加密与安全_PGP、OpenPGP和GPG加密通信协议

文章目录

  • PGP
  • OpenPGP
  • GPG
  • 工作原理
  • 工作流程
  • 用途
  • 案例说明
    • 过程
  • 代码实现
    • pom依赖
    • PgpEncryptionUtil
    • PgpDecryptionUtil
    • CommonUtils
    • PgpEncryptionTest
  • 小结

在这里插入图片描述

PGP

PGP (Pretty Good Privacy) 是一种加密通信协议，用于保护电子邮件和文件的安全性和隐私。它通过使用加密、数字签名和压缩技术来确保数据的保密性、完整性和可验证性。

GP最初由麻省理工学院的Nick embrace和Eric Hughes开发，后来由Phil Zimmermann进一步发展。它使用公钥加密和私钥解密的机制，以确保只有信息的接收者才能解密和阅读邮件内容。

PGP的主要优点是它易于使用，并能在大多数流行的电子邮件客户端中集成。然而，随着更高级的加密技术和标准（如OpenPGP和GPG）的出现，PGP已经在一定程度上被这些新标准取代。

PGP不仅仅用于电子邮件，它也可以用于加密文件和数据。

  1. 加密和解密: PGP 使用对称加密和非对称加密相结合的方式来实现加密和解密。发送方使用接收方的公钥对消息进行加密，接收方使用自己的私钥对消息进行解密。此外，PGP 还支持对数据进行数字签名，以确保数据的完整性和验证发送方的身份。

  2. 密钥管理: PGP 使用密钥对来管理加密和解密过程。每个用户都有一个公钥和一个私钥。公钥用于加密消息，私钥用于解密消息。这些密钥对可以通过密钥服务器或密钥交换方式获取。

  3. 数字签名: PGP 允许用户使用自己的私钥对消息进行数字签名。接收方可以使用发送方的公钥验证签名，以确保消息的完整性和发送方的身份。

  4. 信任模型: PGP 使用基于信任的模型来验证密钥的真实性。用户可以通过直接交换密钥、使用信任链或通过信任服务器来建立信任。

  5. 开放标准: PGP 是一种开放标准，意味着任何人都可以实现和使用该协议，而不受限于特定的厂商或供应商。

总的来说，PGP 是一种强大的加密协议，用于保护通信内容的机密性和完整性，同时提供身份验证机制。它广泛用于电子邮件和文件加密，以确保用户的数据安全和隐私。

OpenPGP和GPG（GNU Privacy Guard）是PGP（Pretty Good Privacy）的开放标准和自由软件实现。 随着时间的推移，PGP的标准和实现逐渐演进，OpenPGP和GPG就是其中的两个重要发展。

OpenPGP

OpenPGP是一个开放标准，它定义了一种用于加密和数字签名数据的协议。这个标准允许不同的加密软件相互兼容，这意味着使用不同OpenPGP实现的用户可以安全地交换加密信息。OpenPGP标准是由RFC 4880定义的，它包括了公钥和私钥的生成、交换和验证方法，以及加密和签名的算法。

GPG

GPG是OpenPGP的一个流行实现，它是GNU项目的一部分，由GNU通用公共许可证（GPL）发布。GPG是一个命令行工具，可以在多种操作系统中运行，包括Linux、macOS和Windows。GPG提供了创建和验证数字签名、加密文件和电子邮件以及安全地交换密钥等功能。

GPG的核心组件包括：

  • keyring：用于存储公钥和私钥。
  • gpg：命令行工具，用于执行加密、解密、签名和验证等操作。
  • gpgconf：用于配置GPG的命令行工具。
  • gpg-agent：一个守护进程，用于提供密钥管理、加密和服务器功能。

GPG的使用场景包括：

  • 安全地交换电子邮件和文件。
  • 验证软件的完整性和来源。
  • 保护个人隐私和商业机密。

工作原理

PGP（Pretty Good Privacy）涉及加密、数字签名和密钥管理等关键步骤

在这里插入图片描述

  1. 密钥生成: 用户生成一对公钥和私钥。公钥用于加密消息，私钥用于解密消息和生成数字签名。

  2. 加密: 发送方使用接收方的公钥来加密消息。这样，只有拥有相应私钥的接收方才能解密消息。

  3. 数字签名: 发送方使用自己的私钥对消息进行签名。接收方使用发送方的公钥验证签名，确保消息的完整性和发送方的身份。

  4. 密钥管理: 用户可以通过密钥服务器或直接交换密钥的方式来管理和共享公钥。

工作流程

  1. 密钥交换: 发送方和接收方需要交换公钥。这可以通过密钥服务器、直接交换或其他安全渠道完成。

  2. 加密消息:

    • 发送方选择要发送的消息，并使用接收方的公钥对消息进行加密。
    • 发送方可以选择使用对称加密算法来加密消息内容，然后再使用接收方的公钥来加密对称密钥，这样可以提高效率。
    • 发送方发送加密后的消息给接收方。

  3. 解密消息:

    • 接收方使用自己的私钥解密接收到的消息。
    • 如果消息有数字签名，接收方使用发送方的公钥验证签名。

  4. 数字签名验证:

    • 接收方使用发送方的公钥验证数字签名，确保消息的完整性和发送方的身份。

  5. 信任管理:

    • 用户可以建立信任关系，以确保使用其他用户的公钥时其真实性。
    • 信任关系可以通过直接交换密钥、信任链或信任服务器来建立。

总的来说，PGP的工作原理涉及加密、数字签名和密钥管理，通过这些步骤保证了消息的机密性、完整性和可验证性。

用途

在这里插入图片描述

PGP 本质上有三个主要用途：

  • 发送和接收加密电子邮件。
  • 验证向你发送消息的人的身份。
  • 加密文件。

案例说明

假设Alice和Bob是两个使用PGP加密通信的用户。他们希望通过电子邮件进行安全通信，以保护其消息的机密性和完整性。

过程

  1. 密钥生成:

    • Alice 和 Bob 分别生成一对公钥和私钥。

  2. 密钥交换:

    • Alice 将她的公钥发送给 Bob，而 Bob 也将他的公钥发送给 Alice。这可以通过安全的电子邮件或其他安全通道完成。

  3. 加密消息:

    • Alice 决定向 Bob 发送一封加密的电子邮件。
    • Alice 使用 Bob 的公钥将邮件内容进行加密。
    • Alice 还可以选择使用对称加密算法来加密邮件内容，然后再使用 Bob 的公钥来加密对称密钥，以提高效率。

  4. 解密消息:

    • Bob 收到 Alice 发送的加密邮件后，使用自己的私钥解密邮件内容。
    • 如果邮件有数字签名，Bob 使用 Alice 的公钥验证签名，确保邮件的完整性和 Alice 的身份。

  5. 数字签名验证:

    • 如果 Alice 在邮件中添加了数字签名，Bob 使用 Alice 的公钥验证签名，以确保邮件的完整性和 Alice 的身份。

  6. 信任管理:

    • Alice 和 Bob 可能通过直接交换公钥或使用信任服务器来建立信任关系，以确保对方公钥的真实性。

在这个案例中，Alice 和 Bob 使用PGP协议加密和解密他们之间的通信，同时还可以使用数字签名来确保消息的完整性和验证发送方的身份。通过这种方式，他们可以安全地交换信息，而不用担心被未经授权的第三方窃取或篡改。

代码实现

在Java中完全实现PGP协议需要使用第三方库，因为PGP是一个复杂的加密协议。常用的库之一是Bouncy Castle.

在这里插入图片描述

pom依赖

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<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.artisan</groupId>
    <artifactId>pgp-encryption</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
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                    <target>8</target>
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        </plugins>
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    <dependencies>
        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/junit/junit -->
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
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        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.bouncycastle/bcpkix-jdk15on -->
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            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bcpkix-jdk15on</artifactId>
            <version>1.70</version>
            <scope>compile</scope>
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            <groupId>org.projectlombok</groupId>
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        <!-- https://mvnrepository.com/artifact/commons-io/commons-io -->
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            <groupId>commons-io</groupId>
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            <version>2.11.0</version>
        </dependency>

    </dependencies>


</project>

PgpEncryptionUtil

package com.artisan.pgpUtils;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Getter;
import org.apache.commons.io.IOUtils;
import org.bouncycastle.bcpg.ArmoredOutputStream;
import org.bouncycastle.bcpg.CompressionAlgorithmTags;
import org.bouncycastle.bcpg.SymmetricKeyAlgorithmTags;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPCompressedDataGenerator;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPEncryptedDataGenerator;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPException;
import org.bouncycastle.openpgp.operator.jcajce.JcePGPDataEncryptorBuilder;
import org.bouncycastle.openpgp.operator.jcajce.JcePublicKeyKeyEncryptionMethodGenerator;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.file.Files;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;
import java.util.Objects;

/**
 * @author artisan
 */
@Getter
@Builder
@AllArgsConstructor
public class PgpEncryptionUtil {

    /**
     * 将Bouncy Castle添加到JVM中
     */
    static {
        // 将Bouncy Castle添加到JVM中
        if (Objects.isNull(Security.getProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME))) {
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        }
    }

    /**
     * 压缩算法，默认为ZIP
     */
    @Builder.Default
    private int compressionAlgorithm = CompressionAlgorithmTags.ZIP;

    /**
     * 对称密钥算法，默认为AES-128
     */
    @Builder.Default
    private int symmetricKeyAlgorithm = SymmetricKeyAlgorithmTags.AES_128;

    /**
     * 是否启用ASCII Armor，默认为true
     */
    @Builder.Default
    private boolean armor = true;


    /**
     * 是否启用完整性检查，默认为true
     */
    @Builder.Default
    private boolean withIntegrityCheck = true;

    /**
     * 缓冲区大小，默认为65536字节
     */
    @Builder.Default
    private int bufferSize = 1 << 16;

    /**
     * 加密方法，将明文数据使用公钥进行加密
     *
     * @param encryptOut
     * @param clearIn
     * @param length
     * @param publicKeyIn
     * @throws IOException
     * @throws PGPException
     */
    public void encrypt(OutputStream encryptOut, InputStream clearIn, long length, InputStream publicKeyIn)
            throws IOException, PGPException {
        // 创建压缩数据生成器
        PGPCompressedDataGenerator compressedDataGenerator =
                new PGPCompressedDataGenerator(compressionAlgorithm);
        // 创建PGP加密数据生成器
        PGPEncryptedDataGenerator pgpEncryptedDataGenerator = new PGPEncryptedDataGenerator(
                // 配置加密数据生成器
                new JcePGPDataEncryptorBuilder(symmetricKeyAlgorithm)
                        .setWithIntegrityPacket(withIntegrityCheck)
                        .setSecureRandom(new SecureRandom())
                        .setProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME)
        );
        // 添加公钥
        pgpEncryptedDataGenerator.addMethod(new JcePublicKeyKeyEncryptionMethodGenerator(
                CommonUtils.getPublicKey(publicKeyIn)));
        // 如果启用ASCII Armor，则创建ArmoredOutputStream
        if (armor) {
            encryptOut = new ArmoredOutputStream(encryptOut);
        }
        // 打开加密输出流
        OutputStream cipherOutStream = pgpEncryptedDataGenerator.open(encryptOut, new byte[bufferSize]);
        // 将压缩数据生成器打开，并将明文数据以字面形式复制到加密输出流中
        CommonUtils.copyAsLiteralData(compressedDataGenerator.open(cipherOutStream), clearIn, length, bufferSize);
        // 依次关闭所有输出流
        compressedDataGenerator.close();
        cipherOutStream.close();
        encryptOut.close();
    }

    /**
     * 加密方法，返回加密后的字节数组
     *
     * @param clearData
     * @param pubicKeyIn
     * @return
     * @throws PGPException
     * @throws IOException
     */
    public byte[] encrypt(byte[] clearData, InputStream pubicKeyIn) throws PGPException, IOException {
        ByteArrayInputStream inputStream = new ByteArrayInputStream(clearData);
        ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();
        encrypt(outputStream, inputStream, clearData.length, pubicKeyIn);
        return outputStream.toByteArray();
    }

    // 加密方法，返回加密后的输入流
    public InputStream encrypt(InputStream clearIn, long length, InputStream publicKeyIn)
            throws IOException, PGPException {
        File tempFile = File.createTempFile("pgp-", "-encrypted");
        encrypt(Files.newOutputStream(tempFile.toPath()), clearIn, length, publicKeyIn);
        return Files.newInputStream(tempFile.toPath());
    }

    /**
     * 加密方法，将明文数据使用公钥字符串进行加密
     *
     * @param clearData
     * @param publicKeyStr
     * @return
     * @throws PGPException
     * @throws IOException
     */
    public byte[] encrypt(byte[] clearData, String publicKeyStr) throws PGPException, IOException {
        return encrypt(clearData, IOUtils.toInputStream(publicKeyStr, Charset.defaultCharset()));
    }

    /**
     * 加密方法，返回加密后的输入流
     *
     * @param clearIn
     * @param length
     * @param publicKeyStr
     * @return
     * @throws IOException
     * @throws PGPException
     */
    public InputStream encrypt(InputStream clearIn, long length, String publicKeyStr) throws IOException, PGPException {
        return encrypt(clearIn, length, IOUtils.toInputStream(publicKeyStr, Charset.defaultCharset()));
    }
}

PgpDecryptionUtil

 package com.artisan.pgpUtils;

import org.apache.commons.io.IOUtils;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPEncryptedData;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPEncryptedDataList;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPException;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPPrivateKey;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPPublicKeyEncryptedData;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPSecretKey;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPSecretKeyRingCollection;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPUtil;
import org.bouncycastle.openpgp.jcajce.JcaPGPObjectFactory;
import org.bouncycastle.openpgp.operator.jcajce.JcaKeyFingerprintCalculator;
import org.bouncycastle.openpgp.operator.jcajce.JcePBESecretKeyDecryptorBuilder;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.nio.charset.Charset;
import java.security.Security;
import java.util.Iterator;
import java.util.Objects;

/**
 * @author artisan
 */
public class PgpDecryptionUtil {

    static {
        // 将Bouncy Castle添加到JVM中
        if (Objects.isNull(Security.getProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME))) {
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        }
    }

    /**
     * 私钥密码
     */
    private final char[] passCode;

    /**
     * 密钥环集合
     */
    private final PGPSecretKeyRingCollection pgpSecretKeyRingCollection;

    /**
     * @param privateKeyIn
     * @param passCode
     * @throws IOException
     * @throws PGPException
     */
    public PgpDecryptionUtil(InputStream privateKeyIn, String passCode) throws IOException, PGPException {
        this.passCode = passCode.toCharArray(); // 将密码转换为字符数组
        // 从输入流中读取PGP密钥环集合
        this.pgpSecretKeyRingCollection = new PGPSecretKeyRingCollection(PGPUtil.getDecoderStream(privateKeyIn)
                , new JcaKeyFingerprintCalculator());
    }

    /**
     * @param privateKeyStr
     * @param passCode
     * @throws IOException
     * @throws PGPException
     */
    public PgpDecryptionUtil(String privateKeyStr, String passCode) throws IOException, PGPException {
        // 将私钥字符串转换为输入流
        this(IOUtils.toInputStream(privateKeyStr, Charset.defaultCharset()), passCode);
    }

    /**
     * 查找指定ID的私钥
     *
     * @param keyID
     * @return
     * @throws PGPException
     */
    private PGPPrivateKey findSecretKey(long keyID) throws PGPException {
        // 从密钥环中获取指定ID的私钥
        PGPSecretKey pgpSecretKey = pgpSecretKeyRingCollection.getSecretKey(keyID);
        // 使用密码解密私钥
        return pgpSecretKey == null ? null : pgpSecretKey.extractPrivateKey(new JcePBESecretKeyDecryptorBuilder()
                .setProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME).build(passCode));
    }

    /**
     * 解密方法，将加密输入流解密为明文输出流
     *
     * @param encryptedIn
     * @param clearOut
     * @throws PGPException
     * @throws IOException
     */
    public void decrypt(InputStream encryptedIn, OutputStream clearOut)
            throws PGPException, IOException {
        // 去除ASCII Armor并返回底层的二进制加密流
        encryptedIn = PGPUtil.getDecoderStream(encryptedIn);
        JcaPGPObjectFactory pgpObjectFactory = new JcaPGPObjectFactory(encryptedIn);

        Object obj = pgpObjectFactory.nextObject();
        // 第一个对象可能是标记数据包
        PGPEncryptedDataList pgpEncryptedDataList = (obj instanceof PGPEncryptedDataList)
                ? (PGPEncryptedDataList) obj : (PGPEncryptedDataList) pgpObjectFactory.nextObject();

        PGPPrivateKey pgpPrivateKey = null;
        PGPPublicKeyEncryptedData publicKeyEncryptedData = null;

        Iterator<PGPEncryptedData> encryptedDataItr = pgpEncryptedDataList.getEncryptedDataObjects();
        while (pgpPrivateKey == null && encryptedDataItr.hasNext()) {
            publicKeyEncryptedData = (PGPPublicKeyEncryptedData) encryptedDataItr.next();
            pgpPrivateKey = findSecretKey(publicKeyEncryptedData.getKeyID()); // 查找私钥
        }

        if (Objects.isNull(publicKeyEncryptedData)) {
            throw new PGPException("无法生成PGPPublicKeyEncryptedData对象");
        }

        if (pgpPrivateKey == null) {
            throw new PGPException("无法提取私钥");
        }
        CommonUtils.decrypt(clearOut, pgpPrivateKey, publicKeyEncryptedData); // 调用通用解密方法
    }

    /**
     * 解密方法，将加密字节数组解密为明文字节数组
     *
     * @param encryptedBytes
     * @return
     * @throws PGPException
     * @throws IOException
     */
    public byte[] decrypt(byte[] encryptedBytes) throws PGPException, IOException {
        ByteArrayInputStream encryptedIn = new ByteArrayInputStream(encryptedBytes);
        ByteArrayOutputStream clearOut = new ByteArrayOutputStream();
        // 调用解密方法
        decrypt(encryptedIn, clearOut);
        // 将解密后的明文字节数组返回
        return clearOut.toByteArray();
    }
}

CommonUtils

package com.artisan.pgpUtils;

import org.apache.commons.io.IOUtils;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPCompressedData;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPException;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPLiteralData;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPLiteralDataGenerator;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPOnePassSignatureList;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPPrivateKey;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPPublicKey;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPPublicKeyEncryptedData;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPPublicKeyRing;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPPublicKeyRingCollection;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPUtil;
import org.bouncycastle.openpgp.jcajce.JcaPGPObjectFactory;
import org.bouncycastle.openpgp.operator.PublicKeyDataDecryptorFactory;
import org.bouncycastle.openpgp.operator.jcajce.JcaKeyFingerprintCalculator;
import org.bouncycastle.openpgp.operator.jcajce.JcePublicKeyDataDecryptorFactoryBuilder;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.sql.Date;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneOffset;
import java.util.Arrays;
import java.util.Iterator;
import java.util.Optional;

/**
 * @author artisan
 */
public class CommonUtils {

    /**
     * 使用提供的私钥解密公钥加密数据，并将其写入输出流
     *
     * @param clearOut               要写入数据的输出流
     * @param pgpPrivateKey          私钥实例
     * @param publicKeyEncryptedData 公钥加密数据实例
     * @throws IOException  IO相关错误
     * @throws PGPException PGP相关错误
     */
    static void decrypt(OutputStream clearOut, PGPPrivateKey pgpPrivateKey, PGPPublicKeyEncryptedData publicKeyEncryptedData) throws IOException, PGPException {
        PublicKeyDataDecryptorFactory decryptorFactory = new JcePublicKeyDataDecryptorFactoryBuilder()
                .setProvider(BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME).build(pgpPrivateKey);
        InputStream decryptedCompressedIn = publicKeyEncryptedData.getDataStream(decryptorFactory);

        JcaPGPObjectFactory decCompObjFac = new JcaPGPObjectFactory(decryptedCompressedIn);
        PGPCompressedData pgpCompressedData = (PGPCompressedData) decCompObjFac.nextObject();

        InputStream compressedDataStream = new BufferedInputStream(pgpCompressedData.getDataStream());
        JcaPGPObjectFactory pgpCompObjFac = new JcaPGPObjectFactory(compressedDataStream);

        Object message = pgpCompObjFac.nextObject();

        if (message instanceof PGPLiteralData) {
            PGPLiteralData pgpLiteralData = (PGPLiteralData) message;
            InputStream decDataStream = pgpLiteralData.getInputStream();
            IOUtils.copy(decDataStream, clearOut);
            clearOut.close();
        } else if (message instanceof PGPOnePassSignatureList) {
            throw new PGPException("加密消息包含签名消息而不是文字数据");
        } else {
            throw new PGPException("消息不是简单加密文件 - 类型未知");
        }
        // 执行完整性检查
        if (publicKeyEncryptedData.isIntegrityProtected()) {
            if (!publicKeyEncryptedData.verify()) {
                throw new PGPException("消息未通过完整性检查");
            }
        }
    }

    /**
     * 将输入流中的数据复制到pgp文字数据，并写入提供的输出流
     *
     * @param outputStream 输出流，要写入其中的数据
     * @param in           要读取数据的输入流
     * @param length       要读取的数据长度
     * @param bufferSize   缓冲区大小，因为使用缓冲区加速复制
     * @throws IOException IO相关错误
     */
    static void copyAsLiteralData(OutputStream outputStream, InputStream in, long length, int bufferSize) throws IOException {
        PGPLiteralDataGenerator lData = new PGPLiteralDataGenerator();
        OutputStream pOut = lData.open(outputStream, PGPLiteralData.BINARY, PGPLiteralData.CONSOLE,
                Date.from(LocalDateTime.now().toInstant(ZoneOffset.UTC)), new byte[bufferSize]);
        byte[] buff = new byte[bufferSize];
        try {
            int len;
            long totalBytesWritten = 0L;
            while (totalBytesWritten <= length && (len = in.read(buff)) > 0) {
                pOut.write(buff, 0, len);
                totalBytesWritten += len;
            }
            pOut.close();
        } finally {
            // 清除缓冲区
            Arrays.fill(buff, (byte) 0);
            // 关闭输入流
            in.close();
        }
    }

    /**
     * 从密钥输入流获取公钥
     *
     * @param keyInputStream 密钥输入流
     * @return PGPPublicKey实例
     * @throws IOException  IO相关错误
     * @throws PGPException PGP相关错误
     */
    static PGPPublicKey getPublicKey(InputStream keyInputStream) throws IOException, PGPException {
        PGPPublicKeyRingCollection pgpPublicKeyRings = new PGPPublicKeyRingCollection(
                PGPUtil.getDecoderStream(keyInputStream), new JcaKeyFingerprintCalculator());
        Iterator<PGPPublicKeyRing> keyRingIterator = pgpPublicKeyRings.getKeyRings();
        while (keyRingIterator.hasNext()) {
            PGPPublicKeyRing pgpPublicKeyRing = keyRingIterator.next();
            Optional<PGPPublicKey> pgpPublicKey = extractPGPKeyFromRing(pgpPublicKeyRing);
            if (pgpPublicKey.isPresent()) {
                return pgpPublicKey.get();
            }
        }
        throw new PGPException("无效的公钥");
    }

    private static Optional<PGPPublicKey> extractPGPKeyFromRing(PGPPublicKeyRing pgpPublicKeyRing) {
        for (PGPPublicKey publicKey : pgpPublicKeyRing) {
            if (publicKey.isEncryptionKey()) {
                return Optional.of(publicKey);
            }
        }
        return Optional.empty();
    }

}

PgpEncryptionTest

package com.artisan.pgpUtils;

import org.apache.commons.io.IOUtils;
import org.bouncycastle.bcpg.CompressionAlgorithmTags;
import org.bouncycastle.bcpg.SymmetricKeyAlgorithmTags;
import org.bouncycastle.openpgp.PGPException;
import org.junit.AfterClass;
import org.junit.Before;
import org.junit.BeforeClass;
import org.junit.Test;
import org.junit.rules.TemporaryFolder;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.URISyntaxException;
import java.net.URL;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.file.Files;
import java.util.Optional;

import static org.junit.Assert.assertEquals;

public class PgpEncryptionTest {

    public static final TemporaryFolder tempFolder = new TemporaryFolder();

    private PgpEncryptionUtil pgpEncryptionUtil = null;
    private PgpDecryptionUtil pgpDecryptionUtil = null;

    /**
     * 加载资源文件的辅助方法
     * @param resourcePath
     * @return
     */
    private static URL loadResource(String resourcePath) {
        return Optional.ofNullable(PgpEncryptionTest.class.getResource(resourcePath))
                .orElseThrow(() -> new IllegalArgumentException("Resource not found"));
    }

    private static final String passkey = "dummy";
    private final URL privateKey = loadResource("/private.pgp");
    private final URL publicKey = loadResource("/public.pgp");

    private final URL testFile = loadResource("/Sample_CSV_5300kb.csv");

    private static final String testString = "This text needs to be PGP encrypted";

    /**
     * 在测试类运行之前创建临时文件夹
     * @throws IOException
     */
    @BeforeClass
    public static void construct() throws IOException {
        tempFolder.delete();
        tempFolder.create();
    }

    /**
     * 在测试类运行之后清理临时文件夹
     */
    @AfterClass
    public static void destroy() {
        tempFolder.delete();
    }

    /**
     *  初始化方法，在每个测试方法运行之前执行
     */
    @Before
    public void init() {
        // 初始化加密工具类
        pgpEncryptionUtil = PgpEncryptionUtil.builder()
                .armor(true)
                .compressionAlgorithm(CompressionAlgorithmTags.ZIP)
                .symmetricKeyAlgorithm(SymmetricKeyAlgorithmTags.AES_128)
                .withIntegrityCheck(true)
                .build();

        try {
            // 初始化解密工具类
            pgpDecryptionUtil = new PgpDecryptionUtil(privateKey.openStream(), passkey);
        } catch (IOException | PGPException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     *  测试字节数组加密
     * @throws IOException
     * @throws PGPException
     */
    @Test
    public void testByteEncryption() throws IOException, PGPException {
        // 加密测试字节数组
        byte[] encryptedBytes = pgpEncryptionUtil.encrypt(testString.getBytes(Charset.defaultCharset()),
                publicKey.openStream());
        // 解密生成的加密字节数组
        byte[] decryptedBytes = pgpDecryptionUtil.decrypt(encryptedBytes);
        // 将解密后的字节数组转换为字符串，并与原始测试字符串进行比较
        assertEquals(testString, new String(decryptedBytes, Charset.defaultCharset()));
    }

    /**
     * 测试文件加密
     * @throws IOException
     * @throws URISyntaxException
     * @throws PGPException
     */
    @Test
    public void testFileEncryption() throws IOException, URISyntaxException, PGPException {
        // 生成一个从测试文件生成的PGP加密临时文件
        File encryptedFile = tempFolder.newFile();
        File originalFile = new File(testFile.toURI());
        try (OutputStream fos = Files.newOutputStream(encryptedFile.toPath())) {
            pgpEncryptionUtil.encrypt(fos, Files.newInputStream(originalFile.toPath()), originalFile.length(),
                    publicKey.openStream());
        }
        // 解密生成的PGP加密临时文件，并写入另一个临时文件
        File decryptedFile = tempFolder.newFile();
        pgpDecryptionUtil.decrypt(Files.newInputStream(encryptedFile.toPath()), Files.newOutputStream(decryptedFile.toPath()));
        // 比较原始文件内容与解密后的文件内容
        assertEquals(IOUtils.toString(Files.newInputStream(originalFile.toPath()), Charset.defaultCharset()),
                IOUtils.toString(Files.newInputStream(decryptedFile.toPath()), Charset.defaultCharset()));
    }

    /**
     * 测试输入流加密
     * @throws IOException
     * @throws URISyntaxException
     * @throws PGPException
     */
    @Test
    public void testInputStreamEncryption() throws IOException, URISyntaxException, PGPException {
        // 生成一个从测试文件生成的PGP加密输入流
        File originalFile = new File(testFile.toURI());
        InputStream encryptedIn = pgpEncryptionUtil.encrypt(Files.newInputStream(originalFile.toPath()), originalFile.length(), publicKey.openStream());
        // 解密生成的输入流，并写入临时文件
        File decryptedFile = tempFolder.newFile();
        pgpDecryptionUtil.decrypt(encryptedIn, Files.newOutputStream(decryptedFile.toPath()));
        // 比较原始文件内容与解密后的文件内容
        assertEquals(IOUtils.toString(Files.newInputStream(originalFile.toPath()), Charset.defaultCharset()),
                IOUtils.toString(Files.newInputStream(decryptedFile.toPath()), Charset.defaultCharset()));
    }

    /**
     * 使用新配置测试字节数组加密
     * @throws IOException
     * @throws PGPException
     */
    @Test
    public void testByteEncryptionWithNewConf() throws IOException, PGPException {
        pgpEncryptionUtil = PgpEncryptionUtil.builder()
                .armor(false)
                .compressionAlgorithm(CompressionAlgorithmTags.BZIP2)
                .symmetricKeyAlgorithm(SymmetricKeyAlgorithmTags.BLOWFISH)
                .withIntegrityCheck(false)
                .build();
        // 加密测试字节数组
        byte[] encryptedBytes = pgpEncryptionUtil.encrypt(testString.getBytes(Charset.defaultCharset()),
                publicKey.openStream());
        // 解密生成的加密字节数组
        byte[] decryptedBytes = pgpDecryptionUtil.decrypt(encryptedBytes);
        // 将解密后的字节数组转换为字符串，并与原始测试字符串进行比较
        assertEquals(testString, new String(decryptedBytes, Charset.defaultCharset()));
    }
}

在这里插入图片描述

小结

当我们在互联网上发送电子邮件或文件时，我们希望它们的内容能够保密，并且我们希望确认发送方的身份和数据的完整性。这就是PGP（Pretty Good Privacy）的作用。

想象一下，你有一把钥匙。这把钥匙有两个部分：一个是公钥，一个是私钥。

  • 公钥：就像你家门口的邮箱钥匙一样，你可以把它给任何人。任何人都可以用你的公钥锁住一份文件，但只有你才能用你的私钥打开它。

  • 私钥：就像你的家里的钥匙一样，只有你有它。你用它来打开那些别人用你的公钥锁住的文件。

当你想给某人发送私密信息时，你会使用他们的公钥来加密消息。然后，只有他们可以使用自己的私钥来解密消息。这样，即使在传输过程中，即使有人截获了消息，他们也无法阅读它，因为他们没有私钥。

此外，PGP还可以用于数字签名。就像在一封信上签名一样，数字签名证明了发送方的身份和消息的完整性。发送方使用自己的私钥对消息进行签名，然后接收方使用发送方的公钥来验证签名，确保消息没有被篡改，并且是来自于发送方的。

总而言之，PGP是一种用于保护电子邮件和文件安全的加密技术，它通过使用公钥和私钥来加密和解密消息，并通过数字签名来验证消息的来源和完整性。

在这里插入图片描述

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