Java实现RSA加密解密无编译错误但无输出，求代码问题排查

代码问题汇总 #

• 问题1：私钥计算逻辑错误
  代码注释明确要求私钥是公钥对(p-1)*(q-1)（即欧拉函数φ(n)）求模逆，但实际代码里对modulus（也就是p*q）求逆，完全不符合RSA规则，且未校验公钥和φ(n)互素，会直接抛出ArithmeticException导致程序终止无输出。
• 问题2：BigInteger类型的解密方法逻辑错误
  RSA解密规则是c^d mod n，原代码调用了modInverse求逆元，完全不是解密逻辑，无法还原明文。
• 问题3：字符串类型的加解密方法未实现RSA逻辑
  原字符串加解密只是单纯做了Base64编解码，没有用到公钥、私钥做任何运算，完全不符合功能要求。
• 问题4：缺少φ(n)的全局变量存储
  生成密钥对必须用到欧拉函数φ(n)，需要提前计算存储。

修正后代码 #

package project4;

import java.math.BigInteger;
import java.util.Base64;
import java.util.Random;

public class PKC {
    BigInteger p, q, public_key, private_key, modulus, phi;
    Random rnd= new Random();   

    PKC() { 
        p = BigInteger.probablePrime(1024, rnd);
        q = p.nextProbablePrime();
        modulus = p.multiply(q);
        // 提前计算欧拉函数φ(n)
        phi = p.subtract(BigInteger.ONE).multiply(q.subtract(BigInteger.ONE));
    }

    void genKeyPair() {
        public_key = BigInteger.probablePrime(20, rnd);
        // 校验公钥和φ(n)互素，不满足就重新生成公钥
        while (phi.gcd(public_key).compareTo(BigInteger.ONE) != 0) {
            public_key = BigInteger.probablePrime(20, rnd);
        }
        // 私钥对φ(n)求模逆
        private_key = public_key.modInverse(phi);
    }

    String encrypt(String m) {
        // 字符串转BigInteger走RSA加密，再转Base64输出
        BigInteger mBig = new BigInteger(m.getBytes());
        BigInteger cBig = encrypt(mBig);
        return Base64.getEncoder().encodeToString(cBig.toByteArray());
    }

    String decrypt(String c) {
        // Base64解码转BigInteger走RSA解密，再转字符串
        byte[] cBytes = Base64.getDecoder().decode(c);
        BigInteger cBig = new BigInteger(cBytes);
        BigInteger mBig = decrypt(cBig);
        return new String(mBig.toByteArray());
    }

    BigInteger encrypt(BigInteger m) {
        return m.modPow(public_key, modulus);
    }

    BigInteger decrypt(BigInteger c) {
        // 解密用modPow，参数是私钥和模数
        return c.modPow(private_key, modulus);
    }

    public static void main(String[] args) {
        PKC pkc = new PKC(); 
        pkc.genKeyPair();
        System.out.printf("p: %d\n\nq: %d\n\npublic key: %d\n\nprivate key: %d\n\nmodulus: %d\n\n", 
                pkc.p, pkc.q, pkc.public_key, pkc.private_key, pkc.modulus); 
        BigInteger m = new BigInteger("438709437431787");
        BigInteger c = pkc.encrypt(m);
        System.out.printf("plaintext: %d\n\nciphertext: %d\n\ndecrypted text: %d\n\n", m, c, pkc.decrypt(c));
        String plaintext = "test message";
        String ciphertext = pkc.encrypt(plaintext);
        System.out.printf("plaintext: %s\n\nciphertext: %s\n\ndecrypted text: %s\n\n", plaintext, ciphertext, pkc.decrypt(ciphertext));
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者foxtrotuniform