Java加密技术(一)——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

2015/03/19 09:35
阅读数 104

Java加密技术(一)——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

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  

  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. }  


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  

  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. }  



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  

  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. }  



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  

  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. }  



给出一个完整类,如下: 

Java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. }  



再给出一个测试类: 

Java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. }  



控制台输出: 

Console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  



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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