Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

待我称王封你为后i 2022-08-04 14:45 180阅读 0赞

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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。  
  
![ab497a43-1c90-3053-b196-1db7af6cd792.jpg][]  
  
通过java代码实现如下：

Java代码  ![收藏代码][icon_star.png]

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。  
  
![74b43fdc-8b41-3618-ae71-98fd6bd7ea33.jpg][]  
  
通过java代码实现如下：

Java代码  ![收藏代码][icon_star.png]

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，![icon_sad.gif][] 但是SHA仍然是公认的安全加密算法，较之MD5更为安全。![icon_biggrin.gif][]  
  
![74b43fdc-8b41-3618-ae71-98fd6bd7ea33.jpg][]  
  
通过java代码实现如下：

Java代码  ![收藏代码][icon_star.png]

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。  
  
![facd8b84-2e47-3125-872c-2e446898a1d0.jpg][]  
  
通过java代码实现如下：

Java代码  ![收藏代码][icon_star.png]

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  ![收藏代码][icon_star.png]

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  ![收藏代码][icon_star.png]

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  ![收藏代码][icon_star.png]

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。

[ab497a43-1c90-3053-b196-1db7af6cd792.jpg]: /images/20220731/f483f12154474f2b9a108da7a416d674.png
[icon_star.png]: /images/20220731/d60cd83a3b6544f185d12c3480ef8f0e.png
[74b43fdc-8b41-3618-ae71-98fd6bd7ea33.jpg]: /images/20220731/4fd1d88e1a404da6bdc647d707d081a5.png
[icon_sad.gif]: http://snowolf.iteye.com/images/smiles/icon_sad.gif
[icon_biggrin.gif]: /images/20220731/665d3d1de55a4dc3b76581ce5b675882.png
[facd8b84-2e47-3125-872c-2e446898a1d0.jpg]: /images/20220731/549f6798b5394a4690ac6729ad0bc276.png

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