Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC

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
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. }
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
1. /**
2. * MD5加密
3. *
4. * @param data
5. * @return
6. * @throws Exception
7. */
8. public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {
10. MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
11. md5.update(data);
13. return md5.digest();
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
1. /**
2. * SHA加密
3. *
4. * @param data
5. * @return
6. * @throws Exception
7. */
8. public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {
10. MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
11. sha.update(data);
13. return sha.digest();
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
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);
10. SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
11. return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
12. }
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 {
24. SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
25. Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
26. mac.init(secretKey);
28. return mac.doFinal(data);
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
1. import java.security.MessageDigest;
3. import javax.crypto.KeyGenerator;
4. import javax.crypto.Mac;
5. import javax.crypto.SecretKey;
7. import sun.misc.BASE64Decoder;
8. import sun.misc.BASE64Encoder;
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";
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";
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. }
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. }
56. /**
57. * MD5加密
58. *
59. * @param data
60. * @return
61. * @throws Exception
62. */
63. public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {
65. MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
66. md5.update(data);
68. return md5.digest();
70. }
72. /**
73. * SHA加密
74. *
75. * @param data
76. * @return
77. * @throws Exception
78. */
79. public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {
81. MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
82. sha.update(data);
84. return sha.digest();
86. }
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);
97. SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
98. return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
99. }
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 {
111. SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
112. Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
113. mac.init(secretKey);
115. return mac.doFinal(data);
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
1. import static org.junit.Assert.*;
3. import org.junit.Test;
5. /**
6. *
7. * @author 梁栋
8. * @version 1.0
9. * @since 1.0
10. */
11. public class CoderTest {
13. @Test
14. public void test() throws Exception {
15. String inputStr = "简单加密";
16. System.err.println("原文: " + inputStr);
18. byte[] inputData = inputStr.getBytes();
19. String code = Coder.encryptBASE64(inputData);
21. System.err.println("BASE64加密后: " + code);
23. byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);
25. String outputStr = new String(output);
27. System.err.println("BASE64解密后: " + outputStr);
29. // 验证BASE64加密解密一致性
30. assertEquals(inputStr, outputStr);
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));
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));
40. String key = Coder.initMacKey();
41. System.err.println("Mac密钥: " + key);
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));
47. BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
48. System.err.println("MD5: " + md5.toString(16));
50. BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
51. System.err.println("SHA: " + sha.toString(32));
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
1. 原文:
2. 简单加密
3. BASE64加密后:
4. 566A5Y2V5Yqg5a+G
6. BASE64解密后:
7. 简单加密
8. Mac密钥:
9. uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
10. pBIpkd7QHg==
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