Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

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• Java／Security

Javabase64macmd5sha

    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：

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. * BASE64加密
13. *
14. * @param key
15. * @return
16. * @throws Exception
17. */
18. public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
19. return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
20. }

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：

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. MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
10. md5.update(data);
11. return md5.digest();
12. }

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：

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. MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
10. sha.update(data);
11. return sha.digest();
12. }
13. }

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：

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. SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
10. return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
11. }
12. /**
13. * HMAC加密
14. *
15. * @param data
16. * @param key
17. * @return
18. * @throws Exception
19. */
20. public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {
21. SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
22. Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
23. mac.init(secretKey);
24. return mac.doFinal(data);
25. }

给出一个完整类，如下：

1. import java.security.MessageDigest;
2. import javax.crypto.KeyGenerator;
3. import javax.crypto.Mac;
4. import javax.crypto.SecretKey;
5. import sun.misc.BASE64Decoder;
6. import sun.misc.BASE64Encoder;
7. /**
8. * 基础加密组件
9. *
10. * @author 梁栋
11. * @version 1.0
12. * @since 1.0
13. */
14. public abstract class Coder {
15. public static final String KEY_SHA = "SHA";
16. public static final String KEY_MD5 = "MD5";
17. /**
18. * MAC算法可选以下多种算法
19. *
20. * <pre>
21. * HmacMD5
22. * HmacSHA1
23. * HmacSHA256
24. * HmacSHA384
25. * HmacSHA512
26. * </pre>
27. */
28. public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";
29. /**
30. * BASE64解密
31. *
32. * @param key
33. * @return
34. * @throws Exception
35. */
36. public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
37. return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
38. }
39. /**
40. * BASE64加密
41. *
42. * @param key
43. * @return
44. * @throws Exception
45. */
46. public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
47. return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
48. }
49. /**
50. * MD5加密
51. *
52. * @param data
53. * @return
54. * @throws Exception
55. */
56. public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {
57. MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
58. md5.update(data);
59. return md5.digest();
60. }
61. /**
62. * SHA加密
63. *
64. * @param data
65. * @return
66. * @throws Exception
67. */
68. public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {
69. MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
70. sha.update(data);
71. return sha.digest();
72. }
73. /**
74. * 初始化HMAC密钥
75. *
76. * @return
77. * @throws Exception
78. */
79. public static String initMacKey() throws Exception {
80. KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
81. SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
82. return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
83. }
84. /**
85. * HMAC加密
86. *
87. * @param data
88. * @param key
89. * @return
90. * @throws Exception
91. */
92. public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {
93. SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
94. Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
95. mac.init(secretKey);
96. return mac.doFinal(data);
97. }
98. }

再给出一个测试类：

1. import static org.junit.Assert.*;
2. import org.junit.Test;
3. /**
4. *
5. * @author 梁栋
6. * @version 1.0
7. * @since 1.0
8. */
9. public class CoderTest {
10. @Test
11. public void test() throws Exception {
12. String inputStr = "简单加密";
13. System.err.println("原文:\n" + inputStr);
14. byte[] inputData = inputStr.getBytes();
15. String code = Coder.encryptBASE64(inputData);
16. System.err.println("BASE64加密后:\n" + code);
17. byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);
18. String outputStr = new String(output);
19. System.err.println("BASE64解密后:\n" + outputStr);
20. // 验证BASE64加密解密一致性
21. assertEquals(inputStr, outputStr);
22. // 验证MD5对于同一内容加密是否一致
23. assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder
24. .encryptMD5(inputData));
25. // 验证SHA对于同一内容加密是否一致
26. assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder
27. .encryptSHA(inputData));
28. String key = Coder.initMacKey();
29. System.err.println("Mac密钥:\n" + key);
30. // 验证HMAC对于同一内容，同一密钥加密是否一致
31. assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData, key), Coder.encryptHMAC(
32. inputData, key));
33. BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
34. System.err.println("MD5:\n" + md5.toString(16));
35. BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
36. System.err.println("SHA:\n" + sha.toString(32));
37. BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));
38. System.err.println("HMAC:\n" + mac.toString(16));
39. }
40. }

控制台输出：

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