPT_BLOCK_SIZE = 128;
    /**
     * 利用约定数据和私钥生成数字签名
     * @param $data 待签数据
     * @return String 返回签名
     */
    public static function sign($data='')
    {
        if (empty($data))
        {
            return False;
        }
        $private_key = file_get_contents(dirname(__FILE__).'/rsa_private_key.pem');
        if (empty($private_key))
        {
            echo "私钥异常!";
            return False;
        }
        $pkeyid = openssl_get_privatekey($private_key);
        if (empty($pkeyid))
        {
            echo "私钥资源标识符错误!";
            return False;
        }
        $verify = openssl_sign($data, $signature, $pkeyid, OPENSSL_ALGO_MD5);
        openssl_free_key($pkeyid);
        return $signature;
    }
    /**
     * 利用公钥和数字签名以及约定数据验证合法性
     * @param $data 待验证数据
     * @param $signature 数字签名
     * @return -1:error验证错误 1:success验证成功 0:fail验证失败
     */
    public static function isValid($data='', $signature='')
    {
        if (empty($data) || empty($signature))
        {
            return False;
        }
        $public_key = file_get_contents(dirname(__FILE__).'/rsa_public_key.pem');
        if (empty($public_key))
        {
            echo "公钥异常";
            return False;
        }
        $pkeyid = openssl_get_publickey($public_key);
        if (empty($pkeyid))
        {
            echo "公钥资源标识符错误e!";
            return False;
        }
        $ret = openssl_verify($data, $signature, $pkeyid, OPENSSL_ALGO_MD5);
        switch ($ret)
        {
            case -1:
                echo "错误";
                break;
            default:
                echo $ret==1 ? "success" : "fail";//0:fail
                break;
        }
        return $ret;
    }
    /**
     * RSA数据加密解密 私钥-加密解密
     * @param type $data
     * @param type $type encode加密  decode解密  $public_key 密钥
     * @Description: 字符过长的话需要分段加密/解密
     * @return 加密或解密后的字符
     */
   public static function RAS_Do($dataStr = '测试字符',$type='encode',$public_key){
       if (empty($dataStr)) {
            return 'data参数不能为空';
        }
        if ($type=='decode') {
            //私钥解密
            $data=base64_decode($dataStr);
            $result = '';
            $data = str_split($data, self::RSA_DECRYPT_BLOCK_SIZE);
            foreach ($data as $block) {
                openssl_private_decrypt($block, $decrypted, $public_key,OPENSSL_PKCS1_PADDING);
                $result .= $decrypted;
            }
            return $result;
        }else{
            //私钥加密
            $result = '';
            $data = str_split($dataStr, self::RSA_ENCRYPT_BLOCK_SIZE);
            foreach ($data as $block) {
                openssl_private_encrypt($block, $crypted, $public_key,OPENSSL_PKCS1_PADDING);
                $result .= $crypted;
            }
            $result=base64_encode($result);
            return $result;
        }
    }
}