PHP OpenSSL RSA 加密解密完整實作：金鑰生成、公私鑰加解密、簽名驗簽、Base64 安全傳輸

前言

RSA 非對稱加密是資料傳輸安全、數位簽名、API 鑑權的基石。PHP 透過 OpenSSL 擴展提供完整 RSA 功能。本文涵蓋：金鑰對生成、PKCS#1/PKCS#8 格式、公鑰加密/私鑰解密、私鑰簽名/公鑰驗證、Base64 編碼安全傳輸、常見坑與最佳實踐。

1. 生成 RSA 金鑰對

 2048,          // 建議 2048+ 位，1024 已不安全
    'private_key_type' => OPENSSL_KEYTYPE_RSA,
];

// 生成私鑰資源
$res = openssl_pkey_new($config);

// 導出私鑰 (PKCS#1 格式，傳統 PEM)
openssl_pkey_export($res, $private_key_pem);
// 可選加密: openssl_pkey_export($res, $private_key_pem, 'passphrase');

// 導出公鑰
$pubkey_detail = openssl_pkey_get_details($res);
$public_key_pem = $pubkey_detail['key'];

echo "=== 私鑰 ===\n$private_key_pem\n";
echo "=== 公鑰 ===\n$public_key_pem\n";

// 儲存到檔案 (生產環境請設定嚴格權限 600)
file_put_contents('private_key.pem', $private_key_pem);
file_put_contents('public_key.pem', $public_key_pem);

OpenSSL 指令列生成 (更推薦，可離線、可加密)

# 生成 2048 位私鑰 (加密)
openssl genrsa -aes256 -out private_key.pem 2048

# 導出公鑰
openssl rsa -in private_key.pem -pubout -out public_key.pem

# 轉換為 PKCS#8 格式 (Java/.NET 相容)
openssl pkcs8 -topk8 -inform PEM -in private_key.pem -out private_key_pkcs8.pem -nocrypt

2. 載入金鑰資源

3. 加密與解密


關鍵限制：資料長度

  

    
金鑰長度
最大加密資料 (PKCS#1 v1.5 padding)
最大加密資料 (OAEP padding)
  
  

    
1024 bits
117 bytes
86 bytes
    
2048 bits
245 bytes
214 bytes
    
4096 bits
501 bytes
470 bytes
  


  
⚠️ 超長資料加密方案：混合加密 (Hybrid Encryption)
  

    
生成隨機 AES-256 金鑰 (32 bytes)
    
用 AES-256-GCM 加密大量資料
    
用 RSA 公鑰加密 AES 金鑰
    
傳輸: RSA加密的AES金鑰 + AES加密的資料 + IV + TAG
  


4. 數位簽名與驗證 (標準流程)
 比對 PKCS#1 v1.5 結構中的 hash

5. 完整可執行範例
 2048, 'private_key_type' => OPENSSL_KEYTYPE_RSA];
    $res = openssl_pkey_new($config);
    openssl_pkey_export($res, $private_key_pem);
    $public_key_pem = openssl_pkey_get_details($res)['key'];
    file_put_contents('private_key.pem', $private_key_pem);
    file_put_contents('public_key.pem', $public_key_pem);
} else {
    $private_key_pem = file_get_contents('private_key.pem');
    $public_key_pem = file_get_contents('public_key.pem');
}

$priv = openssl_pkey_get_private($private_key_pem);
$pub = openssl_pkey_get_public($public_key_pem);

// 測試資料
$tests = [
    "短字串",
    "中等長度字串: 這是一段測試資料，包含中文、English、數字 123、符號 !@#。",
    str_repeat("長字串測試 ", 50),  // 超過 RSA 直接加密限制
];

foreach ($tests as $i => $data) {
    echo "=== 測試 $i: 長度 " . strlen($data) " ===\n";
    
    // 混合加密演示 (簡化版)
    if (strlen($data) > 200) {
        echo "資料過長，實際應用請用混合加密 (AES + RSA)\n";
        continue;
    }
    
    // 公鑰加密
    $enc = '';
    openssl_public_encrypt($data, $enc, $pub);
    $enc_b64 = base64_encode($enc);
    
    // 私鑰解密
    $dec = '';
    openssl_private_decrypt(base64_decode($enc_b64), $dec, $priv);
    
    echo "原文: " . mb_substr($data, 0, 50) . "...\n";
    echo "解密: " . mb_substr($dec, 0, 50) . "...\n";
    echo "匹配: " . ($data === $dec ? "✓" : "✗") . "\n\n";
}

// 釋放資源
openssl_free_key($priv);
openssl_free_key($pub);

6. 常見坑與解決方案

  

    
問題
原因
解決
  
  

    

      
openssl_pkey_get_private 失敗
      
私鑰有密語、格式非 PKCS#1、檔案權限、換行符
      
傳入密語陣列 `[$pem, 'pass']`、轉 PKCS#8、chmod 600、確保 PEM 格式正確
    
    

      
加密資料過長錯誤
      
超過金鑰長度限制
      
使用混合加密 (AES + RSA)
    
    

      
Base64 編碼 URL 不安全
      
標準 Base64 含 + / =
      
用 strtr($b64, '+/=', '-_,') 或 base64url_encode
    
    

      
跨語言互通失敗
      
Padding 模式不同 (PKCS#1 v1.5 vs OAEP)、金鑰格式 (PKCS#1 vs PKCS#8)
      
統一 OAEP + PKCS#8，或雙方協商參數
    
    

      
效能差
      
RSA 運算慢，頻繁生成金鑰
      
金鑰重用、混合加密、考慮 ECC (openssl_pkey_new(['curve_name'=>'secp256r1']))
    
  


線上工具推薦

  
密碼安全性在線檢測
  
高強度密碼生成器
  
MD5 在線加密工具
  
迅雷/快車/旋風 URL 加密解密工具
  
在線雜湊/哈希算法加密工具


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