为什么 KeyPairGenerator.genKeyPair() 这么慢

Question

我有一些 Java 代码，当我运行函数时，KeyPairGenerator.genKayPair()它可以工作 40 秒或更长时间。如何改变这种状况？如果我跑

openssl req -x509 -nodes -days 365 -newkey rsa:4096 -keyout server.key -out cert.pem 

它的工作 3 秒。慢代码：

KeyPairGenerator gen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
SecureRandom random = new SecureRandom();
gen.initialize(4096, random);        
keyPair = gen.generateKeyPair();        
PublicKey pubk = keyPair.getPublic();
PrivateKey prvk = keyPair.getPrivate();

Answer 1

首先，虽然 Java 在业务逻辑方面肯定很快，但优化的 C 代码（在它很重要的地方使用汇编）在密码学方面将使其脱颖而出。

Java 将用于BigInteger执行这些计算，并且BigInteger- 并不总是包含针对所有功能的本机优化方法。请注意，在发布此答案时，Oracle JDK / OpenJDK进行了多项更改，并且确实允许从 JDK 8 开始的多种方法的内在函数BigInteger，包括蒙哥马利乘法。脚本语言通常比 Java 糟糕得多，除非它们调用本机代码。

Java 也需要时间来优化字节码。这意味着如果多次调用它，它会运行得更快。因此，您至少需要先调用一个密钥生成器，以查看如果在您的应用程序中多次调用这样的方法会发生什么。在这种情况下，运行时间可能太高，以至于它已经能够优化——这取决于 VM 实现。

RSA 密钥生成主要取决于找到两个大小约为密钥大小一半的大素数。寻找大素数是一个非常占用 CPU 的过程。它还依赖于随机数生成器来创建起点。所以实际使用的随机数生成器实现有很大的不同 -特别是如果随机数生成器在没有足够的熵可用时会阻塞。因此，请尝试使用可用的随机数生成器，直到找到一个足够快且足够安全的生成器。

寻找一定长度的质数是一个没有指定运行时间的过程；该过程不是确定性的。选择一个非常大的数字（在这种情况下，大小约为 4096 / 2 = 2048 位）并开始测试后续数字是否为质数。这就是重击您的 CPU 的原因。因此，您需要计算生成素数的平均运行时间 - 以防您生成大量素数 - 否则您将不得不忍受所需时间的不确定性。

不过，这一切都没有实际意义。一般来说，您不需要大量的 RSA 密钥——您为每个用户生成一到三个。所以这只会在以下情况下成为问题：

1. 你有很多用户
2. 您有一个需要大量密钥对的协议或
3. 您需要非常大的 RSA 密钥。

如果您想以更快的方式生成密钥对，您可以执行以下操作：

1. 获得Provider已知快速的 Java 的本机实现，例如使用本机代码或专用硬件（如 HSM）；
2. 切换到另一种密钥对生成速度较快的算法，例如椭圆曲线密码术；
3. 使用生成密钥openssl并在您的 Java 应用程序中导入/使用它们。

通常虽然您需要修复协议而不是密钥对生成器。通常您只使用不需要经常生成的静态密钥对。