ios下使用rsa算法与php进行加解密通讯

首先了解一下几个相关概念,以方便后面遇到的问题的解决:

  • RSA算法:1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman发明的,RSA就是取自他们三个人的名字。算法基于一个数论:将两个大素数相乘非常容易,但要对这个乘积的结果进行因式分解却非常困难,因此可以把乘积公开作为公钥。该算法能够抵抗目前已知的所有密码攻击。RSA算法是一种非对称算法,算法需要一对密钥,使用其中一个加密,需要使用另外一个才能解密。我们在进行RSA加密通讯时,就把公钥放在客户端,私钥留在服务器。
  • DER, PEM:既然使用RSA需要一对密钥,那么我们当然是要先使用工具来生成这样一对密钥了。在linux、unix下,最简单方便的就是使用openssl命令行了。而DER、PEM就是生成的密钥可选择的两种文件格式。DER是Distinguished Encoding Rules的简称,是一种信息传输语法规则,在ITU X.690中定义的。在ios端,我们的公钥就是需要这样一种格式的,我们可以从Certificate, Key, and Trust Services Reference这篇文档的SecCertificateCreateWithData函数的data参数的说明中看到。而PEM格式是一种对DER进行封装的格式,他只是把der的内容进行了base64编码并加上了头尾说明。openssl命令行默认输出的都是PEM格式的文件,要能够在ios下使用,我们需要指定使用DER或者先生成PEM然后转换称DER。

使用openssl命令行生成密钥对

openssl req -x509 -out public_key.der -outform der -new -newkey rsa:1024 -keyout private_key.pem

按照提示,填入私钥的密码,签名证书的组织名、邮件等信息之后,就会生成包含有公钥的证书文件public_key.der合私钥文件private_key.pem。public_key.der文件用于分发到ios客户端进行公钥加解密,而private_key.pem文件留在服务器端供php使用。当然,如果为了在服务器端进行加解密测试,那么我们还可以生成一个服务器端PHP使用的pem公钥文件:

openssl rsa -in private_key.pem -pubout -out public_key.pem

上面这个命令就会根据输入的私钥文件生成pem格式的公钥文件了。从这里也可以看到,根据私钥,我们是可以生成相对应的公钥的,这也就是为什么我们要把公钥放在客户端,而不是私钥放在客户端的原因了。

服务器端PHP的加解密函数

闲话不多说,贴一段代码,肯定能看懂的了

class RSAEncryptTest {
  const PRIVATE_KEY = "-----BEGIN ENCRYPTED PRIVATE KEY-----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-----END ENCRYPTED PRIVATE KEY-----";
  const PUBLIC_KEY = "-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDAqjJs08oHvNdhlWC+kGBd90PD
7CVjClhRTk3nn+2NNaP4Bi5N/A18rdrV6clNAGUz4i/5q/VQXeLiGYYqgmAkKCJe
gReMsfcnoOSWu+Tvxih/48pu1hwBrmMLFZPOOUWQ9YjQEo7SYBe0HKoEl6XMqNwz
HV7sk9x6BKz9QeLi5QIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----";
  private static $private_key;
  private static $public_key;

  public static function private_encrypt($str){
    self::setup_key();
    if(openssl_private_encrypt($str, $encrypted, self::$private_key))
      return $encrypted;
  }
  public static function private_decrypt($str){
    self::setup_key();
    if(openssl_private_decrypt($str, $decrypted, self::$private_key))
      return $decrypted;
  }
  public static function public_decrypt($str){
    self::setup_key();
    if(openssl_public_decrypt($str, $decrypted, self::$public_key))
      return $decrypted;
  }
  public static function public_encrypt($str){
    self::setup_key();
    if(openssl_public_encrypt($str, $encrypted, self::$public_key))
      return $encrypted;
  }
  private static function setup_key(){
    if (!self::$private_key){
      // 这里的test就是在生成证书的时候设置的私钥密码
      self::$private_key = openssl_pkey_get_private(self::PRIVATE_KEY, "test");
    }
    if (!self::$public_key)
      self::$public_key = openssl_pkey_get_public(self::PUBLIC_KEY);
  }
}

IOS客户端的加解密

首先我们需要导入Security.framework,在ios中,我们主要关注四个函数

  • SecKeyEncrypt:使用公钥对数据进行加密
  • SecKeyDecrypt:使用私钥对数据进行解密
  • SecKeyRawVerify:使用公钥对数字签名和数据进行验证,以确认该数据的来源合法性。什么是数字签名,可以参考百度百科这篇文章?
  • SecKeyRawSign:使用私钥对数据进行摘要并生成数字签名

从这几个函数中,我们可以看到,我们使用公钥能做的事情就有两个:加密数据,以及对服务器端发来的数据进行签名认证,但是如果你想跟我之前想的一样,要使用公钥来对数据进行解密,那就没有自带API了。如果想在服务器端使用私钥加密数据,然后再在客户端使用公钥进行解密,以图这样来对交互数据进行加密,看来是行不通的。其实也应该是这样,公钥是公开的,因为他可以编译到二进制文本里面就认为他不能被获取其实是不对的。同时,RSA因为都是做大数的运算,算法性能上比较差,如果做大数据量的加解密,对IOS来讲,肯定也是不合适的。

这里就把使用公钥进行加密的代码贴出来:

// 我们在前面使用openssl生成的public_key.der文件的base64值,用你自己的替换掉这里
#define RSA_KEY_BASE64 @"MIIC5DCCAk2gAwIBAgIJALUk4hrYth9oMA0GCSqGSIb3DQEBBQUAMIGKMQswCQYDVQQGEwJ\
DTjERMA8GA1UECAwIU2hhbmdoYWkxETAPBgNVBAcMCFNoYW5naGFpMQ4wDAYDVQQKDAVCYWl5aTEOMAwGA1UECwwFQmFpeWk\
xEDAOBgNVBAMMB1lvcmsuR3UxIzAhBgkqhkiG9w0BCQEWFGd5cTUzMTk5MjBAZ21haWwuY29tMB4XDTExMTAyNjAyNDUzMlo\
XDTExMTEyNTAyNDUzM1owgYoxCzAJBgNVBAYTAkNOMREwDwYDVQQIDAhTaGFuZ2hhaTERMA8GA1UEBwwIU2hhbmdoYWkxDjA\
MBgNVBAoMBUJhaXlpMQ4wDAYDVQQLDAVCYWl5aTEQMA4GA1UEAwwHWW9yay5HdTEjMCEGCSqGSIb3DQEJARYUZ3lxNTMxOTk\
yMEBnbWFpbC5jb20wgZ8wDQYJKoZIhvcNAQEBBQADgY0AMIGJAoGBAK3cKya7oOi8jVMkRGVuNn/SiSS1y5knKLh6t98JukB\
DJZqo30LVPXXL9nHcYXBTulJgzutCOGQxw8ODfAKvXYxmX7QvLwlJRFEzrqzi3eAM2FYtZZeKbgV6PximOwCG6DqaFqd8X0W\
ezP1B2eWKz4kLIuSUKOmt0h3RpIPkatPBAgMBAAGjUDBOMB0GA1UdDgQWBBSIiLi2mehEgi/MwRZOld1mLlhl7TAfBgNVHSM\
EGDAWgBSIiLi2mehEgi/MwRZOld1mLlhl7TAMBgNVHRMEBTADAQH/MA0GCSqGSIb3DQEBBQUAA4GBAB0GUsssoVEDs9vQxk0\
DzNr8pB0idfI+Farl46OZnW5ZwPu3dvSmhQ+yRdh7Ba54JCyvRy0JcWB+fZgO4QorNRbVVbBSuPg6wLzPuasy9TpmaaYaLLK\
Iena6Z60aFWRwhazd6+hIsKTMTExaWjndblEbhAsjdpg6QMsKurs9+izr"

static SecKeyRef _public_key=nil;
+ (SecKeyRef) getPublicKey{ // 从公钥证书文件中获取到公钥的SecKeyRef指针
  if(_public_key == nil){
    NSData *certificateData = [Base64 decode:RSA_KEY_BASE64];
    SecCertificateRef myCertificate =  SecCertificateCreateWithData(kCFAllocatorDefault, (CFDataRef)certificateData);
    SecPolicyRef myPolicy = SecPolicyCreateBasicX509();
    SecTrustRef myTrust;
    OSStatus status = SecTrustCreateWithCertificates(myCertificate,myPolicy,&myTrust);
    SecTrustResultType trustResult;
    if (status == noErr) {
      status = SecTrustEvaluate(myTrust, &trustResult);
    }
    _public_key = SecTrustCopyPublicKey(myTrust);
    CFRelease(myCertificate);
    CFRelease(myPolicy);
    CFRelease(myTrust);
  }
  return _public_key;
}

+ (NSData*) rsaEncryptString:(NSString*) string{
  SecKeyRef key = [self getPublicKey];
  size_t cipherBufferSize = SecKeyGetBlockSize(key);
  uint8_t *cipherBuffer = malloc(cipherBufferSize * sizeof(uint8_t));
  NSData *stringBytes = [string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
  size_t blockSize = cipherBufferSize - 11;
  size_t blockCount = (size_t)ceil([stringBytes length] / (double)blockSize);
  NSMutableData *encryptedData = [[[NSMutableData alloc] init] autorelease];
  for (int i=0; i<blockCount; i++) {
    int bufferSize = MIN(blockSize,[stringBytes length] - i * blockSize);
    NSData *buffer = [stringBytes subdataWithRange:NSMakeRange(i * blockSize, bufferSize)];
    OSStatus status = SecKeyEncrypt(key, kSecPaddingPKCS1, (const uint8_t *)[buffer bytes],
                                    [buffer length], cipherBuffer, &cipherBufferSize);
    if (status == noErr){
      NSData *encryptedBytes = [[NSData alloc] initWithBytes:(const void *)cipherBuffer length:cipherBufferSize];
      [encryptedData appendData:encryptedBytes];
      [encryptedBytes release];
    }else{
      if (cipherBuffer) free(cipherBuffer);
      return nil;
    }
  }
  if (cipherBuffer) free(cipherBuffer);
//  NSLog(@"Encrypted text (%d bytes): %@", [encryptedData length], [encryptedData description]);
//  NSLog(@"Encrypted text base64: %@", [Base64 encode:encryptedData]);
  return encryptedData;
}

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