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Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

 
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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代码收藏代码
  1. /**
  2. *BASE64解密
  3. *
  4. *@paramkey
  5. *@return
  6. *@throwsException
  7. */
  8. publicstaticbyte[]decryptBASE64(Stringkey)throwsException{
  9. return(newBASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
  10. }
  12. /**
  13. *BASE64加密
  14. *
  15. *@paramkey
  16. *@return
  17. *@throwsException
  18. */
  19. publicstaticStringencryptBASE64(byte[]key)throwsException{
  20. return(newBASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
  21. }

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代码收藏代码
  1. /**
  2. *MD5加密
  3. *
  4. *@paramdata
  5. *@return
  6. *@throwsException
  7. */
  8. publicstaticbyte[]encryptMD5(byte[]data)throwsException{
  10. MessageDigestmd5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
  11. md5.update(data);
  13. returnmd5.digest();
  15. }


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代码收藏代码
  1. /**
  2. *SHA加密
  3. *
  4. *@paramdata
  5. *@return
  6. *@throwsException
  7. */
  8. publicstaticbyte[]encryptSHA(byte[]data)throwsException{
  10. MessageDigestsha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
  11. sha.update(data);
  13. returnsha.digest();
  15. }
  16. }


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代码收藏代码
  1. /**
  2. *初始化HMAC密钥
  3. *
  4. *@return
  5. *@throwsException
  6. */
  7. publicstaticStringinitMacKey()throwsException{
  8. KeyGeneratorkeyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
  10. SecretKeysecretKey=keyGenerator.generateKey();
  11. returnencryptBASE64(secretKey.getEncoded());
  12. }
  14. /**
  15. *HMAC加密
  16. *
  17. *@paramdata
  18. *@paramkey
  19. *@return
  20. *@throwsException
  21. */
  22. publicstaticbyte[]encryptHMAC(byte[]data,Stringkey)throwsException{
  24. SecretKeysecretKey=newSecretKeySpec(decryptBASE64(key),KEY_MAC);
  25. Macmac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
  26. mac.init(secretKey);
  28. returnmac.doFinal(data);
  30. }


给出一个完整类，如下：
Java代码收藏代码
  1. importjava.security.MessageDigest;
  3. importjavax.crypto.KeyGenerator;
  4. importjavax.crypto.Mac;
  5. importjavax.crypto.SecretKey;
  7. importsun.misc.BASE64Decoder;
  8. importsun.misc.BASE64Encoder;
  10. /**
  11. *基础加密组件
  12. *
  13. *@author梁栋
  14. *@version1.0
  15. *@since1.0
  16. */
  17. publicabstractclassCoder{
  18. publicstaticfinalStringKEY_SHA="SHA";
  19. publicstaticfinalStringKEY_MD5="MD5";
  21. /**
  22. *MAC算法可选以下多种算法
  23. *
  24. *<pre>
  25. *HmacMD5
  26. *HmacSHA1
  27. *HmacSHA256
  28. *HmacSHA384
  29. *HmacSHA512
  30. *</pre>
  31. */
  32. publicstaticfinalStringKEY_MAC="HmacMD5";
  34. /**
  35. *BASE64解密
  36. *
  37. *@paramkey
  38. *@return
  39. *@throwsException
  40. */
  41. publicstaticbyte[]decryptBASE64(Stringkey)throwsException{
  42. return(newBASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
  43. }
  45. /**
  46. *BASE64加密
  47. *
  48. *@paramkey
  49. *@return
  50. *@throwsException
  51. */
  52. publicstaticStringencryptBASE64(byte[]key)throwsException{
  53. return(newBASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
  54. }
  56. /**
  57. *MD5加密
  58. *
  59. *@paramdata
  60. *@return
  61. *@throwsException
  62. */
  63. publicstaticbyte[]encryptMD5(byte[]data)throwsException{
  65. MessageDigestmd5=MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
  66. md5.update(data);
  68. returnmd5.digest();
  70. }
  72. /**
  73. *SHA加密
  74. *
  75. *@paramdata
  76. *@return
  77. *@throwsException
  78. */
  79. publicstaticbyte[]encryptSHA(byte[]data)throwsException{
  81. MessageDigestsha=MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
  82. sha.update(data);
  84. returnsha.digest();
  86. }
  88. /**
  89. *初始化HMAC密钥
  90. *
  91. *@return
  92. *@throwsException
  93. */
  94. publicstaticStringinitMacKey()throwsException{
  95. KeyGeneratorkeyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);
  97. SecretKeysecretKey=keyGenerator.generateKey();
  98. returnencryptBASE64(secretKey.getEncoded());
  99. }
  101. /**
  102. *HMAC加密
  103. *
  104. *@paramdata
  105. *@paramkey
  106. *@return
  107. *@throwsException
  108. */
  109. publicstaticbyte[]encryptHMAC(byte[]data,Stringkey)throwsException{
  111. SecretKeysecretKey=newSecretKeySpec(decryptBASE64(key),KEY_MAC);
  112. Macmac=Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
  113. mac.init(secretKey);
  115. returnmac.doFinal(data);
  117. }
  118. }


再给出一个测试类：
Java代码收藏代码
  1. importstaticorg.junit.Assert.*;
  3. importorg.junit.Test;
  5. /**
  6. *
  7. *@author梁栋
  8. *@version1.0
  9. *@since1.0
  10. */
  11. publicclassCoderTest{
  13. @Test
  14. publicvoidtest()throwsException{
  15. StringinputStr="简单加密";
  16. System.err.println("原文:\n"+inputStr);
  18. byte[]inputData=inputStr.getBytes();
  19. Stringcode=Coder.encryptBASE64(inputData);
  21. System.err.println("BASE64加密后:\n"+code);
  23. byte[]output=Coder.decryptBASE64(code);
  25. StringoutputStr=newString(output);
  27. System.err.println("BASE64解密后:\n"+outputStr);
  29. //验证BASE64加密解密一致性
  30. assertEquals(inputStr,outputStr);
  32. //验证MD5对于同一内容加密是否一致
  33. assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData),Coder
  34. .encryptMD5(inputData));
  36. //验证SHA对于同一内容加密是否一致
  37. assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData),Coder
  38. .encryptSHA(inputData));
  40. Stringkey=Coder.initMacKey();
  41. System.err.println("Mac密钥:\n"+key);
  43. //验证HMAC对于同一内容，同一密钥加密是否一致
  44. assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData,key),Coder.encryptHMAC(
  45. inputData,key));
  47. BigIntegermd5=newBigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
  48. System.err.println("MD5:\n"+md5.toString(16));
  50. BigIntegersha=newBigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
  51. System.err.println("SHA:\n"+sha.toString(32));
  53. BigIntegermac=newBigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData,inputStr));
  54. System.err.println("HMAC:\n"+mac.toString(16));
  55. }
  56. }


控制台输出：
Console代码收藏代码
  1. 原文:
  2. 简单加密
  3. BASE64加密后:
  4. 566A5Y2V5Yqg5a+G
  6. BASE64解密后:
  7. 简单加密
  8. Mac密钥:
  9. uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
  10. pBIpkd7QHg==
  12. MD5:
  13. -550b4d90349ad4629462113e7934de56
  14. SHA:
  15. 91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
  16. HMAC:
  17. 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。



相关链接：
Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC
Java加密技术（二）——对称加密DES&AES
Java加密技术（三）——PBE算法
Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA
Java加密技术（五）——非对称加密算法的由来DH
Java加密技术（六）——数字签名算法DSA
Java加密技术（七）——非对称加密算法最高ECC
Java加密技术（八）——数字证书
Java加密技术（九）——初探SSL
Java加密技术（十）——单向认证
Java加密技术（十一）——双向认证

Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件


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

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