Java实现MD5加密和文件校验

MD5简介：

  MD5的全称：Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法5）

  MD5的加密方式是一种哈希加密。一些主流的编程语言都已经实现了MD5的加密，所以如果你的程序或是系统涉及到在多种语言之间的校验，那么MD5可以是备选之一。不过因为MD5是采用哈希函数来进行的加密，所以它无关密钥，也就是说在确定了明文的情况下，MD5就可以加密。不过MD5是不可逆的，只能加密，不能解密。

MD5加密字符串：

public class Md5Util {
    // 标准的构造函数，调用md5Init函数进行初始化工作
    public Md5Util() {
        md5Init();
        return;
    }

    // RFC1321中定义的标准4*4矩阵的常量定义。
    static final int S11 = 7, S12 = 12, S13 = 17, S14 = 22;
    static final int S21 = 5, S22 = 9, S23 = 14, S24 = 20;
    static final int S31 = 4, S32 = 11, S33 = 16, S34 = 23;
    static final int S41 = 6, S42 = 10, S43 = 15, S44 = 21;

    // 按RFC1321标准定义不可变byte型数组PADDING
    static final byte[] PADDING = { -128, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,

    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };

    // MD5计算过程中的3组核心数据，采用数组形式存放
    private long[] state = new long[4]; // 计算状态(分别对应a b c d)

    private byte[] buffer = new byte[64]; // 分配64个字节私有缓冲区

    private long[] count = new long[2]; // 位个数

    // 最新一次计算结果的16进制ASCII字符串表示，代表了16个字符串形式的MD5值
    public String resultStr;

    // 最新一次计算结果的2进制数组表示，一共16个字节，代表了128bit形式的MD5值
    public byte[] digest = new byte[16];

    /**
     * 获得两次MD5加密的字符串
     * 
     * @param str
     * @return
     */
    public String getTwiceMD5ofString(String str) {
        return getMD5ofStr(getMD5ofStr(str));
    }

    /**
     * MD5_Encoding类提供的主要的接口函数getMD5ofStr，用来进行数据加密变换。
     * 
     * 调用其可对任意字符串进行加密运算，并以字符串形式返回加密结果。
     * 
     * @param in
     * @return
     */
    public String getMD5ofStr(String in) {
        md5Init(); // 初始化
        md5Update(in.getBytes(), in.length());// 调用MD5的主计算过程
        md5Final(); // 输出结果到digest数组中
        for (int i = 0; i < 16; i++) {
            resultStr += byteToHEX(digest[i]); // 将digest数组中的每个byte型数据转为16进制形式的字符串
        }
        return resultStr;
    }

    // md5初始化函数.初始化核心变量.
    private void md5Init() {
        state[0] = 0x67452301L; // 定义state为RFC1321中定义的标准幻数
        state[1] = 0xefcdab89L; // 定义state为RFC1321中定义的标准幻数
        state[2] = 0x98badcfeL; // 定义state为RFC1321中定义的标准幻数
        state[3] = 0x10325476L; // 定义state为RFC1321中定义的标准幻数
        count[0] = count[1] = 0L; // 初始化为0
        resultStr = "";// 初始化resultStr字符串为空
        for (int i = 0; i < 16; i++) {
            digest[i] = 0;// 初始化digest数组元素为0
        }
        return;
    }

    // 定义F G H I 为4个基数 ，即为4个基本的MD5函数,进行简单的位运算
    private long F(long x, long y, long z) {
        return (x & y) | ((~x) & z);
    }

    private long G(long x, long y, long z) {
        return (x & z) | (y & (~z));
    }

    private long H(long x, long y, long z) {
        return x ^ y ^ z;
    }

    private long I(long x, long y, long z) {
        return y ^ (x | (~z));
    }

    // FF,GG,HH和II调用F,G,H,I函数进行进一步变换
    private long FF(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
        a += F(b, c, d) + x + ac;
        a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s)); // 这里long型数据右移时使用无符号右移运算符>>>
        a += b;
        return a;
    }

    private long GG(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
        a += G(b, c, d) + x + ac;
        a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s)); // 这里long型数据右移时使用无符号右移运算符>>>
        a += b;
        return a;
    }

    private long HH(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
        a += H(b, c, d) + x + ac;
        a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));// 这里long型数据右移时使用无符号右移运算符>>>
        a += b;
        return a;
    }

    private long II(long a, long b, long c, long d, long x, long s, long ac) {
        a += I(b, c, d) + x + ac;
        a = ((int) a << s) | ((int) a >>> (32 - s));// 这里long型数据右移时使用无符号右移运算符>>>
        a += b;
        return a;
    }

    // MD5的主计算过程，input是需要变换的二进制字节串，inputlen是长度
    private void md5Update(byte[] input, int inputLen) {
        int i = 0, index, partLen;
        byte[] block = new byte[64]; // 分配64个字节缓冲区
        // 根据count计算index值。这里long型数据右移时使用无符号右移运算符>>>
        index = (int) (count[0] >>> 3) & 0x3F;
        if ((count[0] += (inputLen << 3)) < (inputLen << 3)) {
            count[1]++;
        }
        count[1] += (inputLen >>> 29); // 这里int型数据右移时使用无符号右移运算符>>>
        partLen = 64 - index; // 计算partLen值
        if (inputLen >= partLen) {
            md5Memcpy(buffer, input, index, 0, partLen);
            md5Transform(buffer);
            for (i = partLen; i + 63 < inputLen; i += 64) {
                md5Memcpy(block, input, 0, i, 64);
                md5Transform(block);
            }
            index = 0;
        } else {
            i = 0;
        }
        md5Memcpy(buffer, input, index, i, inputLen - i);
    }

    // 整理和填写输出结果，结果放到数组digest中。
    private void md5Final() {
        byte[] bits = new byte[8];
        int index, padLen;
        Encode(bits, count, 8);
        index = (int) (count[0] >>> 3) & 0x3f; // 这里long型数据右移时使用无符号右移运算符>>>
        padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
        md5Update(PADDING, padLen);
        md5Update(bits, 8);
        Encode(digest, state, 16);
    }

    // byte数组的块拷贝函数，将input数组中的起始位置为inpos，长度len的数据拷贝到output数组起始位置outpos处。
    private void md5Memcpy(byte[] output, byte[] input, int outpos, int inpos, int len) {
        int i;
        for (i = 0; i < len; i++) {
            output[outpos + i] = input[inpos + i];
        }
    }

    // MD5核心变换计算程序，由md5Update函数调用，block是分块的原始字节数组
    private void md5Transform(byte block[]) {
        long a = state[0], b = state[1], c = state[2], d = state[3];
        long[] x = new long[16];
        Decode(x, block, 64);
        // 进行4级级联运算
        // 第1级
        a = FF(a, b, c, d, x[0], S11, 0xd76aa478L); /* 1 */
        d = FF(d, a, b, c, x[1], S12, 0xe8c7b756L); /* 2 */
        c = FF(c, d, a, b, x[2], S13, 0x242070dbL); /* 3 */
        b = FF(b, c, d, a, x[3], S14, 0xc1bdceeeL); /* 4 */
        a = FF(a, b, c, d, x[4], S11, 0xf57c0fafL); /* 5 */
        d = FF(d, a, b, c, x[5], S12, 0x4787c62aL); /* 6 */
        c = FF(c, d, a, b, x[6], S13, 0xa8304613L); /* 7 */
        b = FF(b, c, d, a, x[7], S14, 0xfd469501L); /* 8 */
        a = FF(a, b, c, d, x[8], S11, 0x698098d8L); /* 9 */
        d = FF(d, a, b, c, x[9], S12, 0x8b44f7afL); /* 10 */
        c = FF(c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1L); /* 11 */
        b = FF(b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7beL); /* 12 */
        a = FF(a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122L); /* 13 */
        d = FF(d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193L); /* 14 */
        c = FF(c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438eL); /* 15 */
        b = FF(b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821L); /* 16 */

        // 第2级
        a = GG(a, b, c, d, x[1], S21, 0xf61e2562L); /* 17 */
        d = GG(d, a, b, c, x[6], S22, 0xc040b340L); /* 18 */
        c = GG(c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51L); /* 19 */
        b = GG(b, c, d, a, x[0], S24, 0xe9b6c7aaL); /* 20 */
        a = GG(a, b, c, d, x[5], S21, 0xd62f105dL); /* 21 */
        d = GG(d, a, b, c, x[10], S22, 0x2441453L); /* 22 */
        c = GG(c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681L); /* 23 */
        b = GG(b, c, d, a, x[4], S24, 0xe7d3fbc8L); /* 24 */
        a = GG(a, b, c, d, x[9], S21, 0x21e1cde6L); /* 25 */
        d = GG(d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6L); /* 26 */
        c = GG(c, d, a, b, x[3], S23, 0xf4d50d87L); /* 27 */
        b = GG(b, c, d, a, x[8], S24, 0x455a14edL); /* 28 */
        a = GG(a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905L); /* 29 */
        d = GG(d, a, b, c, x[2], S22, 0xfcefa3f8L); /* 30 */
        c = GG(c, d, a, b, x[7], S23, 0x676f02d9L); /* 31 */
        b = GG(b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8aL); /* 32 */

        // 第3级
        a = HH(a, b, c, d, x[5], S31, 0xfffa3942L); /* 33 */
        d = HH(d, a, b, c, x[8], S32, 0x8771f681L); /* 34 */
        c = HH(c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122L); /* 35 */
        b = HH(b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380cL); /* 36 */
        a = HH(a, b, c, d, x[1], S31, 0xa4beea44L); /* 37 */
        d = HH(d, a, b, c, x[4], S32, 0x4bdecfa9L); /* 38 */
        c = HH(c, d, a, b, x[7], S33, 0xf6bb4b60L); /* 39 */
        b = HH(b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70L); /* 40 */
        a = HH(a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6L); /* 41 */
        d = HH(d, a, b, c, x[0], S32, 0xeaa127faL); /* 42 */
        c = HH(c, d, a, b, x[3], S33, 0xd4ef3085L); /* 43 */
        b = HH(b, c, d, a, x[6], S34, 0x4881d05L); /* 44 */
        a = HH(a, b, c, d, x[9], S31, 0xd9d4d039L); /* 45 */
        d = HH(d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5L); /* 46 */
        c = HH(c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8L); /* 47 */
        b = HH(b, c, d, a, x[2], S34, 0xc4ac5665L); /* 48 */

        // 第4级
        a = II(a, b, c, d, x[0], S41, 0xf4292244L); /* 49 */
        d = II(d, a, b, c, x[7], S42, 0x432aff97L); /* 50 */
        c = II(c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7L); /* 51 */
        b = II(b, c, d, a, x[5], S44, 0xfc93a039L); /* 52 */
        a = II(a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3L); /* 53 */
        d = II(d, a, b, c, x[3], S42, 0x8f0ccc92L); /* 54 */
        c = II(c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47dL); /* 55 */
        b = II(b, c, d, a, x[1], S44, 0x85845dd1L); /* 56 */
        a = II(a, b, c, d, x[8], S41, 0x6fa87e4fL); /* 57 */
        d = II(d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0L); /* 58 */
        c = II(c, d, a, b, x[6], S43, 0xa3014314L); /* 59 */
        b = II(b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1L); /* 60 */
        a = II(a, b, c, d, x[4], S41, 0xf7537e82L); /* 61 */
        d = II(d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235L); /* 62 */
        c = II(c, d, a, b, x[2], S43, 0x2ad7d2bbL); /* 63 */
        b = II(b, c, d, a, x[9], S44, 0xeb86d391L); /* 64 */

        // 分别累加到state[0],state[1],state[2],state[3]
        state[0] += a;
        state[1] += b;
        state[2] += c;
        state[3] += d;
    }

    // 把byte型数据转换为无符号long型数据
    private static long byteToul(byte b) {
        return b > 0 ? b : (b & 0x7F + 128);
    }

    // 把byte类型的数据转换成十六进制ASCII字符表示
    private static String byteToHEX(byte in) {
        char[] DigitStr = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };
        char[] out = new char[2];
        out[0] = DigitStr[(in >> 4) & 0x0F]; // 取高4位
        out[1] = DigitStr[in & 0x0F]; // 取低4位
        String s = new String(out);
        return s;
    }

    // 将long型数组按顺序拆成byte型数组,长度为len
    private void Encode(byte[] output, long[] input, int len) {
        int i, j;
        for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {
            output[j] = (byte) (input[i] & 0xffL);
            output[j + 1] = (byte) ((input[i] >>> 8) & 0xffL);
            output[j + 2] = (byte) ((input[i] >>> 16) & 0xffL);
            output[j + 3] = (byte) ((input[i] >>> 24) & 0xffL);
        }
    }

    // 将byte型数组按顺序合成long型数组，长度为len
    private void Decode(long[] output, byte[] input, int len) {
        int i, j;
        for (i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {
            output[i] = byteToul(input[j]) | (byteToul(input[j + 1]) << 8) | (byteToul(input[j + 2]) << 16) | (byteToul(input[j + 3]) << 24);
        }
        return;
    }
}

通过上面的代码，我们就就可以使用MD5加密校验数据了。

MD5加密文件：

  在讲解MD5加密文件之前，我想问一个问题：MD5加密文件是不是就是加密文件中的内容，而文件名称或是结构无关呢？

下面我们来做一个小实验：

  1.我们新建一个文件a.txt，内容为"Hello MD5!"，保存退出

  2.另外复制三份文件，分别命名为：b.txt，c.dat，d.txt

  3.b.txt和c.dat与a.txt唯一不同的是名称；d.txt中将内容修改为"Hello MD5."

  4.分别加密这4份文件：

public static void main(String[] args) {
        <span style="font-family:Courier New;">String value = "";</span>
        
        File file = new File("F:/Temp/zip/c.dat");
        value = Md5Util.getMd5ByFile(file);
        System.out.println(value);
        
        file = new File("F:/Temp/zip/b.txt");
        value = Md5Util.getMd5ByFile(file);
        System.out.println(value);
        
        file = new File("F:/Temp/zip/a.txt");
        value = Md5Util.getMd5ByFile(file);
        System.out.println(value);
        
        file = new File("F:/Temp/zip/d.txt");
        value = Md5Util.getMd5ByFile(file);
        System.out.println(value);
    }

  5.加密结果如下：

281d077ae77948c2c8533c01eeffd2d5
281d077ae77948c2c8533c01eeffd2d5
281d077ae77948c2c8533c01eeffd2d5
f146f3d71763ec95d9d6c1873927514c

  说明加密文件的实质就是加密文件中的内容，与其他因素无关。

  那么你可能就会问一个问题，这样的话，那么我们在加密文件的时候是不是就是把文件中的内容全部读到内存中，然后再把这个内存中的数据进行MD5加密呢？答案是正确的。不过这里有一个问题，需要我们解决：上面的例子只是一个很小的文件，那么如果我的文件很大呢？我们要怎么解决加密大文件下的效率问题？

  使用Java中普通的文件读写已经不行了，那么是不是有更好的办法呢？答案是肯定的，那就是内存映射。Java已经提供了相应的接口，在良好的封装机制下，代码量就减少了很多了。如下过程：

/**
     * 加密文件 2015年7月1日 上午12:06:37
     */
    public static String getMd5ByFile(File file) {
        String value = null;
        FileInputStream in = null;
        try {
            in = new FileInputStream(file);
        } catch (FileNotFoundException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        try {
            MappedByteBuffer byteBuffer = in.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, file.length());
            MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
            md5.update(byteBuffer);
            BigInteger bi = new BigInteger(1, md5.digest());
            value = bi.toString(16);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (null != in) {
                try {
                    in.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return value;
    }

说明：

文章中的使用的代码来源于实验楼。