R的极客理想系列文章，涵盖了R的思想，使用，工具，创新等的一系列要点，以我个人的学习和体验去诠释R的强大。

R语言作为统计学一门语言，一直在小众领域闪耀着光芒。直到大数据的爆发，R语言变成了一门炙手可热的数据分析的利器。随着越来越多的工程背景的人的加入，R语言的社区在迅速扩大成长。现在已不仅仅是统计领域，教育，银行，电商，互联网….都在使用R语言。

要成为有理想的极客，我们不能停留在语法上，要掌握牢固的数学，概率，统计知识，同时还要有创新精神，把R语言发挥到各个领域。让我们一起动起来吧，开始R的极客理想。

关于作者：

• 张丹，分析师/程序员/Quant: R,Java,Nodejs
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前言

我们在日常的数据通信过程中，互联网各种应用软件，虽然让我们越来越方便，但也存在各种隐私泄露，数据被盗取的情况。基于我们对RSA、AES和证书的知识，结合R语言工具，自治一个数据通讯系统吧，保证自己在和别人传输数据过程中的数据隐私。

由于最近对密码学产生兴趣，让用R语言做一个密码学的访问，因此对R语言中openssl包进行了研究，本文为openssl的第四篇文章，用R语言实现RSA+AES混合加密。openssl的文章分别是，R语言进行非对称加密RSA，R语言进行AES对称加密，R语言配合openssl生成管理应用x509证书，用R语言实现RSA+AES混合加密

加密算法涉及到密码学的很多深入的知识，我并没有深入研究，本文只针对于openssl的使用，如果有任何与专业教材不符合的描述，请以专业教材为准。

目录

1. 用openssl生成秘钥key
2. RSA+AES混合加密

1. 用openssl生成秘钥key

用openssl包，有6种秘钥的生成方案，分别是aes秘钥，rsa秘钥，dsa秘钥，ec秘钥，x25519秘钥，ed25519秘钥。

• aes_keygen(length = 16)，AES对称加密，只有一个秘钥。
• rsa_keygen(bits = 2048)，RSA非对称加密，包括公钥和私钥。
• dsa_keygen(bits = 1024)，DSA非对称加密，包括公钥和私钥。
• ec_keygen(curve = c(“P-256”, “P-384”, “P-521”))，椭圆曲线非对称加密，包括公钥和私钥。
• x25519_keygen()，非对称加密，包括公钥和私钥。
• ed25519_keygen()，非对称加密，包括公钥和私钥。

生成AES的秘钥

# 生成秘钥
> aes<-aes_keygen(length = 16);aes
aes e0:ad:28:fa:05:04:c0:6b:7c:ba:ad:f9:00:1d:44:22 

# 查看结构
> str(aes)
 'aes' raw [1:16] e0 ad 28 fa ...

生成RSA公钥和私钥

code>
# 生成秘钥
> rsa<-rsa_keygen(bits = 2048);rsa
[2048-bit rsa private key]
md5: c4db98bb1d161082cc41b56b5863cce9
sha256: c4d58b626f4e7ebc20fe12830bd7e1b647ef12151672008eaf9bf709bdbeee50

# 查看结构
> str(rsa)
List of 4
 $ type  : chr "rsa"
 $ size  : int 2048
 $ pubkey:List of 5
  ..$ type       : chr "rsa"
  ..$ size       : int 2048
  ..$ ssh        : chr "ssh-rsa AAAAB3NzaC1yc2EAAAADAQABAAABAQCt7BCaSxvC4UkPiDcwrZFgliC960t+uo+cGMRivq ..."
  ..$ fingerprint: 'hash' raw [1:32] c4 d5 8b 62 ...
  ..$ data       :List of 2
  .. ..$ e: 'bignum' raw [1:3] 01 00 01
  .. ..$ n: 'bignum' raw [1:257] 00 ad ec 10 ...
 $ data  :List of 8
  ..$ e : 'bignum' raw [1:3] 01 00 01
  ..$ n : 'bignum' raw [1:257] 00 ad ec 10 ...
  ..$ p : 'bignum' raw [1:129] 00 e7 61 0c ...
  ..$ q : 'bignum' raw [1:129] 00 c0 6d d7 ...
  ..$ d : 'bignum' raw [1:256] 2e 20 dc 4e ...
  ..$ dp: 'bignum' raw [1:128] 4b 61 43 ce ...
  ..$ dq: 'bignum' raw [1:129] 00 92 1c 55 ...
  ..$ qi: 'bignum' raw [1:129] 00 af 11 51 ...

# 获得公钥
> rsa$pubkey
[2048-bit rsa public key]
md5: c4db98bb1d161082cc41b56b5863cce9
sha256: c4d58b626f4e7ebc20fe12830bd7e1b647ef12151672008eaf9bf709bdbeee50

其他的非对称加密算法的生成公钥和私钥的代码，与RSA的代码结构是一致的。

2. RSA+AES混合加密

在前面两篇文章中，我们已经分别掌握了AES对称加密技术和RSA非对称加密技术，两种技术其实都自己的特征和使用的场景。

• AES对称加密技术，加密和解密使用同一个密钥，加密速度快，密钥最长只有256个bit，执行速度快，易于硬件实现，但只有一个秘钥，一方泄露就会不安全。
• RSA非对称加密技术，使用公钥加密和私钥解密，加密速度慢，私钥长度可以设置1024bit，2048bit，4096bit，长度越长，越安全，但是生成密钥越慢，加解密也越耗时。

结合上面两种加密技术的特征，我们可以设计一套RSA+AES混合加密方案，让数据加密传输能够使用到两种技术的优点。

方案优势：

• 单纯的使用 RSA（非对称加密）方式的话，效率会很低，因为非对称加密解密方式虽然很保险，但是过程复杂，需要时间长；
• 但是，RSA 优势在于数据传输安全，且对于几个字节的数据，加密和解密时间基本可以忽略，所以用它加密 AES 秘钥（一般16个字节）再合适不过了；
• 单纯的使用 AES（对称加密）方式的话，死板且不安全。这种方式使用的密钥是一个固定的密钥，客户端和服务端是一样的，一旦密钥被人获取，那么，我们所发的每一条数据都会被都对方破解；
• 但是，AES有个很大的优点，那就是加密解密效率很高，而我们传输正文数据时，正号需要这种加解密效率高的，所以这种方式适合用于传输量大的数据内容；

我从互联网找了RSA+AES混合加密的一个设计思路，RSA+AES的混合加密时，AES用于给传输的数据加密，然后通过RSA给AES的秘钥加密，所以接收到数据后，就需要先解密得到AES的秘钥，然后通过AES秘钥再去解密得到数据。

我画了一个示意图：

操作步骤：

• 第1步，B系统：一次性，生成RSA私钥（rsa_key）和公钥（rsa_pubkey）。
• 第2步，A系统：一次性，生成AES秘钥(aes_key)，获得把RSA公钥(rsa_pubkey)，用RSA公钥对AES秘钥加密，生成(aes_key_mi)。
• 第3步，B系统：一次性，获得把加密后的AES秘钥(aes_key_mi),用RSA私钥（rsa_key）对AES私钥解密，得到(aes_key2)。
• 第4步，A系统：生成获得数据(dat)并进行序列化(dat_serial)，用AES秘钥(aes_key)进行加密生成(dat_mi)
• 第5步，B系统：获得加密后的数据(dat_mi)，用AES秘钥(aes_key2)进行解密(x_serial2)，再反序列化获得原始数据(dat2)。

接下来，我们用R语言来模拟实现。

第一步，B系统：一次性，生成RSA私钥（rsa_key）和公钥（rsa_pubkey）。

# RSA私钥
> rsa_key <- rsa_keygen();rsa_key
[2048-bit rsa private key]
md5: 2fbb4bada8e942967577155c8d0e3251
sha256: 29e6aaabfd49fe884c505ed12130eb61d32090e8251503b2f69bb06a6c23c3c5

# RSA公钥
> rsa_pubkey <- rsa_key$pubkey; rsa_pubkey
[2048-bit rsa public key]
md5: 2fbb4bada8e942967577155c8d0e3251
sha256: 29e6aaabfd49fe884c505ed12130eb61d32090e8251503b2f69bb06a6c23c3c5

第2步，A系统：一次性，生成AES秘钥(aes_key)，获得把RSA公钥(rsa_pubkey)，用RSA公钥对AES秘钥加密，生成(aes_key_mi)。

 
# RSA公钥
> rsa_pubkey
[2048-bit rsa public key]
md5: 2fbb4bada8e942967577155c8d0e3251
sha256: 29e6aaabfd49fe884c505ed12130eb61d32090e8251503b2f69bb06a6c23c3c5

# AES秘钥
> aes_key <- aes_keygen();aes_key
aes d5:bf:bd:f0:6a:05:0b:f7:0d:04:4f:68:64:f5:7c:02 

# 把AES秘钥加密
> aes_key_mi <- rsa_encrypt(aes_key, rsa_pubkey)

第3步，B系统：一次性，获得把加密后的AES秘钥(aes_key_mi),用RSA私钥（rsa_key）对AES私钥解密，得到(aes_key2)。

code>
# 获得加密后的AES秘钥
> aes_key_mi

# 用RSA私钥对AES私钥解密
> aes_key2<-rsa_decrypt(aes_key_mi,rsa_key);aes_key2
 [1] d5 bf bd f0 6a 05 0b f7 0d 04 4f 68 64 f5 7c 02

第4步，A系统：生成获得数据(dat)并进行序列化(dat_serial)，用AES秘钥(aes_key)进行加密生成(dat_mi)。

> # 原始数据
> dat<-iris[1:3,];dat
  Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width Species
1          5.1         3.5          1.4         0.2  setosa
2          4.9         3.0          1.4         0.2  setosa
3          4.7         3.2          1.3         0.2  setosa

# 序列化
> dat_serial <- serialize(dat, NULL)

# 用AES秘钥进行加密生成
> dat_mi <- aes_cbc_encrypt(x_serial, key = aes_key)

第5步，B系统：获得加密后的数据(dat_mi)，用AES秘钥(aes_key2)进行解密(x_serial2)，再反序列化获得原始数据(dat2)。

# 获得加密数据
> dat_mi

# 解密
> dat_serial2<-aes_cbc_decrypt(dat_mi,aes_key2);x_serial2

# 反序列化
> dat2<-unserialize(x_serial2);dat2
  Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width Species
1          5.1         3.5          1.4         0.2  setosa
2          4.9         3.0          1.4         0.2  setosa
3          4.7         3.2          1.3         0.2  setosa

有了本文的思路基础，接下来就可以自己设计一套软件程序了，把重要的信息加密，给对的人，也不怕中间过程被截获了。话说微信传输，已经没有隐私可言了，只能信自己了。

本文是介绍openssl包使用的第四篇文章，原想着R语言做密码学知识到哪天才能用上，没想到马上就用上了。

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