第五章 消息摘要算法--MAC

注意：本节内容主要参考自《Java加密与解密的艺术（第2版）》第6章“验证数据完整性--消息摘要算法”

5.1、mac（又称为Hmac）

原理：在md与sha系列算法的基础上加入了密钥，是三大常用的消息摘要算法中最安全的一个。

常用的mac算法：

• HmacMD5
• HmacSHA1
• HmacSHA256

5.2、实现方式

• JDK（缺少二进制字节数组转十六进制的工具，可借助CC或BC的工具类完成）
• Commons Codec（CC，在1.10版本中加入的，其中，产生相应算法密钥的API没有找到，如果有人找到了，请和我讲一下，谢谢）
• Bouncy Castle（BC，比较麻烦，具体参考“慕课网”）

5.2.1、基于JDK实现的Hmac系列算法

package com.util.mac;

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;

/**
 * 基于JDK的HmacMD5算法
 */
public class HmacMD5JDK {
    private static final String ENCODING = "UTF-8";
    private static final String ALGORITHM = "HmacMD5";//指定具体算法HmacMD5,HmacSHA1,HmacSHA256
    
    /**
     * 产生密钥两种方式 1)是由jdk自己来产生的，2)我们可以自己指定一个字节数组
     * 注意：密钥是以二进制字节数组存储的
     */
    public static byte[] getKey() throws NoSuchAlgorithmException{
        SecretKey key = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM).generateKey();
        return key.getEncoded();
    }
    
    /**
     * HmacMD5加密
     * @param data     带加密数据
     * @param keyByte  密钥
     */
    public static byte[] encode(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
                                                                    InvalidKeyException, 
                                                                    IllegalStateException, 
                                                                    UnsupportedEncodingException {
        SecretKey key = new SecretKeySpec(keyByte, ALGORITHM);//还原密钥
        Mac mac = Mac.getInstance(key.getAlgorithm());
        mac.init(key);//为mac实例初始化密钥
        return mac.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
    }
    
    /**
     * HmacMD5加密，并转为16进制
     */
    public static String encodeHmacMD5Hex(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
                                                                              UnsupportedEncodingException, 
                                                                              InvalidKeyException, 
                                                                              IllegalStateException {
        byte[] encodedByte = encode(data, keyByte);
        return new String(Hex.encode(encodedByte));//借助BC
        //return new String(org.apache.commons.codec.binary.Hex.encodeHexString(encodedByte));//借助CC
    }
    
    /**
     * 测试
     * @throws IllegalStateException 
     * @throws InvalidKeyException 
     */
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException, 
                                                  NoSuchAlgorithmException, 
                                                  InvalidKeyException, 
                                                  IllegalStateException {
        String data = "找一个好姑娘做老婆是我的梦 想!";
        /*************测试encode()**************/
        System.out.println("原文-->"+data);
        byte[] keyByte = HmacMD5JDK.getKey(); 
        byte[] encodedByte = HmacMD5JDK.encode(data, keyByte);
        System.out.println("加密后-->"+encodedByte);
        byte[] encodedByte2 = HmacMD5JDK.encode(data, keyByte);
        System.out.println("加密后-->"+encodedByte2);
        for(int i=0;i<encodedByte.length;i++){
            System.out.println(encodedByte[i]==encodedByte2[i]);
        }
        /*************测试encodeHmacMD5Hex()**************/
        System.out.println("原文-->"+data);
        String encodedStr = HmacMD5JDK.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);
        System.out.println("加密后-->"+encodedStr);
        String encodedStr2 = HmacMD5JDK.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);
        System.out.println("加密后-->"+encodedStr2);
        System.out.println(encodedStr.equals(encodedStr2));
    }
}

注意几点：

• 产生密钥两种方式：1）直接使用JDK的类（如上边代码所示）2）自己指定字节数组（参考5.2.1）
• 密钥是一个二进制数组，当然为了提高可读性，可以使用Base64加密后，在传递可对方
• 在实际使用中，我们可以将密钥产生后，发送者通过安全途径（线下传递等）传给接收方。
• 在上述的测试中，去测一下同一个消息在使用同一个密钥的情况下，多次mac后结果是否相同。
• 想切换算法，只需要修改ALGORITHM常数即可，当然如果在实际项目中需要用到多种算法，并且需要实现平滑切换，可以采用策略模式，这个以后会再讲。

5.2.1、基于CC实现的Hmac系列算法

package com.util.mac;

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import org.apache.commons.codec.DecoderException;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.apache.commons.codec.digest.HmacUtils;

/**
 * 基于CC的HmacMD5算法
 */
public class HmacMD5CC {
    private static final String ENCODING = "UTF-8";
    /**
     * 产生密钥
     */
    public static byte[] getKey() throws NoSuchAlgorithmException, DecoderException{
        return Hex.decodeHex(new char[]{'a','b','c','d'}); 
    }
    
    /**
     * HmacMD5加密
     * @param data     带加密数据
     * @param keyByte  密钥
     */
    public static byte[] encode(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
                                                                    InvalidKeyException, 
                                                                    IllegalStateException, 
                                                                    UnsupportedEncodingException {
        return HmacUtils.hmacMd5(keyByte, data.getBytes(ENCODING));
    }
    
    /**
     * HmacMD5加密，并转为16进制
     */
    public static String encodeHmacMD5Hex(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
                                                                              UnsupportedEncodingException, 
                                                                              InvalidKeyException, 
                                                                              IllegalStateException {
        return HmacUtils.hmacMd5Hex(keyByte, data.getBytes(ENCODING));
    }
    
    /**
     * 测试
     * @throws IllegalStateException 
     * @throws InvalidKeyException 
     * @throws DecoderException 
     */
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException, 
                                                  NoSuchAlgorithmException, 
                                                  InvalidKeyException, 
                                                  IllegalStateException, 
                                                  DecoderException {
        String data = "找一个好姑娘做老婆是我的梦 想!";
        /*************测试encode()**************/
        System.out.println("原文-->"+data);
        byte[] keyByte = HmacMD5CC.getKey(); 
        byte[] encodedByte = HmacMD5CC.encode(data, keyByte);
        System.out.println("加密后-->"+encodedByte);
        byte[] encodedByte2 = HmacMD5CC.encode(data, keyByte);
        System.out.println("加密后-->"+encodedByte2);
        for(int i=0;i<encodedByte.length;i++){
            System.out.println(encodedByte[i]==encodedByte2[i]);
        }
        /*************测试encodeHmacMD5Hex()**************/
        System.out.println("原文-->"+data);
        String encodedStr = HmacMD5CC.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);
        System.out.println("加密后-->"+encodedStr);
        String encodedStr2 = HmacMD5CC.encodeHmacMD5Hex(data, keyByte);
        System.out.println("加密后-->"+encodedStr2);
        System.out.println(encodedStr.equals(encodedStr2));
    }
}

注意：

• CC很好的封装了jdk的底层，但是CC是在1.10版本中才添加了hmac系列算法
• 在使用中，若想切换其他算法，只需要调用不同的方法即可，具体的查看本文最下边的CC1.10的API文档链接地址
• 其中，生成密钥在这里是自己指定了一个字节数组，具体的有CC来产生相应算法的密钥的API并没有看到，如果需要，可以自己去封装，当然，如果在CC中有相应的API，请大家和我讲一下，谢谢！

CC API文档：

http://commons.apache.org/proper/commons-codec/apidocs/org/apache/commons/codec/digest/HmacUtils.html