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Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

2024-10-16 12:00:40   214人阅读

http://snowolf.iteye.com/blog/379860

 

 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。技术分享 
    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。 

技术分享 

通过java代码实现如下： 

Java代码  技术分享
  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。 

技术分享 

通过java代码实现如下： 

Java代码  技术分享
  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. }  



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，技术分享 但是SHA仍然是公认的安全加密算法，较之MD5更为安全。技术分享 

技术分享 

通过java代码实现如下： 

Java代码  技术分享
  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。 

技术分享 

通过java代码实现如下： 

Java代码  技术分享
  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.   
  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. }  



给出一个完整类，如下： 

Java代码  技术分享
  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.  * 基础加密组件 
  12.  *  
  13.  * @author 梁栋 
  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算法可选以下多种算法 
  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密钥 
  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. }  



再给出一个测试类： 

Java代码  技术分享
  1. import static org.junit.Assert.*;  
  2.   
  3. import org.junit.Test;  
  4.   
  5. /** 
  6.  *  
  7.  * @author 梁栋 
  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 = "简单加密";  
  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加密后:\n" + code);  
  22.   
  23.         byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);  
  24.   
  25.         String outputStr = new String(output);  
  26.   
  27.         System.err.println("BASE64解密后:\n" + outputStr);  
  28.   
  29.         // 验证BASE64加密解密一致性  
  30.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
  31.   
  32.         // 验证MD5对于同一内容加密是否一致  
  33.         assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder  
  34.                 .encryptMD5(inputData));  
  35.   
  36.         // 验证SHA对于同一内容加密是否一致  
  37.         assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder  
  38.                 .encryptSHA(inputData));  
  39.   
  40.         String key = Coder.initMacKey();  
  41.         System.err.println("Mac密钥:\n" + key);  
  42.   
  43.         // 验证HMAC对于同一内容，同一密钥加密是否一致  
  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. }  



控制台输出： 

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

 

相关链接： 
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Java加密技术（二）——对称加密DES&AES 
Java加密技术（三）——PBE算法 
Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA 
Java加密技术（五）——非对称加密算法的由来DH 
Java加密技术（六）——数字签名算法DSA 
Java加密技术（七）——非对称加密算法最高ECC 
Java加密技术（八）——数字证书 
Java加密技术（九）——初探SSL 
Java加密技术（十）——单向认证 
Java加密技术（十一）——双向认证 
Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件 

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