Java加密与解密笔记(一) Base64和数据摘要算法

对加密解密下面的内容一定要先理解：

甲乙双方要通信，中间的连接可能被人窃听甚至篡改。解决办法就是把传输的内容进行加密，用密文去传输，这样即使被监听也没办法知道信息的具体内容。

加密时，甲乙双方可以约定一个密码A，甲用A加密，乙用A解密，这就是对称加密。对称加密的一个问题是：密钥怎么传递给对方？

貌似没解，于是就出现了非对称加密，非对称加密时有两个密钥，就是公钥也私钥。用公钥加密的只能用私钥解密，反之用私钥加密的则只能用公钥解密。这样在流程上有点儿变化了。

原先在对称加密中，密钥没法传递，现在好了，密钥不用传递，因为公钥是公开的，谁都可以拿到。流程如下：

1. 甲要给乙发送信息，那么甲需要知道乙的公钥；
2. 甲用乙的公钥进行加密，将数据传递给乙；
3. 乙用自己的私钥进行解密，从而获得数据

过程中：

1. 如果有人窃听到了数据，因为这个人没有乙的私钥，所以没法解密，所以查看不到数据内容；
2. 如果有人想篡改数据呢？答案也做不到，因为连甲发的什么内容都不知道所以就谈不上篡改了。

这里有点儿要注意的细节是，甲要发送数据时，不是自己造公钥，而是问接收方要公钥。

上述过程中还漏掉了一个问题：虽然篡改不了问题，那我总可以冒名发数据吧？

因为乙的公钥是公开的，那我就可以拿着乙的公钥给乙想发什么就发什么？

乙怎么知道数据甲发过来的呢？答案是用数字签名来验证。

非对称加密RSA就支持数字签名，流程是：

1. 甲用自己的私钥个数据生成一个签名；
2. 甲在给乙发送数据的时候，把签名也一并发送过去；
3. 乙在收到数据的时候，用甲公布的公钥来验证接收到的签名；

总的来说，对应于安全问题的解决办法如下：

1. 数据完整性问题：数据摘要验证
2. 数据保密性问题：对称加密&非对称加密
3. 身份验证问题：数字签名

简单数据转换

Base64

将数据转换为不便于识别的数据算是一种最简单的加密了，比如Base64编码：

public class Base64Util {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        String str = "Hello";
        byte[] bytes = str.getBytes();
        String encodedStr = encode(bytes);
        System.out.println(encodedStr);

        byte[] decodedBytes = decode(encodedStr);
        System.out.println(new String(decodedBytes));

    }

    public static String encode(byte[] bytes){
        return new BASE64Encoder().encode(bytes);
    }

    public static byte[] decode(String encodeStr) throws IOException{
        return new BASE64Decoder().decodeBuffer(encodeStr);
    }

}

Java8内置Base64的实现，可以通过java.util.Base64工具类来使用。

输出如下：

SGVsbG8=

Hello

这种编码是可逆的，因此加密的数据越长，则得到的结果越长，因为数据中存储了所有原始数据的细节。另外一些，比如MD5算法，是不可逆的，则属于内容摘要，多长的数据拿过来，最终得到的摘要结果长度都是一样的。因为这个特性所以经常用于校验文件是否被修改过。

数据摘要算法

MD5

public class MD5Util {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        String pwd = "a";

        byte[] md5Bytes = md.digest(pwd.getBytes("UTF-8"));
        System.out.println(new String(Hex.encode(md5Bytes)));
        System.out.println(Base64Util.encode(md5Bytes));

    }
}

MD5一般和Base64配合使用，用来加密得到固定长度的Base64码。如果不用Base64编码，Spring的Hex对MD5数据进行了友好的输出。

MD是Message Digest Algorithm的简称，中文名消息摘要算法，目前最新为第五版即MD5，历史版本有MD4、MD2等，由于存在缺陷都已不再使用。消息摘要算法各个版本间的结果是不一样的。

MD2算法产生于1989年；
MD4算法产生于1990年；
MD5算法产生于1991年。

MD5是目前广泛使用的版本，不过其安全性多年前就开始被质疑（碰撞算法）。于是在2008年提出了MD6算法，其后MD6历经数次改进，目前还是试行方案阶段，未被正式使用。

另外，从JDK的API来看，除了MDx家族外，还有其他一些消息摘要算法：

SHA

SHA的全称叫安全散列算法（Secure Hash Algorithm），它是比MD5更安全消息摘要算法。

public class SHAUtil {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
        String str = "Hello";
        String str2 = Base64Util.encode(md.digest(str.getBytes()));
        System.out.println(str2);
    }
}

HMAC

HMAC的全称是哈希消息认证码（Hash Message Authentication Code）。个人觉得，所有的消息摘要无非是要做数据验证。一个重要的例子，我们不会在数据库中保存明文的用户密码，而保存密码的摘要。因为摘要算法是透明的，那么为了防止撞库，就需要在摘要时“加盐”。所加的盐其实也是有讲究的，随机数？当期系统时间？其实都很容易被猜测。HMAC正是来解决这个问题的。它不管具体的消息摘要是怎样的，既可以用MD5也可以用SHA。它关注的是怎样生成这个随机的盐，也就是密钥。在HMAC中，摘要时是需要秘钥的，从而保证了摘要的隐蔽性，因此不容易被撞库。

public class HMACUtil {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        String data = "Hello";
        String key = getKey();
        System.out.println("key:" + key);

        String mac = encryptHmac(key.getBytes(), data.getBytes());
        System.out.println(mac);

        System.out.println(encryptHmac(key.getBytes(), "Hello2".getBytes()));

    }

    public static String getKey()throws Exception{
        KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
        SecretKey key = generator.generateKey();
        byte[] bytes = key.getEncoded();
        return Base64Util.encode(bytes);
    }

    public static String encryptHmac(byte[] key,byte[] data)throws Exception{
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "HmacMD5");
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
        mac.init(secretKey);

        byte[] resultBytes = mac.doFinal(data);
        String resultString = Base64Util.encode(resultBytes);
        return resultString;
    }
}

HMAC可用的摘要算法名称：

加密解密领域到处都有“秘钥”（Key），索性JDK自己实现了生成很多算法的秘钥的方法（KeyGenerator ），这些算法包括：

其他相关文章：

Java加密与解密笔记(二) 对称加密

Java加密与解密笔记(三) 非对称加密

Java加密与解密笔记(四) 高级应用

 

 

参考资料：

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