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](https://gist.github.com/sohamkamani/08377222d5e3e6bc130827f83b0c073e)。 ## 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](https://www.youtube.com/watch?v=wXB-V_Keiu8)。 ## 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](https://pkg.go.dev/crypto/rsa?tab=doc) 来生成秘钥，用 [crypto/rand](https://pkg.go.dev/crypto/rand?tab=doc) 库来生成随机数。 ```go // The GenerateKey method takes in a reader that returns random bits, and // the number of bits privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048) if err != nil { panic(err) } // The public key is a part of the *rsa.PrivateKey struct publicKey := privateKey.PublicKey // use the public and private keys // ... ``` `publicKey` 和 `privateKey` 变量分别用于加密和解密。 ## 加密 我们用 [EncryptOEAP](https://pkg.go.dev/crypto/rsa?tab=doc#EncryptOAEP) 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） ```go encryptedBytes, err := rsa.EncryptOAEP( sha256.New(), rand.Reader, &publicKey, []byte("super secret message"), nil) if err != nil { panic(err) } 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](https://pkg.go.dev/crypto/rsa?tab=doc#PrivateKey.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 ```go // The first argument is an optional random data generator (the rand.Reader we used before) // we can set this value as nil // The OEAPOptions in the end signify that we encrypted the data using OEAP, and that we used // SHA256 to hash the input. decryptedBytes, err := privateKey.Decrypt(nil, encryptedBytes, &rsa.OAEPOptions{Hash: crypto.SHA256}) if err != nil { panic(err) } // We get back the original information in the form of bytes, which we // the cast to a string and print 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](https://www.sohamkamani.com/golang/rsa-encryption/#encryption)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。 ```go msg := []byte("verifiable message") // Before signing, we need to hash our message // The hash is what we actually sign msgHash := sha256.New() _, err = msgHash.Write(msg) if err != nil { panic(err) } msgHashSum := msgHash.Sum(nil) // In order to generate the signature, we provide a random number generator, // our private key, the hashing algorithm that we used, and the hash sum // of our message signature, err := rsa.SignPSS(rand.Reader, privateKey, crypto.SHA256, msgHashSum, nil) if err != nil { panic(err) } // To verify the signature, we provide the public key, the hashing algorithm // the hash sum of our message and the signature we generated previously // there is an optional "options" parameter which can omit for now err = rsa.VerifyPSS(&publicKey, crypto.SHA256, msgHashSum, signature, nil) if err != nil { fmt.Println("could not verify signature: ", err) return } // If we don't get any error from the `VerifyPSS` method, that means our // signature is valid 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](https://pkg.go.dev/crypto/rsa?tab=doc#EncryptOAEP) 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](https://gist.github.com/sohamkamani/08377222d5e3e6bc130827f83b0c073e)找到所有示例的源码。