1. 概述
在公钥加密(也称为非对称加密)中，加密机制依赖于两个相关的密钥，一个公钥和一个私钥。公钥用于加密消息，而只有私钥的所有者才能解密消息。
在本教程中，我们将学习如何从PEM文件中读取公钥和私钥。
首先，我们将研究一些关于公钥加密的重要概念。然后我们将学习如何使用纯Java读取PEM文件。
最后，我们将探索BouncyCastle库作为替代方法。
2. 概念
在开始之前，让我们讨论一些关键概念。
X.509是定义公钥证书格式的标准，因此这种格式描述了一个公钥，以及其他信息。
DER是最流行的用于存储数据的编码格式，例如文件中的X.509证书和PKCS8私钥。它是一种二进制编码，无法使用文本编辑器查看生成的内容。
PKCS8是一种用于存储私钥信息的标准语法，可以选择使用对称算法对私钥进行加密。
这个标准不仅可以处理RSA私钥，还可以处理其他算法。PKCS8私钥通常通过PEM编码格式进行交换。
PEM是DER证书的base-64编码机制。PEM还可以对其他类型的数据进行编码，例如公钥/私钥和证书请求。
PEM文件还包含描述编码数据类型的页眉和页脚：
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
...Base64 encoding of the DER encoded certificate...
-----END PUBLIC KEY-----
3. 使用纯Java
3.1 从文件中读取PEM数据
让我们从读取PEM文件开始，并将其内容存储到一个字符串中：
String key = new String(Files.readAllBytes(file.toPath()), Charset.defaultCharset());
3.2 从PEM字符串获取公钥
现在我们将构建一个实用方法，从PEM编码字符串中获取公钥：
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAsjtGIk8SxD+OEiBpP2/T
JUAF0upwuKGMk6wH8Rwov88VvzJrVm2NCticTk5FUg+UG5r8JArrV4tJPRHQyvqK
wF4NiksuvOjv3HyIf4oaOhZjT8hDne1Bfv+cFqZJ61Gk0MjANh/T5q9vxER/7TdU
NHKpoRV+NVlKN5bEU/NQ5FQjVXicfswxh6Y6fl2PIFqT2CfjD+FkBPU1iT9qyJYH
A38IRvwNtcitFgCeZwdGPoxiPPh1WHY8VxpUVBv/2JsUtrB/rAIbGqZoxAIWvijJ
Pe9o1TY3VlOzk9ASZ1AeatvOir+iDVJ5OpKmLnzc46QgGPUsjIyo6Sje9dxpGtoG
QQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
假设我们收到一个文件作为参数：
public static RSAPublicKey readPublicKey(File file) throws Exception {
String key = new String(Files.readAllBytes(file.toPath()), Charset.defaultCharset());
String publicKeyPEM = key
.replace("-----BEGIN PUBLIC KEY-----", "")
.replaceAll(System.lineSeparator(), "")
.replace("-----END PUBLIC KEY-----", "");
byte[] encoded = Base64.decodeBase64(publicKeyPEM);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(encoded);
return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);
}
如我们所见，首先我们需要删除页眉、页脚和新行。然后我们需要将Base64编码的字符串解码成对应的二进制格式。
接下来，我们需要将结果加载到能够处理公钥材料的密钥规范类中。在这种情况下，我们将使用X509EncodedKeySpec类。
最后，我们可以使用KeyFactory类从规范中生成一个公钥对象。
3.3 从PEM字符串中获取私钥
现在我们知道了如何读取公钥，读取私钥的算法也非常相似。
我们将使用PKCS8格式的PEM编码私钥，让我们看看页眉和页脚是什么样的：
-----BEGIN PRIVATE KEY-----
...Base64 encoded key...
-----END PRIVATE KEY-----
正如我们之前了解到的，我们需要一个能够处理PKCS8密钥材料的类。PKCS8EncodedKeySpec类填补了这个角色。
那么让我们看看算法：
public RSAPrivateKey readPrivateKey(File file) throws Exception {
String key = new String(Files.readAllBytes(file.toPath()), Charset.defaultCharset());
String privateKeyPEM = key
.replace("-----BEGIN PRIVATE KEY-----", "")
.replaceAll(System.lineSeparator(), "")
.replace("-----END PRIVATE KEY-----", "");
byte[] encoded = Base64.decodeBase64(privateKeyPEM);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(encoded);
return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);
}
4. 使用BouncyCastle库
4.1 读取公钥
我们将探索BouncyCastle库，并了解如何将其用作纯Java实现的替代方案。
让我们获取公钥：
public RSAPublicKey readPublicKey(File file) throws Exception {
KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance("RSA");
try (FileReader keyReader = new FileReader(file);
PemReader pemReader = new PemReader(keyReader)) {
PemObject pemObject = pemReader.readPemObject();
byte[] content = pemObject.getContent();
X509EncodedKeySpec pubKeySpec = new X509EncodedKeySpec(content);
return (RSAPublicKey) factory.generatePublic(pubKeySpec);
}
}
在使用BouncyCastle时，我们需要注意几个重要的类：
- PemReader：将Reader作为参数并解析其内容，它删除了不必要的标头并将底层Base64 PEM数据解码为二进制格式
- PemObject：存储PemReader生成的结果
让我们看看另一种将Java的类(X509EncodedKeySpec、KeyFactory)包装到BouncyCastle自己的类(JcaPEMKeyConverter)中的方法：
public RSAPublicKey readPublicKeySecondApproach(File file) throws IOException {
try (FileReader keyReader = new FileReader(file)) {
PEMParser pemParser = new PEMParser(keyReader);
JcaPEMKeyConverter converter = new JcaPEMKeyConverter();
SubjectPublicKeyInfo publicKeyInfo = SubjectPublicKeyInfo.getInstance(pemParser.readObject());
return (RSAPublicKey) converter.getPublicKey(publicKeyInfo);
}
}
4.2 读取私钥
现在我们将看到两个与上面显示的非常相似的示例。
在第一个示例中，我们只需要用PKCS8EncodedKeySpec类替换X509EncodedKeySpec类，并返回一个RSAPrivateKey对象而不是RSAPublicKey：
public RSAPrivateKey readPrivateKey(File file) throws Exception {
KeyFactory factory = KeyFactory.getInstance("RSA");
try (FileReader keyReader = new FileReader(file);
PemReader pemReader = new PemReader(keyReader)) {
PemObject pemObject = pemReader.readPemObject();
byte[] content = pemObject.getContent();
PKCS8EncodedKeySpec privKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(content);
return (RSAPrivateKey) factory.generatePrivate(privKeySpec);
}
}
现在让我们稍微修改一下上一节中的第二种方法，以便读取私钥：
public RSAPrivateKey readPrivateKeySecondApproach(File file) throws IOException {
try (FileReader keyReader = new FileReader(file)) {
PEMParser pemParser = new PEMParser(keyReader);
JcaPEMKeyConverter converter = new JcaPEMKeyConverter();
PrivateKeyInfo privateKeyInfo = PrivateKeyInfo.getInstance(pemParser.readObject());
return (RSAPrivateKey) converter.getPrivateKey(privateKeyInfo);
}
}
如我们所见，我们只是将SubjectPublicKeyInfo替换为PrivateKeyInfo并将RSAPublicKey替换为RSAPrivateKey。
4.3 优点
BouncyCastle库提供了几个优点。
一个优点是我们不需要手动跳过或删除页眉和页脚，另一个是我们也不负责Base64解码。因此，我们可以使用BouncyCastle编写不易出错的代码。
此外，BouncyCastle库也支持PKCS1格式。尽管PKCS1也是一种用于存储加密密钥(仅RSA密钥)的流行格式，但Java本身并不支持它。
5. 总结
在本文中，我们学习了如何从PEM文件中读取公钥和私钥。
首先，我们研究了一些关于公钥加密的关键概念。然后我们看到了如何使用纯Java读取公钥和私钥。
最后，我们探索了BouncyCastle库并发现它是一个很好的选择，因为与纯Java实现相比它提供了一些优势。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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