RSA 接口签名认证实现 • zhangwt's blog

前因

在业务上需要暴露一些接口提供给第三方，经过讨论决定使用RSA¹签名来做接口认证。

RSA 算法简介

RSA（Rivest-Shamir-Adleman）是一种非对称加密算法，广泛用于数据加密和数字签名。它的安全性基于大整数因子分解的困难性。

RSA 的基本原理可以用以下数学公式表示：

加密: $C = M^e \mod n$

解密: $M = C^d \mod n$

其中：

$M$ 是明文消息
$C$ 是密文
$e$ 和 $n$ 组成公钥
$d$ 和 $n$ 组成私钥

性能比较

下面是一个简单的RSA签名性能分析图表，展示了不同密钥长度对签名和验证时间的影响：

签名认证流程

Java实现

生成签名

String appSecret = "...private_key...";

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
PKCS8EncodedKeySpec privateSpec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decode(appSecret));

PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(privateSpec);

// 创建签名对象
Signature sign = Signature.getInstance("SHA256withRSA");

// 签名
sign.initSign(privateKey);
sign.update("Hello, World!".getBytes("UTF-8"));
byte[] signature = sign.sign();
System.out.println("签名: " + Base64.encode(signature));

验证签名

String appKey = "...public_key..."
// 解码密钥
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
X509EncodedKeySpec publicSpec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decode(appKey));

PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(publicSpec);

// 验证
Signature verifySig = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
verifySig.initVerify(publicKey);
verifySig.update("Hello, World!".getBytes("UTF-8"));
boolean isCorrect = verifySig.verify(signature);
System.out.println("签名正确: " + isCorrect);

完整的工具方法

import cn.hutool.core.codec.Base64;
import cn.hutool.crypto.SecureUtil;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

/**
 * 描述: RSA 工具
 */
public class RSAUtil {

    /**
     * 验证签名
     * @param publicKey 公钥
     * @param sign      签名
     * @param data      数据
     * @return          是否验证通过
     * @throws Exception 异常
     */
    public static boolean verify(String publicKey, String sign, String data) {
        X509EncodedKeySpec publicSpec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decode(publicKey));
        PublicKey key = SecureUtil.generatePublicKey("RSA", publicSpec);
        // 验证
        try {
            Signature verifySig = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
            verifySig.initVerify(key);
            verifySig.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            return verifySig.verify(Base64.decode(sign));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return false;
    }

    /**
     * 生成签名
     * @param privateKey 私钥
     * @param data       数据
     * @return           签名
     */
    public static String sign(String privateKey, String data) throws Exception {
        PKCS8EncodedKeySpec privateSpec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decode(privateKey));
        PrivateKey key = SecureUtil.generatePrivateKey("RSA", privateSpec);

        // 创建签名对象
        Signature sign = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
        // 签名
        sign.initSign(key);
        sign.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        byte[] signature = sign.sign();
        return Base64.encode(signature);
    }
}

Python生成签名、验证签名 (使用pycryptodome)

安装 pycryptodome

pip install pycryptodome

实现代码

import base64
import http.client
import json
import time
import Crypto
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Signature import pkcs1_15
from Crypto.Hash import SHA256


appKey = "...public_key..."
app_secret = """-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
...private_key...
-----END RSA PRIVATE KEY-----"""


def sign(data, private_key):
    key = RSA.import_key(private_key)
    h = SHA256.new(data.encode('utf-8'))
    signature = pkcs1_15.new(key).sign(h)
    return base64.b64encode(signature).decode('utf-8')

def verify(public_key, sign, data):
    public_key = RSA.import_key(public_key)
    sign_bytes = base64.b64decode(sign)
    hash = SHA256.new(data.encode('utf-8'))
    try:
        pkcs1_15.new(public_key).verify(hash, sign_bytes)
        return True
    except (ValueError, TypeError):
        return False

注意事项

注意： 最初使用 hutool 工具实现签名认证时，发现 Python 中生成的签名无法在 Java 端验证通过。因此改用了 Java 基础库来实现，以确保跨语言兼容性。

Footnotes

RSA维基百科 ↩