Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

2022-09-29 12:12:22

    加密解密，曾经是我一个毕业设计的重要组件。在工作了多年以后回想当时那个加密、解密算法，实在是太单纯了。Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC 
    言归正传，这里我们主要描述Java已经实现的一些加密解密算法，最后介绍数字证书。 
    如基本的单向加密算法：
  • BASE64 严格地说，属于编码格式，而非加密算法
  • MD5(Message Digest algorithm 5，信息摘要算法)
  • SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)
  • HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码)

复杂的对称加密（DES、PBE）、非对称加密算法：

  • DES(Data Encryption Standard，数据加密算法)
  • PBE(Password-based encryption，基于密码验证)
  • RSA(算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman)
  • DH(Diffie-Hellman算法，密钥一致协议)
  • DSA(Digital Signature Algorithm，数字签名)
  • ECC(Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学)

本篇内容简要介绍BASE64、MD5、SHA、HMAC几种方法。 
    MD5、SHA、HMAC这三种加密算法，可谓是非可逆加密，就是不可解密的加密方法。我们通常只把他们作为加密的基础。单纯的以上三种的加密并不可靠。

BASE64 
按照RFC2045的定义，Base64被定义为：Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.） 
常见于邮件、http加密，截取http信息，你就会发现登录操作的用户名、密码字段通过BASE64加密的。

Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

通过java代码实现如下：

  1. /**
  2. * BASE64解密
  3. *
  4. * @param key
  5. * @return
  6. * @throws Exception
  7. */
  8. public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
  9. return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
  10. }
  11. /**
  12. * BASE64加密
  13. *
  14. * @param key
  15. * @return
  16. * @throws Exception
  17. */
  18. public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
  19. return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
  20. }

主要就是BASE64Encoder、BASE64Decoder两个类，我们只需要知道使用对应的方法即可。另，BASE加密后产生的字节位数是8的倍数，如果不够位数以=符号填充。

MD5 
MD5 -- message-digest algorithm 5 （信息-摘要算法）缩写，广泛用于加密和解密技术，常用于文件校验。校验？不管文件多大，经过MD5后都能生成唯一的MD5值。好比现在的ISO校验，都是MD5校验。怎么用？当然是把ISO经过MD5后产生MD5的值。一般下载linux-ISO的朋友都见过下载链接旁边放着MD5的串。就是用来验证文件是否一致的。

Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

通过java代码实现如下：

  1. /**
  2. * MD5加密
  3. *
  4. * @param data
  5. * @return
  6. * @throws Exception
  7. */
  8. public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {
  9. MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
  10. md5.update(data);
  11. return md5.digest();
  12. }

通常我们不直接使用上述MD5加密。通常将MD5产生的字节数组交给BASE64再加密一把，得到相应的字符串。

SHA 
SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法），数字签名等密码学应用中重要的工具，被广泛地应用于电子商务等信息安全领域。虽然，SHA与MD5通过碰撞法都被破解了，Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC 但是SHA仍然是公认的安全加密算法，较之MD5更为安全。Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

通过java代码实现如下：

  1. /**
  2. * SHA加密
  3. *
  4. * @param data
  5. * @return
  6. * @throws Exception
  7. */
  8. public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {
  9. MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
  10. sha.update(data);
  11. return sha.digest();
  12. }
  13. }

HMAC 
HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码，基于密钥的Hash算法的认证协议。消息鉴别码实现鉴别的原理是，用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证标识，用这个标识鉴别消息的完整性。使用一个密钥生成一个固定大小的小数据块，即MAC，并将其加入到消息中，然后传输。接收方利用与发送方共享的密钥进行鉴别认证等。

Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

通过java代码实现如下：

  1. /**
  2. * 初始化HMAC密钥
  3. *
  4. * @return
  5. * @throws Exception
  6. */
  7. public static String initMacKey() throws Exception {
  8. KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
  9. SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
  10. return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
  11. }
  12. /**
  13. * HMAC加密
  14. *
  15. * @param data
  16. * @param key
  17. * @return
  18. * @throws Exception
  19. */
  20. public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {
  21. SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
  22. Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
  23. mac.init(secretKey);
  24. return mac.doFinal(data);
  25. }

给出一个完整类，如下：

  1. import java.security.MessageDigest;
  2. import javax.crypto.KeyGenerator;
  3. import javax.crypto.Mac;
  4. import javax.crypto.SecretKey;
  5. import sun.misc.BASE64Decoder;
  6. import sun.misc.BASE64Encoder;
  7. /**
  8. * 基础加密组件
  9. *
  10. * @author 梁栋
  11. * @version 1.0
  12. * @since 1.0
  13. */
  14. public abstract class Coder {
  15. public static final String KEY_SHA = "SHA";
  16. public static final String KEY_MD5 = "MD5";
  17. /**
  18. * MAC算法可选以下多种算法
  19. *
  20. * <pre>
  21. * HmacMD5
  22. * HmacSHA1
  23. * HmacSHA256
  24. * HmacSHA384
  25. * HmacSHA512
  26. * </pre>
  27. */
  28. public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";
  29. /**
  30. * BASE64解密
  31. *
  32. * @param key
  33. * @return
  34. * @throws Exception
  35. */
  36. public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
  37. return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
  38. }
  39. /**
  40. * BASE64加密
  41. *
  42. * @param key
  43. * @return
  44. * @throws Exception
  45. */
  46. public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
  47. return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
  48. }
  49. /**
  50. * MD5加密
  51. *
  52. * @param data
  53. * @return
  54. * @throws Exception
  55. */
  56. public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {
  57. MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
  58. md5.update(data);
  59. return md5.digest();
  60. }
  61. /**
  62. * SHA加密
  63. *
  64. * @param data
  65. * @return
  66. * @throws Exception
  67. */
  68. public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {
  69. MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
  70. sha.update(data);
  71. return sha.digest();
  72. }
  73. /**
  74. * 初始化HMAC密钥
  75. *
  76. * @return
  77. * @throws Exception
  78. */
  79. public static String initMacKey() throws Exception {
  80. KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
  81. SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
  82. return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
  83. }
  84. /**
  85. * HMAC加密
  86. *
  87. * @param data
  88. * @param key
  89. * @return
  90. * @throws Exception
  91. */
  92. public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {
  93. SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
  94. Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
  95. mac.init(secretKey);
  96. return mac.doFinal(data);
  97. }
  98. }

再给出一个测试类：

  1. import static org.junit.Assert.*;
  2. import org.junit.Test;
  3. /**
  4. *
  5. * @author 梁栋
  6. * @version 1.0
  7. * @since 1.0
  8. */
  9. public class CoderTest {
  10. @Test
  11. public void test() throws Exception {
  12. String inputStr = "简单加密";
  13. System.err.println("原文:\n" + inputStr);
  14. byte[] inputData = inputStr.getBytes();
  15. String code = Coder.encryptBASE64(inputData);
  16. System.err.println("BASE64加密后:\n" + code);
  17. byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);
  18. String outputStr = new String(output);
  19. System.err.println("BASE64解密后:\n" + outputStr);
  20. // 验证BASE64加密解密一致性
  21. assertEquals(inputStr, outputStr);
  22. // 验证MD5对于同一内容加密是否一致
  23. assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder
  24. .encryptMD5(inputData));
  25. // 验证SHA对于同一内容加密是否一致
  26. assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder
  27. .encryptSHA(inputData));
  28. String key = Coder.initMacKey();
  29. System.err.println("Mac密钥:\n" + key);
  30. // 验证HMAC对于同一内容，同一密钥加密是否一致
  31. assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData, key), Coder.encryptHMAC(
  32. inputData, key));
  33. BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
  34. System.err.println("MD5:\n" + md5.toString(16));
  35. BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
  36. System.err.println("SHA:\n" + sha.toString(32));
  37. BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));
  38. System.err.println("HMAC:\n" + mac.toString(16));
  39. }
  40. }

控制台输出：

  1. 原文:
  2. 简单加密
  3. BASE64加密后:
  4. 566A5Y2V5Yqg5a+G
  5. BASE64解密后:
  6. 简单加密
  7. Mac密钥:
  8. uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
  9. pBIpkd7QHg==
  10. MD5:
  11. -550b4d90349ad4629462113e7934de56
  12. SHA:
  13. 91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
  14. HMAC:
  15. 2287d192387e95694bdbba2fa941009a

注意 
编译时，可能会看到如下提示：

引用
警告：sun.misc.BASE64Decoder 是 Sun 的专用 API，可能会在未来版本中删除

import sun.misc.BASE64Decoder; 
               ^ 
警告：sun.misc.BASE64Encoder 是 Sun 的专用 API，可能会在未来版本中删除

import sun.misc.BASE64Encoder; 
               ^ 

BASE64Encoder和BASE64Decoder是非官方JDK实现类。虽然可以在JDK里能找到并使用，但是在API里查不到。JRE 中 sun 和 com.sun 开头包的类都是未被文档化的，他们属于 java, javax 类库的基础，其中的实现大多数与底层平台有关，一般来说是不推荐使用的。

BASE64的加密解密是双向的，可以求反解。 
    MD5、SHA以及HMAC是单向加密，任何数据加密后只会产生唯一的一个加密串，通常用来校验数据在传输过程中是否被修改。其中HMAC算法有一个密钥，增强了数据传输过程中的安全性，强化了算法外的不可控因素。Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC 
    单向加密的用途主要是为了校验数据在传输过程中是否被修改。

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