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Java加密技术(一)——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

mrliuze
 mrliuze
发布于 2015/05/27 11:05
字数 2401
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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 BASE64MD5SHAHMAC几种方法。
    MD5SHAHMAC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 复制代码  收藏代码
  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. /** 
  13.  * BASE64加密 
  14.  *  
  15.  * @param key 
  16.  * @return  
  17.  * @throws Exception 
  18.  */  
  19. public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {  
  20.     return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);  
  21. }  
/**
	 * 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 复制代码  收藏代码
  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.   
  10.     MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);  
  11.     md5.update(data);  
  12.   
  13.     return md5.digest();  
  14.   
  15. }  
/**
	 * 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 复制代码  收藏代码
  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.   
  10.         MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);  
  11.         sha.update(data);  
  12.   
  13.         return sha.digest();  
  14.   
  15.     }  
  16. }  
/**
	 * 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 复制代码  收藏代码
  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.   
  10.     SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();  
  11.     return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());  
  12. }  
  13.   
  14. /** 
  15.  * HMAC加密 
  16.  *  
  17.  * @param data 
  18.  * @param key 
  19.  * @return 
  20.  * @throws Exception 
  21.  */  
  22. public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {  
  23.   
  24.     SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);  
  25.     Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());  
  26.     mac.init(secretKey);  
  27.   
  28.     return mac.doFinal(data);  
  29.   
  30. }  
/**
	 * 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 复制代码  收藏代码
  1. import java.security.MessageDigest;  
  2.   
  3. import javax.crypto.KeyGenerator;  
  4. import javax.crypto.Mac;  
  5. import javax.crypto.SecretKey;  
  6.   
  7. import sun.misc.BASE64Decoder;  
  8. import sun.misc.BASE64Encoder;  
  9.   
  10. /** 
  11.  * 基础加密组件 
  12.  *  
  13.  * @author 梁栋 
  14.  * @version 1.0 
  15.  * @since 1.0 
  16.  */  
  17. public abstract class Coder {  
  18.     public static final String KEY_SHA = "SHA";  
  19.     public static final String KEY_MD5 = "MD5";  
  20.   
  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.     public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";  
  33.   
  34.     /** 
  35.      * BASE64解密 
  36.      *  
  37.      * @param key 
  38.      * @return 
  39.      * @throws Exception 
  40.      */  
  41.     public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {  
  42.         return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);  
  43.     }  
  44.   
  45.     /** 
  46.      * BASE64加密 
  47.      *  
  48.      * @param key 
  49.      * @return 
  50.      * @throws Exception 
  51.      */  
  52.     public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {  
  53.         return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);  
  54.     }  
  55.   
  56.     /** 
  57.      * MD5加密 
  58.      *  
  59.      * @param data 
  60.      * @return 
  61.      * @throws Exception 
  62.      */  
  63.     public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {  
  64.   
  65.         MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);  
  66.         md5.update(data);  
  67.   
  68.         return md5.digest();  
  69.   
  70.     }  
  71.   
  72.     /** 
  73.      * SHA加密 
  74.      *  
  75.      * @param data 
  76.      * @return 
  77.      * @throws Exception 
  78.      */  
  79.     public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {  
  80.   
  81.         MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);  
  82.         sha.update(data);  
  83.   
  84.         return sha.digest();  
  85.   
  86.     }  
  87.   
  88.     /** 
  89.      * 初始化HMAC密钥 
  90.      *  
  91.      * @return 
  92.      * @throws Exception 
  93.      */  
  94.     public static String initMacKey() throws Exception {  
  95.         KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);  
  96.   
  97.         SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();  
  98.         return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());  
  99.     }  
  100.   
  101.     /** 
  102.      * HMAC加密 
  103.      *  
  104.      * @param data 
  105.      * @param key 
  106.      * @return 
  107.      * @throws Exception 
  108.      */  
  109.     public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {  
  110.   
  111.         SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);  
  112.         Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());  
  113.         mac.init(secretKey);  
  114.   
  115.         return mac.doFinal(data);  
  116.   
  117.     }  
  118. }  
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 复制代码  收藏代码
  1. import static org.junit.Assert.*;  
  2.   
  3. import org.junit.Test;  
  4.   
  5. /** 
  6.  *  
  7.  * @author 梁栋 
  8.  * @version 1.0 
  9.  * @since 1.0 
  10.  */  
  11. public class CoderTest {  
  12.   
  13.     @Test  
  14.     public void test() throws Exception {  
  15.         String inputStr = "简单加密";  
  16.         System.err.println("原文:\n" + inputStr);  
  17.   
  18.         byte[] inputData = inputStr.getBytes();  
  19.         String code = Coder.encryptBASE64(inputData);  
  20.   
  21.         System.err.println("BASE64加密后:\n" + code);  
  22.   
  23.         byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);  
  24.   
  25.         String outputStr = new String(output);  
  26.   
  27.         System.err.println("BASE64解密后:\n" + outputStr);  
  28.   
  29.         // 验证BASE64加密解密一致性  
  30.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
  31.   
  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));  
  35.   
  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));  
  39.   
  40.         String key = Coder.initMacKey();  
  41.         System.err.println("Mac密钥:\n" + key);  
  42.   
  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));  
  46.   
  47.         BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));  
  48.         System.err.println("MD5:\n" + md5.toString(16));  
  49.   
  50.         BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));  
  51.         System.err.println("SHA:\n" + sha.toString(32));  
  52.   
  53.         BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));  
  54.         System.err.println("HMAC:\n" + mac.toString(16));  
  55.     }  
  56. }  
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 复制代码  收藏代码
  1. 原文:  
  2. 简单加密  
  3. BASE64加密后:  
  4. 566A5Y2V5Yqg5a+G  
  5.   
  6. BASE64解密后:  
  7. 简单加密  
  8. Mac密钥:  
  9. uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke  
  10. pBIpkd7QHg==  
  11.   
  12. MD5:  
  13. -550b4d90349ad4629462113e7934de56  
  14. SHA:  
  15. 91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn  
  16. HMAC:  
  17. 2287d192387e95694bdbba2fa941009a  
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。
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2013/11/09
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程序猿媛一:Android滑动翻页+区域点击事件

滑动翻页+区域点击事件 ViewPager+GrideView 声明:博文为原创,文章内容为,效果展示,思路阐述,及代码片段。文尾附注源码获取途径。 转载请保留原文出处“http://my.oschina.net/gluoyer...

花佟林雨月
2013/11/09
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XLSX读写库--EPPlus

EPPlus 是使用Open Office XML格式(xlsx)读写Excel 2007 / 2010文件的.net开发库。 EPPlus 支持: 单元格范围 单元格样式(Border, Color, Fill, Font, Number, Alignments) Charts 图片 形状...

匿名
2013/02/01
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Javascript图元绘制库--ternlight

基于HTML CANVAS API的Javascript库,提供在HTML页面上绘制图元——如流程图的能力。 目前已支持简单的矩形图元和图元间的连线(直线、直角连线两种),拖拽图元等能力。 该javascript librar...

fancimage1
2013/02/07
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使用旁路输出(side output)来拆分和复制流

  我们在处理数据的时候,有时候想对不同情况的数据进行不同的处理,那么就需要把流进行拆分或者复制。 如果是使用filter来进行拆分,也能满足我们的需求,但每次筛选都要保留整个流,然后...

osc_ct0tt1cu
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osc_bgs3qxk5
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Azure AD 与 AWS IAM 集成实现SSO—下(AWS部分)

再回顾一下架构,我们都要做什么,别乱: 看来在AWS上做的工作要多一些。 登录AWS控制台: 进入到IAM这个服务: 在配置提供程序中,选择SAML,提供商名称自定义,比如WAAD,将刚才下载的元数...

osc_ibuoui1c
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这个实验的一个场景是,运维同事设计安全组Security Group的时候,打开了除了HTTP和HTTPS的入口访问权限。其他协议或端口如果打开,除了审计不通过的同时,会自动触发一个函数将它修改成我们...

osc_l330x9u1
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AWS DevOps 通过Config自动审计Security Group配置——下篇

再讲一下背景, 这个实验的一个场景是,运维同事设计安全组Security Group的时候,打开了除了HTTP和HTTPS的入口访问权限。其他协议或端口如果打开,除了审计不通过的同时,会自动触发一个函数...

osc_cudh2wh2
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