用 Golang 实现 RSA 加密和签名（有示例）

本文介绍 RSA 干了什么，以及我们怎样用 Go 实现它。

RSA（Rivest–Shamir–Adleman）加密是使用最广的安全数据加密算法之一。

它是一种非对称加密算法，也叫”单向加密“。用这种方式，任何人都可以很容易地对数据进行加密，而只有用正确的”秘钥“才能解密。

> 如果你想跳过解释直接看源码，点击这里。

RSA 加密，一言以蔽之

RSA 是通过生成一个公钥和一个私钥进行加/解密的。公钥和私钥是一起生成的，组成一对秘钥对。

公钥可以用来加密任意的数据，但不能用来解密。

私钥可以用来解密由它对应的公钥加密的数据。

这意味着我们可以把我们的公钥给任何想给的人。之后他们可以把想发送给我们的信息进行加密，唯一能访问这些信息的方式就是用我们的私钥进行解密。

> 秘钥的生成过程，以及信息的加密解密过程不在本文讨论范围内，但是如果你想研究详细信息，这里有一个关于此主题的强大视频。

秘钥的生成

我们要做的第一件事就是生成公钥私钥对。这些秘钥是随机生成的，在后面所有的处理中都会用到。

我们用标准库 crypto/rsa 来生成秘钥，用 crypto/rand 库来生成随机数。

1. // The GenerateKey method takes in a reader that returns random bits, and
2. // the number of bits
3. privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
4. if err != nil {
5. panic(err)
6. }
7.  
8. // The public key is a part of the *rsa.PrivateKey struct
9. publicKey := privateKey.PublicKey
10.  
11. // use the public and private keys
12. // ...

publicKey 和 privateKey 变量分别用于加密和解密。

加密

我们用 EncryptOEAP 函数来加密一串随机的信息。我们需要为这个函数提供一些输入：

1. 一个哈希函数，用了它之后要能保证即使输入做了微小的改变，输出哈希也会变化很大。SHA256 适合于此。
2. 一个用来生成随机位的 random reader，这样相同的内容重复输入时就不会有相同的输出
3. 之前生成的公钥
4. 我们想加密的信息
5. 可选的标签参数（本文中我们忽略）

1. encryptedBytes, err := rsa.EncryptOAEP(
2. sha256.New(),
3. rand.Reader,
4. &publicKey,
5. []byte("super secret message"),
6. nil)
7. if err != nil {
8. panic(err)
9. }
10.  
11. fmt.Println("encrypted bytes: ", encryptedBytes)

这段代码会打印加密后的字节，看起来有点像无用的信息。

解密

如果想访问加密字节承载的信息，就需要对它们进行解密。

解密它们的唯一方法就是使用与加密时的公钥对应的私钥。

*rsa.PrivateKey 结构体有一个方法 Decrypt，我们使用这个方法从加密数据中解出原始的信息。

解密时我们需要输入的参数有：1. 被加密的数据（称为密文）2. 加密数据用的哈希

1. // The first argument is an optional random data generator (the rand.Reader we used before)
2. // we can set this value as nil
3. // The OEAPOptions in the end signify that we encrypted the data using OEAP, and that we used
4. // SHA256 to hash the input.
5. decryptedBytes, err := privateKey.Decrypt(nil, encryptedBytes, &rsa.OAEPOptions{Hash: crypto.SHA256})
6. if err != nil {
7. panic(err)
8. }
9.  
10. // We get back the original information in the form of bytes, which we
11. // the cast to a string and print
12. fmt.Println("decrypted message: ", string(decryptedBytes))

签名和校验

RSA 秘钥也用于签名和校验。签名不同于加密，签名可以让你宣示真实性，而不是机密性。

也就是说，由原始信息生成一段数据，称为“签名”，而不是伪装原始信息的内容（像加密中做的那样）。

有签名、信息和公钥的任何人，可以用 RSA 校验来确保信息就是来自拥有公钥的人。如果数据和签名不匹配，校验不通过。

请注意，只有拥有私钥的人才能对信息进行签名，但是有公钥的人可以验证它。

1. msg := []byte("verifiable message")
2.  
3. // Before signing, we need to hash our message
4. // The hash is what we actually sign
5. msgHash := sha256.New()
6. _, err = msgHash.Write(msg)
7. if err != nil {
8. panic(err)
9. }
10. msgHashSum := msgHash.Sum(nil)
11.  
12. // In order to generate the signature, we provide a random number generator,
13. // our private key, the hashing algorithm that we used, and the hash sum
14. // of our message
15. signature, err := rsa.SignPSS(rand.Reader, privateKey, crypto.SHA256, msgHashSum, nil)
16. if err != nil {
17. panic(err)
18. }
19.  
20. // To verify the signature, we provide the public key, the hashing algorithm
21. // the hash sum of our message and the signature we generated previously
22. // there is an optional "options" parameter which can omit for now
23. err = rsa.VerifyPSS(&publicKey, crypto.SHA256, msgHashSum, signature, nil)
24. if err != nil {
25. fmt.Println("could not verify signature: ", err)
26. return
27. }
28. // If we don't get any error from the `VerifyPSS` method, that means our
29. // signature is valid
30. fmt.Println("signature verified")

总结

本文中我们看到了如何生成 RSA 公钥和私钥，以及怎样使用它们进行加密、解密、签名和验证任意数据。

在将它们用于你的数据之前，你需要了解一些使用限制。首先，你要加密的数据必须比你的秘钥短。例如，EncryptOAEP 文档 中说“（要加密的）信息不能比公布的模数减去哈希长度的两倍后再减去 2 长”。

使用的哈希算法要适合你的需求。SHA256（在本例中用的就是 SHA256）可以用于大部分案例，但是如果是对数据要求更高的应用，你可能需要用 SHA512。

你可以在这里找到所有示例的源码。

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