Ver/Entschlüsseln mit asymmetrischer Crypto und Java

vorhergehende Artikel in: Java Security
12.06.2023

Als Fingerübung habe ich die beiden in einem der letzten Artikel vorgestellten Verfahren mal in Java implementiert.

Dazu bin ich davon ausgegangen, dass man ein Schlüsselpaar als PEM-Datei vorliegen hat (zum Versenden wird man natürlich nur den öffentlichen Schlüssel haben, aber das ist hier eine Fingerübung!).Das kann man mittels dieser Funktion hier zunächst mal einladen:

public static java.security.KeyPair readPemKeyPair(java.io.File file, char[] password) throws java.io.IOException
{
	java.security.KeyPair kp;
	try (java.io.FileReader keyReader = new java.io.FileReader(file))
	{
		org.bouncycastle.openssl.PEMParser pemParser = new org.bouncycastle.openssl.PEMParser(keyReader);
		org.bouncycastle.openssl.PEMDecryptorProvider decProv = new org.bouncycastle.openssl.jcajce.JcePEMDecryptorProviderBuilder().build(password);
		org.bouncycastle.openssl.jcajce.JcaPEMKeyConverter converter = new org.bouncycastle.openssl.jcajce.JcaPEMKeyConverter().setProvider("BC");

Object object = pemParser.readObject();

if (object instanceof org.bouncycastle.openssl.PEMEncryptedKeyPair) { CLASS_LOGGER.info("Encrypted key - we will use provided password"); kp = converter.getKeyPair(((org.bouncycastle.openssl.PEMEncryptedKeyPair) object).decryptKeyPair(decProv)); } else { CLASS_LOGGER.info("Unencrypted key - no password needed"); kp = converter.getKeyPair((org.bouncycastle.openssl.PEMKeyPair) object); } } return kp; }

Anschließend benutzt man entsprechende Methoden zum Ver- und Entschlüsseln - zunächst mit RSA-Schlüsselpaaren -, wobei das Ergebnis des Verschlüsselns der mit dem öffentlichen Schlüssel verschlüsselte AES-Schlüssel und der mit diesem AES-Schlüssel verschlüsselte eigentliche Klartext ist:

public static de.netsysit.util.CryptoContainer encryptRsaAes(java.lang.String message, java.security.PublicKey publicKey) throws IOException, NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException
{
	javax.crypto.Cipher cipher = javax.crypto.Cipher.getInstance("RSA");
	cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey );
	javax.crypto.SecretKey key = javax.crypto.KeyGenerator.getInstance("AES").generateKey();
	Cipher dcipher = Cipher.getInstance("AES");
	dcipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key );
	de.netsysit.util.CryptoContainer cryptoContainer=new de.netsysit.util.CryptoContainer();

cryptoContainer.setEncryptedData(dcipher.doFinal(message.getBytes())); cryptoContainer.setEncryptedKey(cipher.doFinal(key.getEncoded())); return cryptoContainer; }

Zum Entschlüsseln steht eine ähnliche Methode bereit, die als Input den privaten Schlüssel, den verschlüsselten AES-Schlüssel und die verschlüsselte Botschaft benötigt und den Klartext zurückliefert:

public static String decryptRsaAes(de.netsysit.util.CryptoContainer cryptoContainer, java.security.PrivateKey privateKey) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidKeyException, NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException
{
	javax.crypto.Cipher cipher = javax.crypto.Cipher.getInstance("RSA");;
	cipher.init(javax.crypto.Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey );
	byte[] raw=cipher.doFinal(cryptoContainer.getEncryptedKey());
	javax.crypto.spec.SecretKeySpec lclSKS = new javax.crypto.spec.SecretKeySpec(raw, 0,raw.length, "AES");
	javax.crypto.Cipher dcipher = javax.crypto.Cipher.getInstance("AES");
	dcipher.init(javax.crypto.Cipher.DECRYPT_MODE,lclSKS );
	byte[] clear=dcipher.doFinal(cryptoContainer.getEncryptedData());
	return new java.lang.String(clear);
}

Möchte man statt RSA- EC-Schlüsselpaare einsetzen, sieht das Ganze etwas anders aus. Zum Laden eines solchen Schlüsselpaares kann man die oben bereits gezeigte Methode ebenfalls nutzen. Das Verschlüsseln (ebenfalls mittels AES) funktioniert ein wenig anders - Zunächst muss man ein Shared Secret erzeugen:

public static javax.crypto.SecretKey generateSharedSecret(java.security.PrivateKey privateKey, java.security.PublicKey publicKey) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException
{
	javax.crypto.KeyAgreement keyAgreement = javax.crypto.KeyAgreement.getInstance("ECDH");
	keyAgreement.init(privateKey);
	keyAgreement.doPhase(publicKey, true);

javax.crypto.SecretKey key = keyAgreement.generateSecret("AES"); return key; }

Dazu benötigt man aber noch ein temporäres Schlüsselpaar - zur Erzeugung wird ein Teil des Schlüsselpaares des Empfängers in die Methode hineingegeben:

public static java.security.KeyPair generateEphemerealKeyPair(ECKey recvpubKey) throws InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchAlgorithmException
{
	java.security.KeyPairGenerator keyPairGenerator = java.security.KeyPairGenerator.getInstance("ECDH");

keyPairGenerator.initialize(recvpubKey.getParameters()); java.security.KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

return keyPair; }

Nun kann man sich an die eigentliche Verschlüsselung begeben:

public static de.netsysit.util.CryptoContainer encryptEcAES(java.lang.String message,java.security.PublicKey  recvpubKey) throws InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException
{
	org.bouncycastle.jce.interfaces.ECKey  ecKey=(org.bouncycastle.jce.interfaces.ECKey)recvpubKey;
	java.security.KeyPair ephkeyPair=generateEphemerealKeyPair(ecKey);
	javax.crypto.SecretKey shareedSecret = generateSharedSecret(ephkeyPair.getPrivate(), recvpubKey);
	Cipher dcipher = Cipher.getInstance("AES");
	dcipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,shareedSecret );
	de.netsysit.util.CryptoContainer cryptoContainer=new de.netsysit.util.CryptoContainer();
	cryptoContainer.setEncryptedData(dcipher.doFinal(message.getBytes()));
	cryptoContainer.setEncryptedKey(ephkeyPair.getPublic().getEncoded());
	return cryptoContainer;
}

Neben dem verschlüsselten Klartext ist hier der öffentliche Teil des teporären Schlüsselpaares an den Empfänger zu übersenden, der aus diesem und seinem privaten Schlüssel das Shared Secret rekonstruieren kann, das dann zum Entschlüsseln benutzt wird. Hier verlangt die Methode als Input den privaten Schlüssel, den öffentlichen Teil des temporären Schlüsselpaares und die verschlüsselte Botschaft als Input und liefert wieder den Klartext zurück:

public static java.lang.String decryptEcAES(de.netsysit.util.CryptoContainer cryptoContainer, java.security.PrivateKey privateKey) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, NoSuchPaddingException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidKeySpecException
{
	byte[] raw=cryptoContainer.getEncryptedKey();
	KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("EC");
	java.security.spec.EncodedKeySpec keySpec = new java.security.spec.X509EncodedKeySpec(raw);
	java.security.interfaces.ECPublicKey ephpublicKey = (java.security.interfaces.ECPublicKey)kf.generatePublic(keySpec);
	javax.crypto.spec.SecretKeySpec lclSKS = new javax.crypto.spec.SecretKeySpec(raw, 0,raw.length, "AES");
	javax.crypto.SecretKey shareedSecret= generateSharedSecret(privateKey,ephpublicKey);
	Cipher dcipher = javax.crypto.Cipher.getInstance("AES");
	dcipher.init(javax.crypto.Cipher.DECRYPT_MODE,shareedSecret );
	byte[] clear=dcipher.doFinal(cryptoContainer.getEncryptedData());
	return new java.lang.String(clear);
}

Zum Ausprobieren kann man Code ähnlich des folgenden benutzen:

//RSA
java.security.KeyPair keyPair=de.elbosso.util.security.Utilities.readPemKeyPair(new java.io.File("/tmp/RSAKeyPair.pem"),null);
de.netsysit.util.CryptoContainer cryptoContainer=de.elbosso.util.security.Utilities.encryptRsaAes("No more secrets!",keyPair.getPublic());
CLASS_LOGGER.debug(de.elbosso.util.security.Utilities.decryptRsaAes(cryptoContainer,keyPair.getPrivate()));
//EC
java.security.KeyPair recvkeyPair=de.elbosso.util.security.Utilities.readPemKeyPair(new java.io.File("/tmp/ECKeyPair.pem"),null);
cryptoContainer=de.elbosso.util.security.Utilities.encryptEcAES("No more EC secrets!",recvkeyPair.getPublic());
CLASS_LOGGER.debug(de.elbosso.util.security.Utilities.decryptEcAES(cryptoContainer,recvkeyPair.getPrivate()));

Und wieder der Hinweis, dass der Sender normalerweise natürlich nicht ein Schlüsselpaar zur Verfügung hat sondern nur den öffentlichen Teil eines solchen!

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Ich wünsche allen Lesern viel Spaß und hin und wieder einen kleinen AHA!-Effekt...

PS: Meine öffentlichen GitHub-Repositories findet man hier - meine öffentlichen GitLab-Repositories finden sich dagegen hier.