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  • Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

    转自 http://snowolf.iteye.com/blog/379860

      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。



    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: " + inputStr);   
    17.   
    18.         byte[] inputData = inputStr.getBytes();   
    19.         String code = Coder.encryptBASE64(inputData);   
    20.   
    21.         System.err.println("BASE64加密后: " + code);   
    22.   
    23.         byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);   
    24.   
    25.         String outputStr = new String(output);   
    26.   
    27.         System.err.println("BASE64解密后: " + 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: " + 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: " + md5.toString(16));   
    49.   
    50.         BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));   
    51.         System.err.println("SHA: " + sha.toString(32));   
    52.   
    53.         BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));   
    54.         System.err.println("HMAC: " + 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:
" + inputStr);

		byte[] inputData = inputStr.getBytes();
		String code = Coder.encryptBASE64(inputData);

		System.err.println("BASE64加密后:
" + code);

		byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);

		String outputStr = new String(output);

		System.err.println("BASE64解密后:
" + 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:
" + 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:
" + md5.toString(16));

		BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
		System.err.println("SHA:
" + sha.toString(32));

		BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));
		System.err.println("HMAC:
" + 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。



    相关链接：
    Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC
    Java加密技术（二）——对称加密DES&AES
    Java加密技术（三）——PBE算法
    Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA
    Java加密技术（五）——非对称加密算法的由来DH
    Java加密技术（六）——数字签名算法DSA
    Java加密技术（七）——非对称加密算法最高ECC
    Java加密技术（八）——数字证书
    Java加密技术（九）——初探SSL
    Java加密技术（十）——单向认证
    Java加密技术（十一）——双向认证
    Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件

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  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/yangyudexiaobai/p/4453003.html
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