Java加密与安全 —— 常见哈希算法

清疚 2024-05-07 17:12 16阅读 0赞

### 常见哈希算法总结 ###

一. 哈希算法(Hash)，又称摘要算法(Digest)的概述。

> **·** 作用：对任意一组输入数据进行计算，得到一个固定长度 的输出摘要。  
> **·** 目的：为了验证原始数据是否被篡改。  
> **·** 特点：相同的输入一定得到相同的输出；  
> 不同的输入一定得到不同的输出。

举例：Java字符串的\*\*hashCode()\*\*就是一个哈希算法，它的输入就是任意字符串，输出是固定的4字节int整数。  
注意：两个相同的字符串永远会计算出相同的hashCode，否则基于hashCode定位的hashMap就无法正常工作。所以，**当我们自定义一个Class时，重写equals()方法时，也必须正确重写hashCode()方法**。

二.哈希碰撞。  
定义：哈希碰撞是指，两个不同的输入得到了相同的输出。

"AaAaAa".hashCode(); // 0x7460e8c0
    "BBAaBB".hashCode(); // 0x7460e8c0
    
    "通话".hashCode(); // 0x11ff03
    "重地".hashCode(); // 0x11ff03

> 哈希碰撞能不能避免？  
> 不能。  
> 原因：因为哈希算法是把有限个输入集合映射到无限个输出集合中，必然会产生碰撞。
> 
> 一个安全的哈希算法必须满足：  
> 碰撞概率低  
> 不能猜测输出

三.常用哈希算法。  
**根据碰撞概率，哈希算法的输出越长，就越难产生碰撞，就越安全。**  
![在这里插入图片描述][43ad5dadd7164aaa83d2fbd218a3e3c9.png]

1.  Java标准库提供了常用的哈希算法，并且有一套统一的接口。以MD5为例，看看如何对输入计算哈希：

> 基本步骤：  
> ①. 首先获取基于MD5加密算法的工具对象(创建一个Message实例)  
> ②. 更新原始数据  
> ③ . 获取加密后的结果(字节数组)  
> ④. 把结果(数组)转换成16进制字符串输出

public class Demo{
    	public static void main(String[] args) {
    		String passwd = "sdfsdf";
    		
    		try {
    			// 根据当前算法，获取加密算法工具对象(摘要)
    			MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
    			
    			// 更新原始数据
    			md5.update(passwd.getBytes());
    			
    			// 加密后的字节数组，转换字符串
    			byte[] pswByteArray = md5.digest(); // 16 bytes
    			
    			StringBuilder sb = new StringBuilder();
    			for(byte bite : pswByteArray) {
    				sb.append(String.format("%02x" , bite));
    			}
    			System.out.println(sb);
    			System.out.println(sb.length()); // 32
    		} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    }

**用途**  
① .验证数据完整性，校验下载文件  
![在这里插入图片描述][b2856dda374548c99666ecd5cc7df3ac.png]  
② . 存储用户密码  
在存储用户的原始口令时，如果将其直接存放到数据库中，会产生极大的风险：

> 数据库管理员可以看到用户明文口令；  
> 数据库一旦泄露，黑客即可获取用户明文口令。  
> 【解决方法】：存储用户口令的哈希。  
> 例如：MD5，在用户输入原始口令后，系统计算其MD5，并与数据库存储的MD5对比，如果一致，说明口令正确。  
> 其中，数据库管理员看不到用户的原始口令，即使数据库泄露，黑客也无法拿到用户的原始口令，必须使用暴力穷举法。

1.  SHA-1算法：  
    SHA算法实际上是一个系列，包括SHA-0(已废弃),SHA-1,SHA-256,SHA-512 等。

在Java中使用SHA-1，和MD5完全一样只需要把算法名称改为"SHA-1":

import java.security.MessageDigest;
    public class main {
    	public static void main(String[] args)  {
    		// 创建一个MessageDigest实例:
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
           
            // 反复调用update输入数据:
            md.update("Hello".getBytes("UTF-8"));
            md.update("World".getBytes("UTF-8"));
            
            // 20 bytes: db8ac1c259eb89d4a131b253bacfca5f319d54f2
            byte[] results = md.digest(); 
    
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for(byte bite : results) {
            	sb.append(String.format("%02x", bite));
            }
            System.out.println(sb.toString());
    	}
    }

1.  加盐：  
    **使用哈希口令时，还要防止彩虹表攻击**，如果用户使用了常用口令，黑客从MD5一下就能反查到原始口令。

【解决方法】：  
加盐(salt)：对每个口令额外添加随机数，可以抵御彩虹表工具。

// MD5加密算法的加盐
    public class Demo {
    	public static void main(String[] args) {
    		String pwd = "sdfsdfsdf";
    		String salt = UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5); //  加盐
    		
    		try {
    			MessageDigest md1 = MessageDigest.getInstance("MD5");
    			md1.update(pwd.getBytes());
    			md1.update(salt.getBytes());
    			
    			byte[] resultPwd1 = md1.digest();
    			System.out.println(Arrays.toString(resultPwd1));
    			System.out.println(resultPwd1.length); //16
    			
    			StringBuilder sb1 = new StringBuilder();
    			for(byte bite:resultPwd1) {
    				sb1.append(String.format("%02x", bite));
    			}
    			
    			System.out.println(sb1);  
    			System.out.println(sb1.length()); //32
    			
    			System.out.println();
    			
    			// SHA-1 加密算法的加盐
    			// 获取SHA-1算法的加密工具(摘要)
    			MessageDigest md2 = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
    			md2.update(pwd.getBytes());
    			md2.update(salt.getBytes());
    						
    			byte[] resultPwd = md2.digest();
    			System.out.println(Arrays.toString(resultPwd));
    			System.out.println(resultPwd.length); // 20
    			
    			StringBuilder sb2 = new StringBuilder();
    			for(byte bite:resultPwd) {
    				sb2.append(String.format("%02x", bite));
    				}
    
    			System.out.println(sb2); 
    			System.out.println(sb2.length()); //40
    		} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    }

[43ad5dadd7164aaa83d2fbd218a3e3c9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/07/afcaf32712ca4a6a8a570bb326101ce6.png
[b2856dda374548c99666ecd5cc7df3ac.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/07/b153a81779cf4b5b812fc3d5880ecb23.png