MD5加密算法及其在Java中的使用

不念不忘少年蓝@ 2022-12-09 11:59 179阅读 0赞

### MD5算法简介 ###

MD5是不可逆的单向加密算法，因为哈希算法是不可逆的，简单来说，就像我们可以获知5%2=1，3%2=1，7%2=1，但是，当我们仅仅拿到结果1的时候并不知道这是哪个数对2取余得到的结果。

### MD5密文格式 ###

MD5加密算法最终得到的结果在默认情况下是一个32位的字符串，字符串中包含了数字和小写英文字母。也有使用32字符串中从第9位到第24位的一个16位字符串表示加密结果的。将加密字符串中的字母全部使用大写形式，依然是MD5加密。

所以，MD5加密的结果可以有四种表现形式：32位小，32位大，16位小，16位大。32和16是指加密密文的字符长度，16位加密密文实际是32位加密密文截取第9位到第24位的部分得到的。大与小指的是密文中的字母是大写还是小写形式。

Java生成的MD5密文是32位小写形式的，MySQL本身提供了MD5加密函数，其结果也是32位小写。

### MD5在Java中的实现与应用 ###

#### 百度百科提供 ####

下面是[百度百科中关于MD5的算法实现][MD5]：

public class MD5 {
        
        /*
        *四个链接变量
        */
        private final int A=0x67452301;
        private final int B=0xefcdab89;
        private final int C=0x98badcfe;
        private final int D=0x10325476;
        /*
        *ABCD的临时变量
        */
        private int Atemp,Btemp,Ctemp,Dtemp;
         
        /*
        *常量ti
        *公式:floor(abs(sin(i+1))×(2pow32)
        */
        private final int K[]={
        
            0xd76aa478,0xe8c7b756,0x242070db,0xc1bdceee,
            0xf57c0faf,0x4787c62a,0xa8304613,0xfd469501,0x698098d8,
            0x8b44f7af,0xffff5bb1,0x895cd7be,0x6b901122,0xfd987193,
            0xa679438e,0x49b40821,0xf61e2562,0xc040b340,0x265e5a51,
            0xe9b6c7aa,0xd62f105d,0x02441453,0xd8a1e681,0xe7d3fbc8,
            0x21e1cde6,0xc33707d6,0xf4d50d87,0x455a14ed,0xa9e3e905,
            0xfcefa3f8,0x676f02d9,0x8d2a4c8a,0xfffa3942,0x8771f681,
            0x6d9d6122,0xfde5380c,0xa4beea44,0x4bdecfa9,0xf6bb4b60,
            0xbebfbc70,0x289b7ec6,0xeaa127fa,0xd4ef3085,0x04881d05,
            0xd9d4d039,0xe6db99e5,0x1fa27cf8,0xc4ac5665,0xf4292244,
            0x432aff97,0xab9423a7,0xfc93a039,0x655b59c3,0x8f0ccc92,
            0xffeff47d,0x85845dd1,0x6fa87e4f,0xfe2ce6e0,0xa3014314,
            0x4e0811a1,0xf7537e82,0xbd3af235,0x2ad7d2bb,0xeb86d391};
        /*
        *向左位移数,计算方法未知
        */
        private final int s[]={
        7,12,17,22,7,12,17,22,7,12,17,22,7,
            12,17,22,5,9,14,20,5,9,14,20,5,9,14,20,5,9,14,20,
            4,11,16,23,4,11,16,23,4,11,16,23,4,11,16,23,6,10,
            15,21,6,10,15,21,6,10,15,21,6,10,15,21};
         
         
        /*
        *初始化函数
        */
        private void init(){
        
            Atemp=A;
            Btemp=B;
            Ctemp=C;
            Dtemp=D;
        }
        /*
        *移动一定位数
        */
        private    int    shift(int a,int s){
        
            return(a<<s)|(a>>>(32-s));//右移的时候，高位一定要补零，而不是补充符号位
        }
        /*
        *主循环
        */
        private void MainLoop(int M[]){
        
            int F,g;
            int a=Atemp;
            int b=Btemp;
            int c=Ctemp;
            int d=Dtemp;
            for(int i = 0; i < 64; i ++){
        
                if(i<16){
        
                    F=(b&c)|((~b)&d);
                    g=i;
                }else if(i<32){
        
                    F=(d&b)|((~d)&c);
                    g=(5*i+1)%16;
                }else if(i<48){
        
                    F=b^c^d;
                    g=(3*i+5)%16;
                }else{
        
                    F=c^(b|(~d));
                    g=(7*i)%16;
                }
                int tmp=d;
                d=c;
                c=b;
                b=b+shift(a+F+K[i]+M[g],s[i]);
                a=tmp;
            }
            Atemp=a+Atemp;
            Btemp=b+Btemp;
            Ctemp=c+Ctemp;
            Dtemp=d+Dtemp;
         
        }
        /*
        *填充函数
        *处理后应满足bits≡448(mod512),字节就是bytes≡56（mode64)
        *填充方式为先加一个0,其它位补零
        *最后加上64位的原来长度
        */
        private int[] add(String str){
        
            int num=((str.length()+8)/64)+1;//以512位，64个字节为一组
            int strByte[]=new int[num*16];//64/4=16，所以有16个整数
            for(int i=0;i<num*16;i++){
        //全部初始化0
                strByte[i]=0;
            }
            int    i;
            for(i=0;i<str.length();i++){
        
                strByte[i>>2]|=str.charAt(i)<<((i%4)*8);//一个整数存储四个字节，小端序
            }
            strByte[i>>2]|=0x80<<((i%4)*8);//尾部添加1
            /*
            *添加原长度，长度指位的长度，所以要乘8，然后是小端序，所以放在倒数第二个,这里长度只用了32位
            */
            strByte[num*16-2]=str.length()*8;
                return strByte;
        }
        /*
        *调用函数
        */
        public String getMD5(String source){
        
            init();
            int strByte[]=add(source);
            for(int i=0;i<strByte.length/16;i++){
        
            int num[]=new int[16];
            for(int j=0;j<16;j++){
        
                num[j]=strByte[i*16+j];
            }
            MainLoop(num);
            }
            return changeHex(Atemp)+changeHex(Btemp)+changeHex(Ctemp)+changeHex(Dtemp);
         
        }
        /*
        *整数变成16进制字符串
        */
        private String changeHex(int a){
        
            String str="";
            for(int i=0;i<4;i++){
        
                str+=String.format("%2s", Integer.toHexString(((a>>i*8)%(1<<8))&0xff)).replace(' ', '0');
     
            }
            return str;
        }
        /*
        *单例
        */
        private static MD5 instance;
        public static MD5 getInstance(){
        
            if(instance==null){
        
                instance=new MD5();
            }
            return instance;
        }
         
        private MD5(){
        };
         
        public static void main(String[] args){
        
            String str=MD5.getInstance().getMD5("");
            System.out.println(str);
        }
    }

#### Java自身包实现 ####

import java.math.BigInteger;
    import java.security.MessageDigest;
    
    public class Demo {
        
        public static String md5(String str) {
        
            byte[] secretBytes = null;
            try {
        
                secretBytes = MessageDigest.getInstance("md5").digest(
                        str.getBytes());
            } catch (Exception e) {
        
                throw new RuntimeException("没有这个md5算法！");
            }
            String md5code = new BigInteger(1, secretBytes).toString(16);
            for (int i = 0; i < 32 - md5code.length(); i++) {
        
                md5code = "0" + md5code;
            }
            return md5code;
        }
    }

如果程序想要实现32位大、16位小、16位大的加密，并不需要重新构建算法，因为这三种加密结果都是32小的变种。16位加密只是对32位加密密文的截取，大写密文仅仅是将小写密文中的字母转大写即可。

在下面的程序中，我们使用md5表示32位小写加密，MD5表示32位大写加密，md516表示16位小写加密，MD516表示16位大写加密。

import java.math.BigInteger;
    import java.security.MessageDigest;
    
    public class Demo {
        
        public static String md5(String inStr) {
        
            byte[] secretBytes = null;
            try {
        
                secretBytes = MessageDigest.getInstance("md5").digest(
                        inStr.getBytes());
            } catch (Exception e) {
        
                throw new RuntimeException("没有这个md5算法！");
            }
            String md5code = new BigInteger(1, secretBytes).toString(16);
            for (int i = 0; i < 32 - md5code.length(); i++) {
        
                md5code = "0" + md5code;
            }
            return md5code.toUpperCase();
        }
    
        public static String md516(String inStr) {
        
            return md5(inStr).substring(8, 24);
        }
    
        public static String MD516(String inStr) {
        
            return md5(inStr).toUpperCase().substring(8, 24);
        }
    
        public static String MD5(String inStr) {
        
            return md5(inStr).toUpperCase();
        }
    }

#### 使用commons-codec ####

apache提供了一个加密包commons-codec，里面提供了常用的编解码方法。MD5并不例外，也被commons-codec封装在里面。使用示例如下：

public class Demo {
        
        public static String md5(String plainText) {
        
            try {
        
                // md5加密方法使用规则
                return DigestUtils.md5Hex(plainText.getBytes("UTF-8"));
            } catch (UnsupportedEncodingException e) {
        
                e.printStackTrace();
                return null;
            }
        }
    
        public static String md516(String plainText) {
        
            return md5(plainText).substring(8, 24);
        }
    
        public static String MD516(String plainText) {
        
            return md5(plainText).toUpperCase().substring(8, 24);
        }
    
        public static String MD5(String plainText) {
        
            return md5(plainText).toUpperCase();
        }    
    }

### 加盐处理 ###

所谓加盐就是通过在密码任意固定位置插入特定的字符串再进行加密。

public class Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            String salt = "fajgoldewgnr";
            String plainText = "123";
            String pwd = Utils.md5(plainText + salt);
        }
    }
    
    class Utils {
        
        public static String md5(String plainText) {
        
            try {
        
                // md5加密方法使用规则
                return DigestUtils.md5Hex(plainText.getBytes("UTF-8"));
            } catch (UnsupportedEncodingException e) {
        
                e.printStackTrace();
                return null;
            }
        }
    
        public static String md516(String plainText) {
        
            return md5(plainText).substring(8, 24);
        }
    
        public static String MD516(String plainText) {
        
            return md5(plainText).toUpperCase().substring(8, 24);
        }
    
        public static String MD5(String plainText) {
        
            return md5(plainText).toUpperCase();
        }    
    }

实际开发中，加盐的位置不一定是在末尾处，盐值可以插入到明文的任意位置。

关于加盐的详细介绍，可以参看知乎文章：["加盐"到底加的是什么][Link 1]。

[MD5]: https://baike.baidu.com/item/MD5/212708?fr=aladdin
[Link 1]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/22860282?from_voters_page=true