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  收藏代码
/**
* 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  收藏代码
/**
* 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  收藏代码
    /**
     * 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  收藏代码
/**
* 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  收藏代码
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  收藏代码
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  收藏代码
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。