Java加密技術（一）——BASE64與單向加密算法MD5&SHA&MAC

Java加密技術（一）——BASE64與單向加密算法MD5&SHA&MAC

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Javabase64macmd5sha 

    加密解密，曾經是我一個畢業設計的重要組件。在工做了多年之後回想當時那個加密、解密算法，實在是太單純了。 
    言歸正傳，這裏咱們主要描述Java已經實現的一些加密解密算法，最後介紹數字證書。 
    如基本的單向加密算法： 

• BASE64 嚴格地說，屬於編碼格式，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，散列消息鑑別碼)

    複雜的對稱加密（DES、PBE）、非對稱加密算法： 

• DES(Data Encryption Standard，數據加密算法)

• PBE(Password-based encryption，基於密碼驗證)

• RSA(算法的名字以發明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman)

• DH(Diffie-Hellman算法，密鑰一致協議)

• DSA(Digital Signature Algorithm，數字簽名)

• ECC(Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學)

    本篇內容簡要介紹BASE64、MD5、SHA、HMAC幾種方法。 
    MD5、SHA、HMAC這三種加密算法，可謂是非可逆加密，就是不可解密的加密方法。咱們一般只把他們做爲加密的基礎。單純的以上三種的加密並不可靠。 

BASE64 
按照RFC2045的定義，Base64被定義爲：Base64內容傳送編碼被設計用來把任意序列的8位字節描述爲一種不易被人直接識別的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.） 
常見於郵件、http加密，截取http信息，你就會發現登陸操做的用戶名、密碼字段經過BASE64加密的。 

 

經過java代碼實現以下： 

Java代碼  

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. /** 

13.  * BASE64加密 

14.  *  

15.  * @param key 

16.  * @return  

17.  * @throws Exception 

18.  */  

19. public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {  

20.     return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);  

21. }  

主要就是BASE64Encoder、BASE64Decoder兩個類，咱們只須要知道使用對應的方法便可。另，BASE加密後產生的字節位數是8的倍數，若是不夠位數以=符號填充。 

MD5 
MD5 -- message-digest algorithm 5 （信息-摘要算法）縮寫，普遍用於加密和解密技術，經常使用於文件校驗。校驗？無論文件多大，通過MD5後都能生成惟一的MD5值。比如如今的ISO校驗，都是MD5校驗。怎麼用？固然是把ISO通過MD5後產生MD5的值。通常下載linux-ISO的朋友都見過下載連接旁邊放着MD5的串。就是用來驗證文件是否一致的。 

 

經過java代碼實現以下： 

Java代碼  

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.   

10.     MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);  

11.     md5.update(data);  

12.   

13.     return md5.digest();  

14.   

15. }  

一般咱們不直接使用上述MD5加密。一般將MD5產生的字節數組交給BASE64再加密一把，獲得相應的字符串。 

SHA 
SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法），數字簽名等密碼學應用中重要的工具，被普遍地應用於電子商務等信息安全領域。雖然，SHA與MD5經過碰撞法都被破解了， 可是SHA仍然是公認的安全加密算法，較之MD5更爲安全。 

 

經過java代碼實現以下： 

Java代碼  

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.   

10.         MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);  

11.         sha.update(data);  

12.   

13.         return sha.digest();  

14.   

15.     }  

16. }  

HMAC 
HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鑑別碼，基於密鑰的Hash算法的認證協議。消息鑑別碼實現鑑別的原理是，用公開函數和密鑰產生一個固定長度的值做爲認證標識，用這個標識鑑別消息的完整性。使用一個密鑰生成一個固定大小的小數據塊，即MAC，並將其加入到消息中，而後傳輸。接收方利用與發送方共享的密鑰進行鑑別認證等。 

 

經過java代碼實現以下： 

Java代碼  

1. /** 

2.  * 初始化HMAC密鑰 

3.  *  

4.  * @return 

5.  * @throws Exception 

6.  */  

7. public static String initMacKey() throws Exception {  

8.     KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);  

9.   

10.     SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();  

11.     return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());  

12. }  

13.   

14. /** 

15.  * HMAC加密 

16.  *  

17.  * @param data 

18.  * @param key 

19.  * @return 

20.  * @throws Exception 

21.  */  

22. public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {  

23.   

24.     SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);  

25.     Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());  

26.     mac.init(secretKey);  

27.   

28.     return mac.doFinal(data);  

29.   

30. }  

給出一個完整類，以下： 

Java代碼  

1. import java.security.MessageDigest;  

2.   

3. import javax.crypto.KeyGenerator;  

4. import javax.crypto.Mac;  

5. import javax.crypto.SecretKey;  

6.   

7. import sun.misc.BASE64Decoder;  

8. import sun.misc.BASE64Encoder;  

9.   

10. /** 

11.  * 基礎加密組件 

12.  *  

13.  * @author 樑棟 

14.  * @version 1.0 

15.  * @since 1.0 

16.  */  

17. public abstract class Coder {  

18.     public static final String KEY_SHA = "SHA";  

19.     public static final String KEY_MD5 = "MD5";  

20.   

21.     /** 

22.      * MAC算法可選如下多種算法 

23.      *  

24.      * <pre> 

25.      * HmacMD5  

26.      * HmacSHA1  

27.      * HmacSHA256  

28.      * HmacSHA384  

29.      * HmacSHA512 

30.      * </pre> 

31.      */  

32.     public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";  

33.   

34.     /** 

35.      * BASE64解密 

36.      *  

37.      * @param key 

38.      * @return 

39.      * @throws Exception 

40.      */  

41.     public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {  

42.         return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);  

43.     }  

44.   

45.     /** 

46.      * BASE64加密 

47.      *  

48.      * @param key 

49.      * @return 

50.      * @throws Exception 

51.      */  

52.     public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {  

53.         return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);  

54.     }  

55.   

56.     /** 

57.      * MD5加密 

58.      *  

59.      * @param data 

60.      * @return 

61.      * @throws Exception 

62.      */  

63.     public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {  

64.   

65.         MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);  

66.         md5.update(data);  

67.   

68.         return md5.digest();  

69.   

70.     }  

71.   

72.     /** 

73.      * SHA加密 

74.      *  

75.      * @param data 

76.      * @return 

77.      * @throws Exception 

78.      */  

79.     public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {  

80.   

81.         MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);  

82.         sha.update(data);  

83.   

84.         return sha.digest();  

85.   

86.     }  

87.   

88.     /** 

89.      * 初始化HMAC密鑰 

90.      *  

91.      * @return 

92.      * @throws Exception 

93.      */  

94.     public static String initMacKey() throws Exception {  

95.         KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);  

96.   

97.         SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();  

98.         return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());  

99.     }  

100.   

101.     /** 

102.      * HMAC加密 

103.      *  

104.      * @param data 

105.      * @param key 

106.      * @return 

107.      * @throws Exception 

108.      */  

109.     public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {  

110.   

111.         SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);  

112.         Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());  

113.         mac.init(secretKey);  

114.   

115.         return mac.doFinal(data);  

116.   

117.     }  

118. }  

再給出一個測試類： 

Java代碼  

1. import static org.junit.Assert.*;  

2.   

3. import org.junit.Test;  

4.   

5. /** 

6.  *  

7.  * @author 樑棟 

8.  * @version 1.0 

9.  * @since 1.0 

10.  */  

11. public class CoderTest {  

12.   

13.     @Test  

14.     public void test() throws Exception {  

15.         String inputStr = "簡單加密";  

16.         System.err.println("原文:\n" + inputStr);  

17.   

18.         byte[] inputData = inputStr.getBytes();  

19.         String code = Coder.encryptBASE64(inputData);  

20.   

21.         System.err.println("BASE64加密後:\n" + code);  

22.   

23.         byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);  

24.   

25.         String outputStr = new String(output);  

26.   

27.         System.err.println("BASE64解密後:\n" + outputStr);  

28.   

29.         // 驗證BASE64加密解密一致性  

30.         assertEquals(inputStr, outputStr);  

31.   

32.         // 驗證MD5對於同一內容加密是否一致  

33.         assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder  

34.                 .encryptMD5(inputData));  

35.   

36.         // 驗證SHA對於同一內容加密是否一致  

37.         assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder  

38.                 .encryptSHA(inputData));  

39.   

40.         String key = Coder.initMacKey();  

41.         System.err.println("Mac密鑰:\n" + key);  

42.   

43.         // 驗證HMAC對於同一內容，同一密鑰加密是否一致  

44.         assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData, key), Coder.encryptHMAC(  

45.                 inputData, key));  

46.   

47.         BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));  

48.         System.err.println("MD5:\n" + md5.toString(16));  

49.   

50.         BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));  

51.         System.err.println("SHA:\n" + sha.toString(32));  

52.   

53.         BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));  

54.         System.err.println("HMAC:\n" + mac.toString(16));  

55.     }  

56. }  

控制檯輸出： 

Console代碼  

1. 原文:  

2. 簡單加密  

3. BASE64加密後:  

4. 566A5Y2V5Yqg5a+G  

5.   

6. BASE64解密後:  

7. 簡單加密  

8. Mac密鑰:  

9. uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke  

10. pBIpkd7QHg==  

11.   

12. MD5:  

13. -550b4d90349ad4629462113e7934de56  

14. SHA:  

15. 91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn  

16. HMAC:  

17. 2287d192387e95694bdbba2fa941009a  

注意 
編譯時，可能會看到以下提示： 

引用

警告：sun.misc.BASE64Decoder 是 Sun 的專用 API，可能會在將來版本中刪除 

import sun.misc.BASE64Decoder; 
               ^ 
警告：sun.misc.BASE64Encoder 是 Sun 的專用 API，可能會在將來版本中刪除 

import sun.misc.BASE64Encoder; 
               ^ 

BASE64Encoder和BASE64Decoder是非官方JDK實現類。雖然能夠在JDK裏能找到並使用，可是在API裏查不到。JRE 中 sun 和 com.sun 開頭包的類都是未被文檔化的，他們屬於 java, javax 類庫的基礎，其中的實現大多數與底層平臺有關，通常來講是不推薦使用的。     BASE64的加密解密是雙向的，能夠求反解。     MD五、SHA以及HMAC是單向加密，任何數據加密後只會產生惟一的一個加密串，一般用來校驗數據在傳輸過程當中是否被修改。其中HMAC算法有一個密鑰，加強了數據傳輸過程當中的安全性，強化了算法外的不可控因素。     單向加密的用途主要是爲了校驗數據在傳輸過程當中是否被修改。