在没有库的情况下在 Java 中读取 PKCS#1 或 SPKI 公钥

Question

我需要使用公钥来验证 Java 中的某些数据，但我似乎无法以 Java 可以在没有第三方插件的情况下使用的方式格式化密钥。

我正在使用 Node.js 的 crypto 库生成密钥，这让我可以选择 PKCS#1 或 SPKI，以及 .pem 或 .der 文件格式。

我听说 Java 不支持开箱即用的 PKCS#1，而且 StackOverflow 上的几乎所有其他答案都建议使用 BouncyCastle 或类似的，但就我而言，我正在编写一个 SDK，并且只是不能仅仅为了读取这个公钥而使用图书馆。

所以我目前正在读取 .der 格式的密钥，因为它省去了剥离 PEM 标头并从 base-64 解码密钥。当我运行它时，我得到了错误：

java.security.spec.InvalidKeySpecException: java.lang.RuntimeException: error:0c0000be:ASN.1 encoding routines:OPENSSL_internal:WRONG_TAG

这就是我所拥有的（抱歉，它是在 Kotlin 中，而不是像标题所暗示的那样是 Java）

// Here's a key for convenience
val key = Base64.getDecoder().decode("MFUCTgF/uLsPBS13Gy7C3dPpiDF6SYCLUyyl6CFqPtZT1h5bwKR9EDFLQjG/kMiwkRMcmEeaLKe5qdj9W/FfFitwRAm/8F53pQw2UETKQI2b2wIDAQAB");

val keySpec = X509EncodedKeySpec(key)
val keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA")
val publicKey = keyFactory.generatePublic(keySpec) // error thrown here

val cipher = Cipher.getInstance("RSA/NONE/PKCS1Padding")
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey)

目前我最好的想法是在 Node.js 端安装一个库，这样问题较小，以支持将密钥导出为 PKCS#8，但我想我会先检查一下我是否缺少任何东西。

Answer 1

以下代码将 PKCS#1 编码的公钥转换为 SubjectPublicKeyInfo 编码的公钥，这是 RSA KeyFactory 使用 X509EncodedKeySpec 接受的公钥编码 - 因为 SubjectPublicKeyInfo 在 X.509 规范中定义。

基本上这是一个低级的DER编码方案

1. 将 PKCS#1 编码的密钥包装成一个位串（标记 0x03，以及未使用位数的编码，一个字节值 0x00）；
2. 在前面添加 RSA 算法标识符序列（RSA OID + 一个空参数） - 预编码为字节数组常量；
3. 最后将两者放入一个序列中（标签0x30）。

没有使用任何库。实际上，对于createSubjectPublicKeyInfoEncoding，甚至不需要导入语句。

---

import java.security.KeyFactory;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.Base64;

public class PKCS1ToSubjectPublicKeyInfo {

    private static final int SEQUENCE_TAG = 0x30;
    private static final int BIT_STRING_TAG = 0x03;
    private static final byte[] NO_UNUSED_BITS = new byte[] { 0x00 };
    private static final byte[] RSA_ALGORITHM_IDENTIFIER_SEQUENCE =
            {(byte) 0x30, (byte) 0x0d,
                    (byte) 0x06, (byte) 0x09, (byte) 0x2a, (byte) 0x86, (byte) 0x48, (byte) 0x86, (byte) 0xf7, (byte) 0x0d, (byte) 0x01, (byte) 0x01, (byte) 0x01,
                    (byte) 0x05, (byte) 0x00};


    public static RSAPublicKey decodePKCS1PublicKey(byte[] pkcs1PublicKeyEncoding)
            throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException
    {
        byte[] subjectPublicKeyInfo2 = createSubjectPublicKeyInfoEncoding(pkcs1PublicKeyEncoding);
        KeyFactory rsaKeyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        RSAPublicKey generatePublic = (RSAPublicKey) rsaKeyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(subjectPublicKeyInfo2));
        return generatePublic;
    }

    public static byte[] createSubjectPublicKeyInfoEncoding(byte[] pkcs1PublicKeyEncoding)
    {
        byte[] subjectPublicKeyBitString = createDEREncoding(BIT_STRING_TAG, concat(NO_UNUSED_BITS, pkcs1PublicKeyEncoding));
        byte[] subjectPublicKeyInfoValue = concat(RSA_ALGORITHM_IDENTIFIER_SEQUENCE, subjectPublicKeyBitString);
        byte[] subjectPublicKeyInfoSequence = createDEREncoding(SEQUENCE_TAG, subjectPublicKeyInfoValue);

        return subjectPublicKeyInfoSequence;
    }

    private static byte[] concat(byte[] ... bas)
    {
        int len = 0;
        for (int i = 0; i < bas.length; i++)
        {
            len += bas[i].length;
        }

        byte[] buf = new byte[len];
        int off = 0;
        for (int i = 0; i < bas.length; i++)
        {
            System.arraycopy(bas[i], 0, buf, off, bas[i].length);
            off += bas[i].length;
        }

        return buf;
    }

    private static byte[] createDEREncoding(int tag, byte[] value)
    {
        if (tag < 0 || tag >= 0xFF)
        {
            throw new IllegalArgumentException("Currently only single byte tags supported");
        }

        byte[] lengthEncoding = createDERLengthEncoding(value.length);

        int size = 1 + lengthEncoding.length + value.length;
        byte[] derEncodingBuf = new byte[size];

        int off = 0;
        derEncodingBuf[off++] = (byte) tag;
        System.arraycopy(lengthEncoding, 0, derEncodingBuf, off, lengthEncoding.length);
        off += lengthEncoding.length;
        System.arraycopy(value, 0, derEncodingBuf, off, value.length);

        return derEncodingBuf;
    }   

    private static byte[] createDERLengthEncoding(int size)
    {
        if (size <= 0x7F)
        {
            // single byte length encoding
            return new byte[] { (byte) size };
        }
        else if (size <= 0xFF)
        {
            // double byte length encoding
            return new byte[] { (byte) 0x81, (byte) size };
        }
        else if (size <= 0xFFFF)
        {
            // triple byte length encoding
            return new byte[] { (byte) 0x82, (byte) (size >> Byte.SIZE), (byte) size };
        }

        throw new IllegalArgumentException("size too large, only up to 64KiB length encoding supported: " + size);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        // some weird 617 bit key, which is way too small and not a multiple of 8
        byte[] pkcs1PublicKeyEncoding = Base64.getDecoder().decode("MFUCTgF/uLsPBS13Gy7C3dPpiDF6SYCLUyyl6CFqPtZT1h5bwKR9EDFLQjG/kMiwkRMcmEeaLKe5qdj9W/FfFitwRAm/8F53pQw2UETKQI2b2wIDAQAB");
        RSAPublicKey generatePublic = decodePKCS1PublicKey(pkcs1PublicKeyEncoding);
        System.out.println(generatePublic);
    }
}

---

注意事项：

• NoSuchAlgorithmException 应该被抓住并放入RuntimeException；
• 私有方法createDERLengthEncoding 可能不应该接受负数。
• 更大的密钥尚未经过测试，请验证 createDERLengthEncoding 是否有效 - 我认为它可以工作，但最好是安全而不是抱歉。