Java 生成 RSA 非對稱加密公鑰私鑰對並保存到文件

RSA 非對稱加密廣泛用於客戶端-服務端機密通信：客戶端用公鑰加密，服務端用私鑰解密。本文提供完整的密鑰對生成、序列化保存工具類，採用標準 Java Security API，支援 512-2048 位密鑰長度。

核心實現

import java.io.*;
import java.security.*;
import java.security.spec.*;

public class RsaKeyPairGenerator {

    /**
     * 生成 RSA 密鑰對並保存到指定目錄
     * @param keySize 密鑰長度（512-2048，建議 2048）
     * @param outputDir 保存目錄路徑
     * @throws Exception 生成或 IO 失敗
     */
    public static void generateAndSave(int keySize, String outputDir) throws Exception {
        if (keySize < 512 || keySize > 2048) {
            throw new IllegalArgumentException("密鑰長度必須在 512-2048 之間");
        }
        File dir = new File(outputDir);
        if (!dir.exists() && !dir.mkdirs()) {
            throw new IOException("無法創建輸出目錄: " + outputDir);
        }

        KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        kpg.initialize(keySize);
        KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();

        PublicKey publicKey = kp.getPublic();
        PrivateKey privateKey = kp.getPrivate();

        // 保存公鑰 (X.509 格式)
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File(dir, "public_key.der"));
             ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos)) {
            oos.writeObject(publicKey);
        }

        // 保存私鑰 (PKCS#8 格式)
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File(dir, "private_key.der"));
             ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos)) {
            oos.writeObject(privateKey);
        }
    }

    /** 從文件加載公鑰 */
    public static PublicKey loadPublicKey(String path) throws Exception {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis)) {
            return (PublicKey) ois.readObject();
        }
    }

    /** 從文件加載私鑰 */
    public static PrivateKey loadPrivateKey(String path) throws Exception {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(path);
             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis)) {
            return (PrivateKey) ois.readObject();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            generateAndSave(2048, "keys/rsa_2048");
            System.out.println("密鑰對生成完成，保存至 keys/rsa_2048/");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

關鍵說明

• 密鑰長度：建議 2048 位，1024 位已不安全，512 极不安全。
• 序列化格式：使用 Java 序列化（ObjectOutputStream）保存 Key 對象，實際為 X.509 (公鑰) 和 PKCS#8 (私鑰) 編碼，通用性強。
• 替代格式：若需 PEM 格式（Base64 + Header/Footer），可用 Base64.getEncoder() 編碼 key.getEncoded() 字節數組。
• 安全提示：私鑰文件必須嚴格保護權限（chmod 600），不得洩露。

加密解密示例（補充）

import javax.crypto.Cipher;

public class RsaCrypto {
    public static byte[] encrypt(PublicKey publicKey, byte[] data) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    public static byte[] decrypt(PrivateKey privateKey, byte[] encrypted) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        return cipher.doFinal(encrypted);
    }
}

注意：RSA 只能加密小於密鑰長度的數據（2048 位約 245 字節）。大數據應採用混合加密：隨機生成 AES 密鑰加密數據，再用 RSA 加密 AES 密鑰。