RSA 密钥对是非对称加密的基础——SSH 登录、TLS 证书、JWT 签名、代码签名，背后都是它。这篇文章讲清 RSA 的原理、密钥大小怎么选、PEM 和 JWK 格式有什么区别，以及如何在浏览器里安全生成密钥，私钥全程不离开本机。

RSA 密钥对怎么工作

RSA 是非对称算法：一对密钥由两把数学上关联的钥匙组成。

  • 公钥 — 可以公开分发。任何人都能用它加密数据或验证签名。
  • 私钥 — 必须保密。用于解密数据或创建签名。

安全性依赖大半素数分解的计算困难性。给定一个公钥，要还原私钥就需要对一个几百位的数进行因式分解——以现有算力无法实现。

密钥对由两个大质数 p 和 q 共同生成。公钥包含模数 n = p × q 和公开指数（通常是 65537）。私钥包含 p、q 及用于高效解密的派生值。

密钥大小怎么选

大小安全强度适用场景
1024 位已被破解，禁止使用仅限遗留系统
2048 位约 112 位安全强度通用、TLS、SSH
4096 位约 140 位安全强度高安全要求、长期证书

2048 位是安全的默认选择。 它对当前几乎所有应用场景都足够，GitHub SSH、Let’s Encrypt、AWS KMS 均接受。

4096 位适合保护使用周期超过 10 年的数据，或组织安全策略有明确要求的场景。代价是运算开销更大——4096 位的 RSA 签名/验签大约比 2048 位慢 4 倍。

NIST 建议 2048 位 RSA 至少用到 2030 年。如果新系统设计周期较长，3072 位是折中选择。

密钥格式详解

PEM 格式

最常见的格式——DER 结构经 Base64 编码后加 ASCII 头尾：

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEA...
-----END PUBLIC KEY-----
-----BEGIN PRIVATE KEY-----
MIIEvgIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCBKgwggSkAgEA...
-----END PRIVATE KEY-----

PEM 文件使用 .pem、.key、.crt 或 .pub 扩展名，视用途而定。OpenSSL、nginx、大多数 SSH 客户端和 AWS Certificate Manager 都接受此格式。

JWK 格式（JSON Web Key）

Web 场景专用的 JSON 表示，主要用于 OAuth 2.0 和 JOSE（JSON 对象签名与加密）：

{
  "kty": "RSA",
  "n": "0vx7agoebGcQSuuPiLJXZptN9nndrQmbXEps2aiAFb...",
  "e": "AQAB",
  "alg": "RS256",
  "use": "sig"
}

OIDC 身份提供商通过 JWKS 端点发布公钥，客户端用这些公钥验证 JWT。如果你在构建一个用 RSA 签发 JWT 的 API，就需要暴露 JWKS 端点。

PKCS#1 vs PKCS#8

旧工具生成的私钥头部是 -----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----（PKCS#1 格式），现代工具倾向于使用 -----BEGIN PRIVATE KEY-----（PKCS#8 格式，与算法无关的封装）。两者都包含 RSA 密钥材料，区别只在封装格式。大多数现代库两者都接受。

在浏览器中生成 RSA 密钥

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所有计算在浏览器中通过 Web Crypto API 完成。私钥从不离开你的机器——没有服务器接收它，页面加载后甚至可以离线使用。

操作步骤：

  1. 选择密钥大小（2048 或 4096 位）
  2. 选择输出格式（PEM 或 JWK）
  3. 点击生成——密钥对立即出现
  4. 分别复制并妥善保存

安全提示： 永远不要把生成的私钥粘贴到任何表单、Web 服务或云控制台。私钥应该存储在密钥链、密钥管理服务或 HSM 中。

实战场景

SSH 密钥认证

用 ssh-keygen 生成 SSH 密钥对：

ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "[email protected]"

公钥放到服务器的 ~/.ssh/authorized_keys，私钥留在本地 ~/.ssh/id_rsa。

CI/CD 流水线、Deploy Key 等程序化访问场景通常使用 RSA 2048。GitHub、GitLab、Bitbucket 均支持 RSA Deploy Key。

TLS 证书

TLS 证书是包含公钥的签名文档。向 CA 申请证书的流程：

# 生成私钥
openssl genrsa -out private.key 2048

# 生成 CSR（证书签名请求）
openssl req -new -key private.key -out request.csr

# CA 签名 CSR 后返回证书

私钥留在服务器，证书（含公钥）发送给浏览器。

JWT 签名（RS256）

RS256（RSA + SHA-256）是常用的 JWT 签名算法。API 服务器用私钥签发 token，客户端用公钥验证：

// Node.js — 签发
import jwt from 'jsonwebtoken';
import fs from 'fs';

const privateKey = fs.readFileSync('private.key');
const token = jwt.sign({ sub: 'user123', role: 'admin' }, privateKey, {
  algorithm: 'RS256',
  expiresIn: '1h'
});

// 验证（使用公钥或 JWKS 端点）
const publicKey = fs.readFileSync('public.key');
const payload = jwt.verify(token, publicKey, { algorithms: ['RS256'] });

当多个服务需要独立验证 token 时，RS256 比 HS256（共享密钥）更合适——每个服务只需要公钥，不需要知道签名密钥。

软件签名

包管理器和更新系统用 RSA 签名构件，用户安装前验证签名：

# 签名
openssl dgst -sha256 -sign private.key -out signature.bin artifact.tar.gz

# 验证
openssl dgst -sha256 -verify public.key -signature signature.bin artifact.tar.gz

为什么浏览器端生成更安全

很多在线工具在服务器上生成密钥对再通过 HTTPS 传给你，这有安全隐患：

  1. 服务器持有你的私钥副本
  2. 私钥在网络上传输
  3. 你无法验证服务器是否记录了日志

基于浏览器 Web Crypto API 的生成器完全规避了这三个问题。密钥对在你的 JavaScript 运行时中生成——私钥在浏览器内计算，从不传输。

私钥的安全存储

  • 开发环境： 存在 ~/.ssh/ 或本地 secrets 文件，通过 .gitignore 排除在 git 之外
  • 生产环境： 使用托管密钥服务——AWS Secrets Manager、HashiCorp Vault、Azure Key Vault
  • 高安全要求： 硬件安全模块（HSM）或云 KMS（AWS KMS、GCP Cloud KMS）——密钥从不离开硬件边界

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