RSA算法及其在iOS中的使用

ronaldj

因为项目中需要传输用户密码，为了安全需要用RSA加密，所以就学习了下RSA加密在iOS中的应用。
关于RSA的历史及原理，下面的两篇文章讲的很清楚了：
http://www.ruanyifeng.com/blog/2 ... rithm_part_one.html  
http://www.ruanyifeng.com/blog/2 ... rithm_part_two.html

简单来说，RSA建立在一个数学难题之上，就是大数分解：将两个大素数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难。至于为什么难，难在哪里那就是数学家的事了。。。
明白了这个就可以大致知道RSA的原理：非对称加密
（1）乙方生成两把密钥（公钥和私钥）。公钥是公开的，任何人都可以获得，私钥则是保密的。
（2）甲方获取乙方的公钥，然后用它对信息加密。
（3）乙方得到加密后的信息，用私钥解密。

就好比有一套特殊的锁和钥匙，锁是公开的，谁都可以拿这个锁来锁住他的东西，只有有钥匙的人可以打开。
那么问题来了，既然锁是公开的，难道不能通过锁的结构来倒推出钥匙的形状吗？
答案是：不能！因为这个锁是特殊的，它就特殊在很难倒推。（这个倒不是绝对的，也许将来某一天大数分解的数学难题解决了，这种算法就不安全了，详见开头链接）

我遇到的应用场景是，客户端有服务器的公钥，客户端要把用户的密码用公钥加密上后上传到服务器，服务器可以用私钥解密。
所以客户端要做的是，将需要加密的内容用服务器给的公钥进行RSA加密。
iOS上并没有直接的RSA加密API，所以需要折腾一下。
gitHub上的代码大同小异，主要是三个方法（抄自https://github.com/ideawu/Objective-C-RSA）
注意代码里有个kSecPaddingPKCS1是作者写死的，而我们的项目中需要传kSecPaddingNone才行！！！

1. + (NSData *)stripPublicKeyHeader:(NSData *)d_key{
   
2. // Skip ASN.1 public key header
   
3. if (d_key == nil) return(nil);
   
4. 
   
5. unsigned long len = [d_key length];
   
6. if (!len) return(nil);
   
7. 
   
8. unsigned char *c_key = (unsigned char *)[d_key bytes];
   
9. unsigned int  idx    = 0;
   
10. 
    
11. if (c_key[idx++] != 0x30) return(nil);
    
12. 
    
13. if (c_key[idx] > 0x80) idx += c_key[idx] - 0x80 + 1;
    
14. else idx++;
    
15. 
    
16. // PKCS #1 rsaEncryption szOID_RSA_RSA
    
17. static unsigned char seqiod[] =
    
18. { 0x30,   0x0d, 0x06, 0x09, 0x2a, 0x86, 0x48, 0x86, 0xf7, 0x0d, 0x01, 0x01,
    
19. 0x01, 0x05, 0x00 };
    
20. if (memcmp(&c_key[idx], seqiod, 15)) return(nil);
    
21. 
    
22. idx += 15;
    
23. 
    
24. if (c_key[idx++] != 0x03) return(nil);
    
25. 
    
26. if (c_key[idx] > 0x80) idx += c_key[idx] - 0x80 + 1;
    
27. else idx++;
    
28. 
    
29. if (c_key[idx++] != '\0') return(nil);
    
30. 
    
31. // Now make a new NSData from this buffer
    
32. return([NSData dataWithBytes:&c_key[idx] length:len - idx]);
    
33. }

复制代码

1. + (SecKeyRef)addPublicKey:(NSString *)key{
   
2. NSRange spos = [key rangeOfString:@"-----BEGIN PUBLIC KEY-----"];
   
3. NSRange epos = [key rangeOfString:@"-----END PUBLIC KEY-----"];
   
4. if(spos.location != NSNotFound && epos.location != NSNotFound){
   
5. NSUInteger s = spos.location + spos.length;
   
6. NSUInteger e = epos.location;
   
7. NSRange range = NSMakeRange(s, e-s);
   
8. key = [key substringWithRange:range];
   
9. }
   
10. key = [key stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\r" withString:@""];
    
11. key = [key stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\n" withString:@""];
    
12. key = [key stringByReplacingOccurrencesOfString:@"\t" withString:@""];
    
13. key = [key stringByReplacingOccurrencesOfString:@" "  withString:@""];
    
14. 
    
15. // This will be base64 encoded, decode it.
    
16. NSData *data = base64_decode(key);
    
17. data = [RSA stripPublicKeyHeader:data];
    
18. if(!data){
    
19. return nil;
    
20. }
    
21. 
    
22. NSString *tag = @"what_the_fuck_is_this";
    
23. NSData *d_tag = [NSData dataWithBytes:[tag UTF8String] length:[tag length]];
    
24. 
    
25. // Delete any old lingering key with the same tag
    
26. NSMutableDictionary *publicKey = [[NSMutableDictionary alloc] init];
    
27. [publicKey setObject:(__bridge id) kSecClassKey forKey:(__bridge id)kSecClass];
    
28. [publicKey setObject:(__bridge id) kSecAttrKeyTypeRSA forKey:(__bridge id)kSecAttrKeyType];
    
29. [publicKey setObject:d_tag forKey:(__bridge id)kSecAttrApplicationTag];
    
30. SecItemDelete((__bridge CFDictionaryRef)publicKey);
    
31. 
    
32. // Add persistent version of the key to system keychain
    
33. [publicKey setObject:data forKey:(__bridge id)kSecValueData];
    
34. [publicKey setObject:(__bridge id) kSecAttrKeyClassPublic forKey:(__bridge id)
    
35. kSecAttrKeyClass];
    
36. [publicKey setObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:(__bridge id)
    
37. kSecReturnPersistentRef];
    
38. 
    
39. CFTypeRef persistKey = nil;
    
40. OSStatus status = SecItemAdd((__bridge CFDictionaryRef)publicKey, &persistKey);
    
41. if (persistKey != nil){
    
42. CFRelease(persistKey);
    
43. }
    
44. if ((status != noErr) && (status != errSecDuplicateItem)) {
    
45. return nil;
    
46. }
    
47. 
    
48. [publicKey removeObjectForKey:(__bridge id)kSecValueData];
    
49. [publicKey removeObjectForKey:(__bridge id)kSecReturnPersistentRef];
    
50. [publicKey setObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:(__bridge id)kSecReturnRef];
    
51. [publicKey setObject:(__bridge id) kSecAttrKeyTypeRSA forKey:(__bridge id)kSecAttrKeyType];
    
52. 
    
53. // Now fetch the SecKeyRef version of the key
    
54. SecKeyRef keyRef = nil;
    
55. status = SecItemCopyMatching((__bridge CFDictionaryRef)publicKey, (CFTypeRef *)&keyRef);
    
56. if(status != noErr){
    
57. return nil;
    
58. }
    
59. return keyRef;
    
60. }

复制代码

1. + (NSString *)encryptData:(NSData *)data publicKey:(NSString *)pubKey{
   
2. 2 if(!data || !pubKey){
   
3. 3 return nil;
   
4. 4 }
   
5. 5 SecKeyRef keyRef = [RSA addPublicKey:pubKey];
   
6. 6 if(!keyRef){
   
7. 7 return nil;
   
8. 8 }
   
9. 9
   
10. 10 const uint8_t *srcbuf = (const uint8_t *)[data bytes];
    
11. 11 size_t srclen = (size_t)data.length;
    
12. 12
    
13. 13 size_t outlen = SecKeyGetBlockSize(keyRef) * sizeof(uint8_t);
    
14. 14 if(srclen > outlen - 11){
    
15. 15 CFRelease(keyRef);
    
16. 16 return nil;
    
17. 17 }
    
18. 18 void *outbuf = malloc(outlen);
    
19. 19
    
20. 20 OSStatus status = noErr;
    
21. 21 status = SecKeyEncrypt(keyRef,
    
22. 22   kSecPaddingNone, //原作者写的是kSecPaddingPKCS1，经春哥研究这里写成kSecPaddingNone才符合我们使用
    
23. 23   srcbuf,
    
24. 24   srclen,
    
25. 25   outbuf,
    
26. 26   &outlen
    
27. 27   );
    
28. 28 NSString *ret = nil;
    
29. 29 if (status != 0) {
    
30. 30 //NSLog(@"SecKeyEncrypt fail. Error Code: %ld", status);
    
31. 31 }else{
    
32. 32 NSData *data = [NSData dataWithBytes:outbuf length:outlen];
    
33. 33 ret = base64_encode_data(data);
    
34. 34 }
    
35. 35 free(outbuf);
    
36. 36 CFRelease(keyRef);
    
37. 37 return ret;
    
38. 38 }

复制代码

还有一篇文章可以参考：http://blog.iamzsx.me/show.html?id=155002


签名机制
仅仅加密某个参数是不够的，还需要保证请求没有被篡改，所以签名机制就很有必要。
比较简单和常用就是MD5签名：
拿到待签名的字符串A（比如某个url），将其与服务器约定好的密钥拼成新的字符串B，对B进行MD5算法得到签名C，
然后将C作为A的签名一起发送到服务器。
服务器收到请求后，对A用与客户端约定好的密钥进行相同的算法得到C’,如果C==C’，那就说明改请求没有被篡改过，
否则验证不通过

当然也可以做RSA签名
这个要比MD5签名要稍微麻烦一点，因为需要客户端生成公钥私钥对，基本流程也和MD5签名一样
拿到待签名的字符串A（比如某个url），将其用私钥加密得到的字符串B，然后将B和原数据A还有自己的公钥一起发送给服务器，
服务器收到请求，用公钥解密得到B',如果B==B'，则说明原数据没有被篡改过，否则验证不通过。

也有说这里得到B以后，需要再用服务器的公钥加密一遍得到C，将C和原数据和自己的公钥一起发送给服务器，
服务器收到之后，现需要用自己的私钥解密一遍得到C'，然后再用客户端公钥解密得到B'，然后同上。。。

RSA签名及验证我还没用到，所以具体怎么实现的还需要研究下，待补充！！！


HTTPS
https算是对RSA加密的一个典型应用吧，不过这个服务器的公钥私钥不是自己生产的，而是CA颁发的。
具体原理网上很多，其中一个：http://jingyan.baidu.com/article/2fb0ba4048e15500f3ec5f7e.html