Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-06-18 10:25 169阅读 0赞

感谢微博原著:Snowolf  
转载:[http://snowolf.iteye.com/blog/379860][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。  
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。  
通过java代码实现如下：  
Java代码

/** * BASE64解密 * * @param key * @return * @throws Exception */
        public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
            return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
        }
    
        /** * BASE64加密 * * @param key * @return * @throws Exception */
        public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
            return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
        }

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。  
通过java代码实现如下：  
Java代码

/** * MD5加密 * * @param data * @return * @throws Exception */
        public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {
    
            MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
            md5.update(data);
    
            return md5.digest();
    
        }

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， 但是SHA仍然是公认的安全加密算法，较之MD5更为安全。

通过java代码实现如下：  
Java代码

/** * SHA加密 * * @param data * @return * @throws Exception */
        public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {
    
            MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
            sha.update(data);
    
            return sha.digest();
    
        }
    }

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。

通过java代码实现如下：  
Java代码

/** * 初始化HMAC密钥 * * @return * @throws Exception */
        public static String initMacKey() throws Exception {
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
    
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
        }
    
        /** * HMAC加密 * * @param data * @param key * @return * @throws Exception */
        public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {
    
            SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
            Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
            mac.init(secretKey);
    
            return mac.doFinal(data);
    
        }

给出一个完整类，如下：  
Java代码

import java.security.MessageDigest;
    
    import javax.crypto.KeyGenerator;
    import javax.crypto.Mac;
    import javax.crypto.SecretKey;
    
    import sun.misc.BASE64Decoder;
    import sun.misc.BASE64Encoder;
    
    /** * 基础加密组件 * * @author 梁栋 * @version 1.0 * @since 1.0 */
    public abstract class Coder { 
        public static final String KEY_SHA = "SHA";
        public static final String KEY_MD5 = "MD5";
    
        /** * MAC算法可选以下多种算法 * * <pre> * HmacMD5 * HmacSHA1 * HmacSHA256 * HmacSHA384 * HmacSHA512 * </pre> */
        public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";
    
        /** * BASE64解密 * * @param key * @return * @throws Exception */
        public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
            return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
        }
    
        /** * BASE64加密 * * @param key * @return * @throws Exception */
        public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
            return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
        }
    
        /** * MD5加密 * * @param data * @return * @throws Exception */
        public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {
    
            MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
            md5.update(data);
    
            return md5.digest();
    
        }
    
        /** * SHA加密 * * @param data * @return * @throws Exception */
        public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {
    
            MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
            sha.update(data);
    
            return sha.digest();
    
        }
    
        /** * 初始化HMAC密钥 * * @return * @throws Exception */
        public static String initMacKey() throws Exception {
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
    
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
        }
    
        /** * HMAC加密 * * @param data * @param key * @return * @throws Exception */
        public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {
    
            SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
            Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
            mac.init(secretKey);
    
            return mac.doFinal(data);
    
        }
    }

再给出一个测试类：  
Java代码

import static org.junit.Assert.*;
    
    import org.junit.Test;
    
    /** * * @author 梁栋 * @version 1.0 * @since 1.0 */
    public class CoderTest { 
    
        @Test
        public void test() throws Exception {
            String inputStr = "简单加密";
            System.err.println("原文:\n" + inputStr);
    
            byte[] inputData = inputStr.getBytes();
            String code = Coder.encryptBASE64(inputData);
    
            System.err.println("BASE64加密后:\n" + code);
    
            byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);
    
            String outputStr = new String(output);
    
            System.err.println("BASE64解密后:\n" + outputStr);
    
            // 验证BASE64加密解密一致性
            assertEquals(inputStr, outputStr);
    
            // 验证MD5对于同一内容加密是否一致
            assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder
                    .encryptMD5(inputData));
    
            // 验证SHA对于同一内容加密是否一致
            assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder
                    .encryptSHA(inputData));
    
            String key = Coder.initMacKey();
            System.err.println("Mac密钥:\n" + key);
    
            // 验证HMAC对于同一内容，同一密钥加密是否一致
            assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData, key), Coder.encryptHMAC(
                    inputData, key));
    
            BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
            System.err.println("MD5:\n" + md5.toString(16));
    
            BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
            System.err.println("SHA:\n" + sha.toString(32));
    
            BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));
            System.err.println("HMAC:\n" + mac.toString(16));
        }
    }

控制台输出：  
Console代码

原文:
    简单加密
    BASE64加密后:
    566A5Y2V5Yqg5a+G
    
    BASE64解密后:
    简单加密
    Mac密钥:
    uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
    pBIpkd7QHg==
    
    MD5:
    -550b4d90349ad4629462113e7934de56
    SHA:
    91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
    HMAC:
    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。 
    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

[http_snowolf.iteye.com_blog_379860]: http://snowolf.iteye.com/blog/379860